El megamonzón de Pangea se refiere a la teoría de que el supercontinente Pangea experimentó una clara inversión estacional de vientos, lo que resultó en transiciones extremas entre períodos secos y húmedos a lo largo del año. Pangea fue un conglomerado de todas las masas continentales globales, que duró desde finales del Carbonífero hasta mediados del Jurásico . [1] El megamonzón se intensificó a medida que los continentes continuaron moviéndose uno hacia el otro y alcanzó su máxima fuerza en el Triásico , cuando la superficie continental de Pangea estaba en su apogeo. [2] [3]
El megamonzón habría provocado regiones inmensamente áridas a lo largo del interior del continente. Esas áreas habrían sido casi inhabitables, con días extremadamente calurosos y noches gélidas. Sin embargo, las costas experimentaron estacionalidad y pasaron de un clima lluvioso en el verano a condiciones secas durante el invierno. [3]
Las circulaciones monzónicas , definidas como una inversión estacional de los vientos, exhiben grandes cambios en los patrones de precipitación en toda la región afectada. Por tanto, los monzones se caracterizan por dos estaciones principales: la lluviosa y la seca. Son inducidos por la presencia de al menos una gran masa de tierra y una gran masa de agua muy próximas entre sí. La circulación monzónica actual más comúnmente estudiada es el monzón de Asia oriental .
El concepto de circulación del monzón pangeano se propuso por primera vez en 1973. [3] Las evaporitas en el registro geológico sugieren vastas y extensas regiones de condiciones secas persistentes cerca del centro pangeano, lo que sirvió como evidencia inicial para la difusión de la teoría. El interior del supercontinente , especialmente la parte oriental, habría sido extremadamente seco ya que los sistemas de presión hemisféricos que impulsaban la circulación habrían desviado casi toda la humedad atmosférica de la región. [3] La indicación posterior de un clima impulsado por los monzones se adquirió mediante el examen de los depósitos de carbón a lo largo de las partes exteriores del continente. La presencia de ambas características en el registro geológico sugiere circulaciones monzónicas. [3]
A medida que la teoría del megamonzón de Pangea comenzó a ganar credibilidad, los paleoclimatólogos predijeron los impactos climatológicos de la circulación para determinar si las observaciones y los modelos apoyaban la hipótesis. El consenso general enumeró cuatro signos principales que debían estar presentes para validar la existencia del megamonzón. [3]
En el verano del hemisferio norte , cuando la inclinación axial de la Tierra se dirigía hacia el sol, Laurasia habría recibido la insolación solar más directa , lo que habría producido una amplia zona de aire cálido ascendente y baja presión superficial sobre el continente. Los modelos han sugerido que esta baja estacional se ubicó a 35° de latitud, relativamente cerca del océano Tetis. [4] En Gondwana , la alta presión habría dominado, ya que la tierra habría estado recibiendo menos radiación solar y, por lo tanto, habría experimentado temperaturas más frías. [5]
La fuerza del gradiente de presión dicta que el aire viajará desde regiones de alta a baja presión. Eso habría impulsado el flujo atmosférico desde el hemisferio sur hacia Laurasia durante el cual cruzaría el océano Tetis . El agua del Tetis se evaporaría en la masa de aire . Finalmente, la masa de aire llegaría a la costa de Laurasia y provocaría inmensas cantidades de precipitaciones. [5] Los modelos estiman que la precipitación promedio mundial equivale aproximadamente a 1.000 mm por año, y las regiones costeras reciben más de 8 mm de lluvia por día durante la temporada de lluvias. [4] A medida que el flujo atmosférico se alejaba del sistema de alta presión de Gondwana, los vientos en la superficie habrían divergido, produciendo condiciones claras y muy secas en todo el hemisferio sur. [4]
Varios estudios han indicado que la circulación fue tan intensa durante el Triásico que habría sido capaz de revertir parte del flujo de viento global predominantemente del este [3] [6] [7] y, por lo tanto, los vientos del oeste impactaron la costa occidental. Eso funcionó para maximizar la convergencia de la superficie y aumentar la estacionalidad a lo largo de las costas occidentales de cada continente. [3]
Durante el invierno del hemisferio norte , cuando la inclinación de la Tierra se alejaba del Sol, la circulación se invirtió a medida que el área de máxima insolación solar se desplazaba hacia el hemisferio sur. Luego, el aire viajó desde Laurasia (región de alta presión), a través del océano Tetis hasta Gondwana (región de baja presión). La advección de humedad hacia el hemisferio sur habría provocado fuertes precipitaciones a lo largo de las costas de Gondwana, mientras que Laurasia permaneció muy seca. [4]
Existen marcadas similitudes entre los factores que contribuyeron al monzón del este de Asia y aquellos que habrían influido en el clima de Pangea. Esto respalda la teoría de que el clima de Pangea estuvo dominado por el monzón y ayuda en su estudio al proporcionar a los paleoclimatólogos un ejemplo actual con el que pueden comparar sus hallazgos. Se cree que la anchura del océano Tetis era aproximadamente la misma que la del océano Índico . [3] Está bien documentado que el Océano Índico puede proporcionar masas de aire en movimiento hacia tierra con suficiente humedad para sustentar un ambiente impulsado por los monzones. Por lo tanto, Tetis también debería haber podido hacerlo.
Muchos modelos paleoclimáticos han intentado recrear patrones climáticos en Pangea. Los modelos han arrojado resultados comparables a los del monzón de Asia oriental. Por ejemplo, un modelo informó que el diferencial de presión estacional (alta presión en invierno – baja presión en verano) sobre el continente era de 25 milibares , [4] mientras que la presión asiática varía en 36 milibares en promedio a lo largo del año. [3]
Las montañas Pangeas centrales desempeñaron potencialmente un papel similar en el megamonzón al de la meseta tibetana en el monzón de Asia oriental. [3] Las simulaciones de modelos sugieren que sin la presencia de la cadena montañosa, la circulación del monzón se habría debilitado sustancialmente. [4] Las elevaciones más altas pueden haber intensificado la circulación atmosférica al maximizar el calentamiento de la superficie y, posteriormente, la liberación de calor latente durante la temporada de lluvias del verano. [8] Sin embargo, todavía existe una incertidumbre significativa sobre el alcance del impacto que habría tenido esa cordillera, porque se desconocen las elevaciones de las montañas.
El carbón suele ser un indicador de climas húmedos, ya que necesita tanto materia vegetal como condiciones de humedad para formarse. La progresión de los depósitos de carbón hacia los polos con el tiempo sugiere que las regiones de máxima precipitación se alejaron del ecuador. Sin embargo, los geólogos todavía emplean con cautela el uso del carbón como indicador climático de las precipitaciones, ya que su producción depende secundariamente de la cantidad de precipitaciones. [3] Cuando se produce una cantidad significativa de evaporación, se forman evaporitas, lo que por lo tanto significa condiciones áridas.
El loess , o polvo arrastrado por el viento, se puede utilizar como indicador de patrones de circulación atmosférica en el pasado. Sin la presencia del monzón, los vientos superficiales en todo el mundo habrían sido principalmente zonales y del este. El registro geológico, sin embargo, indica que los vientos exhibieron un patrón meridional a través del ecuador, pero también que Pangea occidental experimentó un flujo hacia el oeste durante el período pico del megamonzón. [3] [9] [10]
Los fósiles que datan de la época Pangeana también respaldan la afirmación de que una fuerte circulación monzónica dominaba el clima del supercontinente. Por ejemplo, los anillos de los árboles (también llamados anillos de crecimiento ) proporcionan pruebas convincentes de cambios distintos en los patrones climáticos anuales. Los árboles enraizados en áreas que no experimentan estacionalidad no exhibirán anillos dentro de sus troncos a medida que crecen. Sin embargo, la madera fosilizada excavada en lo que alguna vez fue Pangea costera, de latitud media, muestra la clara presencia de anillos. [2] Otra paleoflora sugiere que una parte importante del año habría estado dominada por una estación cálida y húmeda. En esas regiones se han descubierto formas de hojas grandes y suaves con cutículas delgadas y distribución simétrica de los estomas , así como especies de helechos tropicales. [2]
Los invertebrados y vertebrados que existieron en Pangea ofrecen más evidencia de estacionalidad. Por ejemplo, los caparazones de los bivalvos unionidos exhiben patrones de bandas uniformes. Los bivalvos unionidos eran organismos acuáticos que necesitaban lagos poco profundos y ricos en oxígeno para prosperar. Durante el verano, cuando las lluvias eran persistentes, su respiración se producía de forma aeróbica y precipitaba el carbonato de calcio para hacer crecer sus caparazones. En invierno, cuando cesaron las precipitaciones, los ambientes acuáticos poco profundos dentro del continente Pangeano comenzaron a secarse. Así, los bivalvos unionidos agotaron el oxígeno de su entorno y finalmente tuvieron que recurrir a procesos anaeróbicos para respirar. La respiración anaeróbica produjo desechos ácidos, que reaccionaron con la capa de carbonato de calcio, creando un anillo más oscuro y marcando la presencia de una estación seca distinta. Una vez que regresaron las lluvias de verano, se restableció la respiración aeróbica y se volvió a producir carbonato de calcio. Por lo tanto, la transición de inviernos secos a veranos lluviosos se registra en estos patrones alternos de bandas claras y oscuras en las conchas de los bivalvos unionidos. [2]
Los patrones de excavación de los peces pulmonados también se correlacionan bien con el aumento y la caída de los niveles del agua. [2] La altura del agua habría aumentado durante la temporada de lluvias, pero luego disminuyó rápidamente a medida que los vientos cambiaron y desviaron la humedad del lugar, iniciando así la temporada seca. Se puede observar evidencia adicional de estacionalidad en los cadáveres fosilizados de otros organismos vertebrados. Estos muestran signos de secado sustancial, que habría ocurrido durante el invierno, antes de que fueran enterrados y preservados por el flujo de lodo (resultante de un período de lluvias persistentes). [2]
Durante gran parte del Carbonífero , los trópicos habrían experimentado condiciones húmedas, y las altas latitudes de Gondwana estuvieron cubiertas por glaciares. [11] Aun así, los primeros signos del movimiento de la humedad hacia los polos surgieron a finales del Carbonífero. Los geólogos han rastreado regiones de acumulación pasada de carbón a medida que comenzaron a depositarse más lejos del ecuador con el tiempo, evidencia de un cambio en los patrones de precipitación de los trópicos hacia latitudes más altas. [3] Aún así, la distribución de la masa terrestre permaneció más concentrada en el hemisferio sur. Por lo tanto, el flujo atmosférico siguió siendo en gran medida zonal, [12] lo que indica que la circulación monzónica aún no había comenzado a dominar el patrón climático.
En la época del Pérmico , la circulación del monzón es evidente en la litología . Durante el Pérmico Inferior se observan vientos con componente occidental (indicativos del monzón de verano o estación húmeda). [13] Los continentes continuaron desplazándose hacia el norte. Mientras lo hacían, la masa terrestre se distribuyó de manera más uniforme a lo largo del ecuador y el megamonzón continuó intensificándose.
El avance de Gondwana hacia el norte también influyó en su gradual desglaciación. [14] Los modelos climáticos indican que los sistemas de baja presión se fortalecieron a medida que disminuyó la capa de hielo planetaria, exagerando así el efecto del monzón. Esto también contribuyó a magnificar la aridez de los trópicos. Por lo tanto, se sugiere que los patrones glaciales - interglaciares tuvieron un efecto significativo en la circulación monzónica pangeana. [15] Los modelos también han indicado que el dióxido de carbono en todo el mundo aumentó sustancialmente entre las épocas del Carbonífero y el Pérmico y resultó en un aumento de las temperaturas.
Durante el Triásico, el megamonzón alcanzó su máxima intensidad, lo que se cree que es el resultado de que el supercontinente alcanzó su mayor superficie durante este período a partir de la adición final de Siberia y los cratones del norte y sur de China. La masa terrestre también estaba distribuida equitativamente entre los hemisferios norte y sur, estaba casi perfectamente dividida en dos por el ecuador y se extendía desde 85°N hasta 90°S. [3]
Tanto el aumento de la superficie pangeana como la distribución equitativa de la masa terrestre entre los hemisferios maximizaron el calentamiento de la superficie durante el verano. [3] Cuanto más fuerte era el calentamiento de la superficie, más extrema era la convección . Al intensificar el movimiento ascendente, la presión central de la depresión superficial del verano habría disminuido. Esto, a su vez, aumentó el gradiente de presión hemisférico y amplificó el flujo transecuatorial.
Además, el planeta experimentó un clima de efecto invernadero durante el Triásico, lo que provocó que los continentes estuvieran completamente desprovistos de hielo, incluidas las regiones polares. [16] Los períodos interglaciares se correlacionan bien con una intensificación de la circulación monzónica. [17] Los registros indican claramente un componente occidental en la dirección del viento durante este período de tiempo. También es de ese período cuando la evidencia paleontológica es más frecuente. [18] [3]
Durante el Jurásico temprano, el supercontinente continuó desplazándose hacia el norte. Las costas a lo largo del océano Tetis se volvieron más persistentemente húmedas. [19] La circulación del monzón comenzó a debilitarse durante el tiempo Jurásico, cuando los continentes comenzaron a separarse. [3] Los registros indican que el flujo atmosférico a gran escala volvió progresivamente a un patrón principalmente zonal. [5] Por lo tanto, los patrones climáticos se volvieron menos extremos en todos los continentes.
Hoy en día, la comunidad paleoclimática acepta generalmente la presencia del megamonzón de Pangea. Existe una cantidad sustancial de evidencia, tanto en el registro geológico como en las simulaciones de modelos, que respaldan su existencia. [4] [2] [3] [20] [21] Sin embargo, aún persiste una cantidad significativa de incertidumbre, particularmente desde una perspectiva de modelización. Una de las mayores incógnitas a las que se enfrentan los paleoclimatólogos es el impacto de las montañas Pangeas centrales. Las simulaciones de modelos han sugerido que sin la presencia de la cadena montañosa, la circulación del monzón se habría debilitado sustancialmente. [4]
Las montañas estaban ubicadas al norte del océano Tetis y fueron el resultado de la progresión hacia el norte y la posterior subducción de la placa paleo-Tethyan. [2] Sin embargo, la altura de estas montañas aún no se ha cuantificado. Los científicos han reconocido que aproximarse a su elevación es de “importancia capital”. [22] Las cadenas montañosas extremadamente altas (que rivalizan con el Himalaya) habrían magnificado la circulación atmosférica, intensificado el sistema de baja presión, acelerado el transporte de humedad a las costas e inducido un efecto de sombra de lluvia , promoviendo la aridez en el lado de sotavento de la cordillera. [23]
También continúan los estudios para examinar el impacto de los ciclos orbitales en la circulación del monzón. [24] [4] [25] El monzón durante el Triásico tardío parece haber sido particularmente impactado por los ciclos de Milankovich durante un período que se extendió por al menos 22 millones de años. La excentricidad orbital parece haber afectado significativamente los ciclos de precipitación, pero se requiere más investigación para comprender mejor esta correlación. [26]
Los modeladores climáticos están tratando de comprender y explicar mejor las circulaciones de aguas superficiales y profundas del océano Pantalásico . El transporte de calor resultante de estas circulaciones altera significativamente el monzón simulado; por lo tanto, representarlos con precisión es de gran importancia. [4] [27] La investigación continua eventualmente proporcionará a los científicos una comprensión mucho más completa de la progresión y el comportamiento del megamonzón que dominó el clima pangeano.