El megamonzón de Pangea se refiere a la teoría de que el supercontinente Pangea experimentó una clara inversión estacional de los vientos, lo que resultó en transiciones extremas entre períodos secos y húmedos a lo largo del año. Pangea fue una conglomeración 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 acercándose entre sí y alcanzó su máxima fuerza en el Triásico , cuando la superficie continental de Pangea estaba en su apogeo. [2] [3]
El megamonzón habría dado lugar a regiones sumamente áridas en el interior del continente. Esas zonas habrían sido casi inhabitables, con días extremadamente calurosos y noches gélidas. Sin embargo, las costas experimentaron estacionalidad y pasaron de un clima lluvioso en verano a condiciones secas durante el invierno. [3]
Las circulaciones monzónicas , definidas como una inversión estacional de los vientos, presentan grandes cambios en los patrones de precipitación en toda la región afectada. Por lo tanto, los monzones se caracterizan por dos estaciones principales: lluviosa y seca. Son inducidos por la presencia de al menos una gran masa de tierra y una gran masa de agua en estrecha proximidad entre sí. La circulación monzónica actual más estudiada es el monzón del este de Asia .
El concepto de circulación monzónica pangeana 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 sirve como evidencia inicial para la difusión de la teoría. El interior del supercontinente , especialmente la porción oriental, habría sido extremadamente seco ya que los sistemas de presión hemisféricos que impulsaban la circulación habrían desviado casi toda la humedad atmosférica fuera de la región. [3] La indicación posterior de un clima impulsado por los monzones se adquirió a través del 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 empezó a ganar credibilidad, los paleoclimatólogos predijeron los impactos climatológicos de la circulación para determinar si las observaciones y los modelos respaldaban la hipótesis. El consenso general enumeró cuatro señales principales que debían estar presentes para validar la existencia del megamonzón. [3]
En el verano del hemisferio norte , cuando la inclinación del eje de la Tierra estaba dirigida hacia el sol, Laurasia habría recibido la insolación solar más directa , lo que habría producido una amplia zona de aire cálido y ascendente y una baja presión superficial sobre el continente. Los modelos han sugerido que esta baja estacional estaba situada 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, experimentando temperaturas más frías. [5]
La fuerza del gradiente de presión dicta que el aire viajará desde regiones de alta presión a regiones de 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 alcanzaría la costa de Laurasia y daría lugar a inmensas cantidades de precipitación. [5] Los modelos estiman que la precipitación media global equivale aproximadamente a 1.000 mm por año, y las regiones costeras reciben más de 8 mm de lluvia cada día durante la temporada de lluvias. [4] A medida que el flujo atmosférico se alejaba del sistema de alta presión de Gondwana, los vientos de superficie habrían divergido, produciendo condiciones despejadas 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 oriental [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. El aire entonces 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 alimentado 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 estaba 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 el ancho del océano Tetis era aproximadamente el mismo que el del océano Índico . [3] Está bien documentado que el océano Índico puede proporcionar masas de aire que se mueven hacia la costa con suficiente humedad para soportar un entorno impulsado por el monzón. Por lo tanto, el Tetis también debería haber sido capaz de hacerlo.
Muchos modelos paleoclimáticos han intentado recrear los patrones climáticos de Pangea. Los modelos han arrojado resultados comparables con los del monzón del este de Asia. Por ejemplo, un modelo informó que la diferencia 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 durante todo el año [3] .
Las montañas Pangea Central potencialmente desempeñaron un papel similar en el megamonzón al que tuvo la meseta tibetana en el monzón del este de Asia. [3] Las simulaciones de modelos sugieren que sin la presencia de la cordillera, la circulación monzónica 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 de verano. [8] Sin embargo, todavía existe una incertidumbre significativa con respecto al alcance del impacto que esa cordillera habría tenido, porque se desconocen las elevaciones de las montañas.
El carbón es típicamente un indicador de climas húmedos, ya que necesita tanto materia vegetal como condiciones húmedas para formarse. La progresión hacia los polos de los depósitos de carbón con el tiempo sugiere que las regiones de máxima precipitación se alejaron del ecuador. No obstante, el uso del carbón como indicador climático de precipitación todavía es empleado con cautela por los geólogos, ya que su creación depende secundariamente de las cantidades de lluvia. [3] Cuando se produce una cantidad significativa de evaporación, se forman evaporitas, lo que significa, por tanto, condiciones áridas.
El loess , o polvo arrastrado por el viento, puede utilizarse como indicador de patrones de circulación atmosférica pasados. Sin la presencia del monzón, los vientos superficiales en todo el mundo habrían sido principalmente zonales y del este. Sin embargo, el registro geológico indica que los vientos exhibieron un patrón meridional transecuatorial, pero también que Pangea occidental experimentó un flujo del oeste durante el período pico del megamonzón. [3] [9] [10]
Los fósiles que datan de la época de Pangea también respaldan la afirmación de que una circulación fuertemente monzónica dominaba el clima del supercontinente. Por ejemplo, los anillos de los árboles (también llamados anillos de crecimiento ) proporcionan una prueba convincente de cambios distintivos 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 latitudes medias muestra la clara presencia de anillos. [2] Otra paleoflora sugiere que una parte significativa del año habría estado dominada por una estación cálida y húmeda. Se han descubierto formas de hojas grandes y lisas con cutículas delgadas y distribución simétrica de estomas , así como especies de helechos tropicales en esas regiones. [2]
Los invertebrados y vertebrados que existían en Pangea ofrecen evidencia adicional de la estacionalidad. Por ejemplo, las conchas 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 la lluvia era persistente, su respiración se producía de forma aeróbica y precipitaba carbonato de calcio para hacer crecer sus conchas. En el invierno, cuando cesaban las precipitaciones, los ambientes acuáticos poco profundos dentro del continente pangeano comenzaban a secarse. Por lo tanto, los bivalvos unionidos agotaban el oxígeno de sus ambientes y finalmente tuvieron que recurrir a procesos anaeróbicos para respirar. La respiración anaeróbica producía desechos ácidos, que reaccionaban con la concha 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 produjo nuevamente carbonato de calcio. Por lo tanto, la transición de inviernos secos a veranos lluviosos se registra en estos patrones alternados 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 ascenso y descenso de los niveles de 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 (resultado de un período de lluvias persistente). [2]
Durante gran parte del Carbonífero , los trópicos habrían experimentado condiciones húmedas, y las altas latitudes de Gondwana estaban cubiertas por glaciares. [11] Aun así, los primeros signos del movimiento de la humedad hacia los polos surgieron durante el Carbonífero tardío. Los geólogos han rastreado regiones de acumulación de carbón en el pasado a medida que comenzaron a depositarse más lejos del ecuador con el tiempo, evidencia de un cambio en los patrones de precipitación desde los trópicos hacia las latitudes más altas. [3] Aún así, la distribución de la masa terrestre permaneció más concentrada en el hemisferio sur. El flujo atmosférico, por lo tanto, permaneció en gran parte zonal, [12] lo que indica que la circulación monzónica aún no había comenzado a dominar el patrón climático.
En el Pérmico , la circulación monzónica se hace evidente en la litología . Se observan vientos con un componente occidental (indicativo del monzón de verano o estación húmeda) en el Pérmico temprano. [13] Los continentes continuaron desplazándose hacia el norte. A medida que lo hacían, la masa terrestre se distribuyó de manera más uniforme a lo largo del ecuador y el megamonzón continuó intensificándose.
La progresión de Gondwana hacia el norte también influyó en su desglaciación gradual. [14] Los modelos climáticos indican que los sistemas de baja presión se fortalecieron a medida que la capa de hielo planetaria disminuía, exagerando así el efecto del monzón. Esto también actuó para magnificar la aridez de los trópicos. Por lo tanto, se sugiere que los patrones glaciales e interglaciales tuvieron un efecto significativo en la circulación monzónica de Pangea. [15] Los modelos también han indicado que el dióxido de carbono a nivel mundial aumentó sustancialmente entre los tiempos Carbonífero y Pérmico y resultó en un aumento de las temperaturas.
Durante el Triásico, el megamonzón alcanzó su máxima intensidad, lo que se cree que se debió a que el supercontinente alcanzó su mayor superficie durante este período a partir de la incorporación final de Siberia y los cratones del norte y el sur de China. La masa terrestre también se distribuyó de manera uniforme entre los hemisferios norte y sur, estaba dividida casi perfectamente por el ecuador y se extendía desde los 85° N hasta los 90° S. [3]
Tanto el aumento de la superficie de Pangea como la distribución equitativa de la masa terrestre a través de los hemisferios maximizaron el calentamiento de la superficie durante el verano. [3] Cuanto más fuerte fue el calentamiento de la superficie, más extrema fue la convección . Al intensificarse el movimiento ascendente, la presión central de la baja superficie del verano habría disminuido. Eso, a su vez, aumentó el gradiente de presión hemisférico y amplificó el flujo transecuatorial.
Además, el planeta experimentó un clima de invernadero durante el Triásico, lo que dio lugar a continentes completamente desprovistos de hielo, incluidas las regiones polares. [16] Los períodos interglaciales 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 que la evidencia paleontológica es más predominante. [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 monzónica comenzó a debilitarse durante el Jurásico, cuando los continentes comenzaron a separarse. [3] Los registros indican que el flujo atmosférico a gran escala regresó progresivamente a un patrón principalmente zonal. [5] Por lo tanto, los patrones climáticos se volvieron menos extremos en todos los continentes.
En la actualidad, la comunidad paleoclimática acepta en general la presencia del megamonzón de Pangea. Existe una cantidad sustancial de evidencia, tanto en el registro geológico como en las simulaciones de modelos, que respalda su existencia. [4] [2] [3 ] [20] [21] Sin embargo, aún persiste una cantidad significativa de incertidumbre, en particular desde la perspectiva de los modelos. Una de las mayores incógnitas a las que se enfrentan los paleoclimatólogos es el impacto de las montañas de Pangea Central. Las simulaciones de modelos han sugerido que sin la presencia de la cordillera, la circulación monzónica se habría debilitado sustancialmente. [4]
Las montañas estaban situadas al norte del océano de Tetis y fueron resultado de la progresión hacia el norte y la subducción posterior de la placa paleo-tetiana. [2] Sin embargo, la altura de estas montañas aún no se ha cuantificado. Los científicos han reconocido que aproximar 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]
Los estudios también continúan examinando el impacto de los ciclos orbitales en la circulación monzónica. [24] [4] [25] El monzón durante el Triásico tardío parece haber sido particularmente afectado por los ciclos de Milankovich durante un período que se extiende por al menos 22 millones de años. La excentricidad orbital parece haber afectado significativamente a los ciclos de precipitación, pero se requieren más investigaciones 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 Panthalassic . El transporte de calor resultante de estas circulaciones altera significativamente el monzón simulado; por lo tanto, representarlas con precisión es de gran importancia. [4] [27] La investigación continua proporcionará eventualmente a los científicos una comprensión mucho más completa de la progresión y el comportamiento del megamonzón que dominó el clima de Pangea.