Una edad de hielo es un largo período de reducción de la temperatura de la superficie y la atmósfera de la Tierra , lo que resulta en la presencia o expansión de capas de hielo continentales y polares y glaciares alpinos . El clima de la Tierra alterna entre edades de hielo y períodos de invernadero durante los cuales no hay glaciares en el planeta. La Tierra se encuentra actualmente en la edad de hielo llamada glaciación cuaternaria . [1] Los pulsos individuales de clima frío dentro de una edad de hielo se denominan períodos glaciares ( glaciares, glaciaciones, etapas glaciares, estadiales, estadios o, coloquialmente, edades de hielo ), y los períodos cálidos intermitentes dentro de una edad de hielo se denominan interglaciares o interestadiales . [2]
En glaciología , el término edad de hielo se define por la presencia de extensas capas de hielo en los hemisferios norte y sur. [3] Según esta definición, el actual período Holoceno es un período interglacial de una edad de hielo. Se prevé que la acumulación de gases de efecto invernadero antropogénicos retrase el próximo período glacial. [4] [5] [6]
En 1742, Pierre Martel (1706-1767), ingeniero y geógrafo que vivía en Ginebra , visitó el valle de Chamonix en los Alpes de Saboya . [7] [8] Dos años después publicó un relato de su viaje. Informó que los habitantes de ese valle atribuían la dispersión de rocas erráticas a los glaciares, diciendo que alguna vez se habían extendido mucho más. [9] [10] Más tarde se informaron explicaciones similares de otras regiones de los Alpes. En 1815, el carpintero y cazador de rebecos Jean-Pierre Perraudin (1767-1858) explicó que las rocas erráticas en el Val de Bagnes en el cantón suizo de Valais se debían a que los glaciares se habían extendido anteriormente más. [11] Un leñador desconocido de Meiringen, en el Oberland bernés, defendió una idea similar en una discusión con el geólogo suizo-alemán Jean de Charpentier (1786-1855) en 1834. [12] También se conocen explicaciones comparables en el Val de Ferret en el Valais y Seeland en el oeste de Suiza [13] y en la obra científica de Goethe . [14] Tales explicaciones también se pueden encontrar en otras partes del mundo. Cuando el naturalista bávaro Ernst von Bibra (1806-1878) visitó los Andes chilenos en 1849-1850, los nativos atribuyeron las morrenas fósiles a la acción anterior de los glaciares. [15]
Mientras tanto, los eruditos europeos habían comenzado a preguntarse qué había causado la dispersión de material errático. Desde mediados del siglo XVIII, algunos discutieron el hielo como medio de transporte. El experto en minería sueco Daniel Tilas (1712-1772) fue, en 1742, la primera persona en sugerir que el hielo marino a la deriva era una causa de la presencia de rocas erráticas en las regiones escandinava y báltica. [16] En 1795, el filósofo y naturalista escocés, James Hutton (1726-1797), explicó las rocas erráticas en los Alpes por la acción de los glaciares. [17] Dos décadas después, en 1818, el botánico sueco Göran Wahlenberg (1780-1851) publicó su teoría de una glaciación de la península escandinava. Consideró la glaciación como un fenómeno regional. [18]
Sólo unos pocos años después, el geólogo danés-noruego Jens Esmark (1762-1839) defendió una secuencia de eras glaciales mundiales. En un artículo publicado en 1824, Esmark propuso cambios en el clima como la causa de esas glaciaciones. Intentó demostrar que se originaron a partir de cambios en la órbita de la Tierra. [19] Esmark descubrió la similitud entre las morrenas cerca del lago Haukalivatnet cerca del nivel del mar en Rogaland y las morrenas en las ramificaciones de Jostedalsbreen . El descubrimiento de Esmark fue posteriormente atribuido o apropiado por Theodor Kjerulf y Louis Agassiz . [20] [21] [22]
Durante los años siguientes, las ideas de Esmark fueron discutidas y retomadas en parte por científicos suecos, escoceses y alemanes. En la Universidad de Edimburgo, Robert Jameson (1774-1854) parecía estar relativamente abierto a las ideas de Esmark, como lo revisó el profesor noruego de glaciología Bjørn G. Andersen (1992). [23] Las observaciones de Jameson sobre los glaciares antiguos en Escocia fueron probablemente motivadas por Esmark. [24] En Alemania, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797-1849), un geólogo y profesor de silvicultura en una academia en Dreissigacker (que luego se incorporó a la ciudad de Meiningen, en el sur de Turingia ), adoptó la teoría de Esmark. En un artículo publicado en 1832, Bernhardi especuló sobre los casquetes polares que alguna vez alcanzaron las zonas templadas del globo. [25]
En Val de Bagnes , un valle de los Alpes suizos , existía la creencia local de que el valle había estado cubierto de hielo y en 1815 un cazador de rebecos local llamado Jean-Pierre Perraudin intentó convencer al geólogo Jean de Charpentier de esta idea, señalando profundas estrías en las rocas y rocas erráticas gigantes como evidencia. Charpentier sostenía la opinión general de que estas señales eran causadas por grandes inundaciones y rechazó la teoría de Perraudin por absurda. En 1818, el ingeniero Ignatz Venetz se unió a Perraudin y Charpentier para examinar un lago proglacial sobre el valle creado por una presa de hielo como resultado de la erupción de 1815 del Monte Tambora , que amenazó con causar una inundación catastrófica cuando la presa se rompió. Perraudin intentó sin éxito convencer a sus compañeros de su teoría, pero cuando finalmente se rompió la presa, sólo había pequeñas irregularidades y ninguna estría, y Venetz concluyó que Perraudin tenía razón y que sólo el hielo podía haber causado resultados tan importantes. En 1821 leyó un artículo premiado sobre la teoría en la Sociedad Suiza, pero no se publicó hasta que Charpentier, que también se había convertido, lo publicó junto con su propio artículo, más leído, en 1834. [26]
Mientras tanto, el botánico alemán Karl Friedrich Schimper (1803-1867) estudiaba los musgos que crecían sobre rocas irregulares en las tierras altas de los Alpes bávaros. Empezó a preguntarse de dónde provenían esas masas de piedra. Durante el verano de 1835 realizó algunas excursiones a los Alpes bávaros. Schimper llegó a la conclusión de que el hielo debía haber sido el medio de transporte de las rocas en las tierras altas alpinas. En el invierno de 1835-1836 dio algunas conferencias en Múnich. Schimper supuso entonces que debía haber habido épocas globales de destrucción ("Verödungszeiten") con un clima frío y agua congelada. [27] Schimper pasó los meses de verano de 1836 en Devens, cerca de Bex, en los Alpes suizos, con su antiguo amigo de la universidad Louis Agassiz (1801-1873) y Jean de Charpentier. Schimper, Charpentier y posiblemente Venetz convencieron a Agassiz de que había habido una época de glaciación. Durante el invierno de 1836-1837, Agassiz y Schimper desarrollaron la teoría de una secuencia de glaciaciones. Se basaron principalmente en los trabajos anteriores de Venetz, Charpentier y en su propio trabajo de campo. Agassiz parece haber estado familiarizado ya con el artículo de Bernhardi en ese momento. [28] A principios de 1837, Schimper acuñó el término "edad de hielo" ( "Eiszeit" ) para el período de los glaciares. [29] En julio de 1837, Agassiz presentó su síntesis ante la reunión anual de la Sociedad Suiza de Investigación Natural en Neuchâtel. El público fue muy crítico y algunos se opusieron a la nueva teoría porque contradecía las opiniones establecidas sobre la historia climática. La mayoría de los científicos contemporáneos pensaban que la Tierra se había ido enfriando gradualmente desde su nacimiento como un globo fundido. [30]
Para convencer a los escépticos, Agassiz se embarcó en un trabajo de campo geológico. Publicó su libro Études sur les glaciers ("Estudios sobre los glaciares") en 1840. [31] Esto molestó a Charpentier, que también estaba preparando un libro sobre la glaciación de los Alpes. Charpentier consideró que Agassiz debería haberle dado prioridad, ya que fue él quien le había introducido en la investigación en profundidad de los glaciares. [32] Como resultado de disputas personales, Agassiz también había omitido cualquier mención de Schimper en su libro. [33]
Pasaron varias décadas antes de que la teoría de las eras glaciales fuera plenamente aceptada por los científicos. Esto ocurrió a escala internacional en la segunda mitad de la década de 1870, tras el trabajo de James Croll , incluida la publicación de Climate and Time, in Their Geological Relations en 1875, que proporcionó una explicación creíble de las causas de las eras glaciales. [34]
Hay tres tipos principales de evidencia de las edades de hielo: geológica, química y paleontológica.
Las evidencias geológicas de las eras glaciales se presentan en diversas formas, incluyendo la erosión y el rayado de las rocas, las morrenas glaciares , los drumlins , el corte de valles y la deposición de till o tillitas y bloques erráticos glaciares . Las glaciaciones sucesivas tienden a distorsionar y borrar las evidencias geológicas de las glaciaciones anteriores, lo que dificulta su interpretación. Además, era difícil datar con exactitud estas evidencias; las primeras teorías asumían que las glaciaciones eran cortas en comparación con los largos períodos interglaciales. La aparición de sedimentos y núcleos de hielo reveló la verdadera situación: las glaciaciones son largas, los períodos interglaciales cortos. Llevó algún tiempo elaborar la teoría actual.
La evidencia química consiste principalmente en variaciones en las proporciones de isótopos en fósiles presentes en sedimentos y rocas sedimentarias y núcleos de sedimentos oceánicos . Para los períodos glaciares más recientes, los núcleos de hielo proporcionan indicadores climáticos , tanto del hielo mismo como de muestras atmosféricas proporcionadas por burbujas de aire incluidas. Debido a que el agua que contiene isótopos más ligeros tiene un calor de evaporación menor , su proporción disminuye con condiciones más cálidas. [35] Esto permite construir un registro de temperatura. Sin embargo, esta evidencia puede verse confundida por otros factores registrados por las proporciones de isótopos.
La evidencia paleontológica consiste en cambios en la distribución geográfica de los fósiles. Durante un período glaciar, los organismos adaptados al frío se expandieron hacia latitudes más bajas, y los organismos que prefieren condiciones más cálidas se extinguieron o retrocedieron hacia latitudes más bajas. Esta evidencia también es difícil de interpretar porque requiere:
A pesar de las dificultades, el análisis de núcleos de hielo y sedimentos oceánicos [36] ha proporcionado un registro creíble de las glaciaciones e interglaciaciones a lo largo de los últimos millones de años. Estos también confirman la relación entre las eras de hielo y los fenómenos de la corteza continental, como las morrenas glaciares, los drumlins y los bloques erráticos glaciares. Por lo tanto, los fenómenos de la corteza continental se aceptan como buena evidencia de eras de hielo anteriores cuando se encuentran en capas creadas mucho antes del rango de tiempo para el que se dispone de núcleos de hielo y sedimentos oceánicos.
Ha habido al menos cinco grandes eras glaciales en la historia de la Tierra (la Huroniana , la Criogénica , la Andino-Sahariana , la Paleozoica tardía y la última Era glacial Cuaternaria ). Fuera de estas eras, se pensaba anteriormente que la Tierra había estado libre de hielo incluso en latitudes altas; [37] [38] dichos períodos se conocen como períodos de invernadero . [39] Sin embargo, otros estudios lo disputan, encontrando evidencia de glaciaciones ocasionales en latitudes altas incluso durante períodos de invernadero aparentes. [40] [41]
Las rocas de la primera edad de hielo bien establecida, llamada Huroniano , se han datado en alrededor de 2.4 a 2.1 mil millones de años durante el Eón Proterozoico temprano . Varios cientos de kilómetros del Supergrupo Huroniano están expuestos de 10 a 100 kilómetros (6 a 62 mi) al norte de la costa norte del lago Hurón, extendiéndose desde cerca de Sault Ste. Marie hasta Sudbury, al noreste del lago Hurón, con capas gigantes de lechos de till ahora litificados, dropstones , varvas , afloramientos y rocas de basamento erosionadas. Se han encontrado depósitos correlativos del Huroniano cerca de Marquette, Michigan , y se ha realizado una correlación con depósitos glaciares del Paleoproterozoico de Australia Occidental. La edad de hielo del Huroniano fue causada por la eliminación de metano atmosférico , un gas de efecto invernadero , durante el Gran Evento de Oxigenación . [42]
La siguiente edad de hielo bien documentada, y probablemente la más severa de los últimos mil millones de años, ocurrió entre 720 y 630 millones de años atrás (el período Criogénico ) y puede haber producido una Tierra Bola de Nieve en la que las capas de hielo glacial alcanzaron el ecuador, [43] posiblemente terminando por la acumulación de gases de efecto invernadero como el CO 2 producido por los volcanes. "La presencia de hielo en los continentes y de hielo en los océanos inhibiría tanto la erosión de silicatos como la fotosíntesis , que son los dos principales sumideros de CO 2 en la actualidad". [44] Se ha sugerido que el final de esta edad de hielo fue responsable de la posterior explosión Ediacárica y Cámbrica , aunque este modelo es reciente y controvertido.
El Andino-Sahariano se produjo hace 460 a 420 millones de años, durante el Ordovícico Superior y el Silúrico .
La evolución de las plantas terrestres al inicio del período Devónico provocó un aumento a largo plazo de los niveles de oxígeno planetario y una reducción de los niveles de CO2, lo que dio lugar a la glaciación del Paleozoico tardío . Su antiguo nombre, la glaciación Karoo, se debía a los tills glaciares encontrados en la región Karoo de Sudáfrica. Hubo extensos casquetes polares a intervalos de entre 360 y 260 millones de años atrás en Sudáfrica durante los períodos Carbonífero y Pérmico temprano . Se conocen correlatos en Argentina, también en el centro del antiguo supercontinente Gondwana .
Aunque la Era Mesozoica mantuvo un clima de invernadero a lo largo de su período y anteriormente se suponía que había estado completamente libre de glaciaciones, estudios más recientes sugieren que ocurrieron breves períodos de glaciación en ambos hemisferios durante el Cretácico Inferior . Los registros geológicos y paleoclimatológicos sugieren la existencia de períodos glaciares durante las etapas Valanginiana , Hauteriviana y Aptiense del Cretácico Inferior. Las rocas glaciares arrastradas por el hielo indican que en el hemisferio norte , las capas de hielo pueden haberse extendido tan al sur como la península Ibérica durante el Hauteriviano y el Aptiense. [45] [46] [47] Aunque las capas de hielo desaparecieron en gran medida de la Tierra durante el resto del período (los informes potenciales del Turoniense , por lo demás el período más cálido del Fanerozoico, son objeto de controversia), [40] [41] las capas de hielo y el hielo marino asociado parecen haber regresado brevemente a la Antártida cerca del final del Maastrichtiano, justo antes del evento de extinción del Cretácico-Paleógeno . [41] [48]
La glaciación cuaternaria o edad de hielo cuaternaria comenzó hace unos 2,58 millones de años, al comienzo del período cuaternario, cuando comenzó la expansión de las capas de hielo en el hemisferio norte. Desde entonces, el mundo ha visto ciclos de glaciación con capas de hielo que avanzan y retroceden en escalas de tiempo de 40.000 y 100.000 años, llamadas períodos glaciares , glaciales o avances glaciares, y períodos interglaciales , interglaciales o retrocesos glaciares. La Tierra se encuentra actualmente en un período interglacial, y el último período glaciar terminó hace unos 11.700 años. Todo lo que queda de las capas de hielo continentales son las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida y glaciares más pequeños, como en la isla de Baffin .
La definición del Cuaternario como el período que comenzó hace 2,58 Ma se basa en la formación de la capa de hielo del Ártico . La capa de hielo de la Antártida comenzó a formarse antes, hace unos 34 Ma, a mediados del Cenozoico ( límite Eoceno-Oligoceno ). El término Edad de Hielo del Cenozoico Tardío se utiliza para incluir esta fase temprana. [49]
Las eras de hielo se pueden dividir aún más por ubicación y tiempo; por ejemplo, los nombres Riss (180.000–130.000 años antes de Cristo ) y Würm (70.000–10.000 años antes de Cristo) se refieren específicamente a la glaciación en la región alpina . La extensión máxima del hielo no se mantiene durante todo el intervalo. La acción de erosión de cada glaciación tiende a eliminar la mayor parte de la evidencia de las capas de hielo anteriores casi por completo, excepto en regiones donde la capa posterior no alcanza una cobertura completa.
Dentro de la glaciación actual, han ocurrido períodos más templados y más severos. Los períodos más fríos se denominan períodos glaciares , los períodos más cálidos interglaciares , como la Etapa Eemian . [1] Hay evidencia de que ciclos glaciares similares ocurrieron en glaciaciones anteriores, incluyendo la Andino-Sahariana [50] y la Casa de Hielo del Paleozoico Tardío. Los ciclos glaciares de la Casa de Hielo del Paleozoico Tardío son probablemente responsables de la deposición de ciclotemas . [51]
Las glaciaciones se caracterizan por climas más fríos y secos en la mayor parte de la Tierra y grandes masas de hielo terrestre y marino que se extienden hacia afuera desde los polos. Los glaciares de montaña en áreas que de otro modo no estarían glaciadas se extienden a elevaciones más bajas debido a una línea de nieve más baja . Los niveles del mar caen debido a la eliminación de grandes volúmenes de agua por encima del nivel del mar en los casquetes polares. Hay evidencia de que los patrones de circulación oceánica se ven alterados por las glaciaciones. Las glaciaciones e interglaciaciones coinciden con cambios en el forzamiento orbital del clima debido a los ciclos de Milankovitch , que son cambios periódicos en la órbita de la Tierra y la inclinación del eje de rotación de la Tierra.
La Tierra ha estado en un período interglacial conocido como Holoceno durante unos 11.700 años, [52] y un artículo en Nature en 2004 sostiene que podría ser más análogo a un interglacial anterior que duró 28.000 años. [53] Los cambios previstos en el forzamiento orbital sugieren que el próximo período glacial comenzaría al menos dentro de 50.000 años. Además, se estima que el forzamiento antropogénico debido al aumento de los gases de efecto invernadero podría superar el forzamiento orbital de los ciclos de Milankovitch durante cientos de miles de años. [54] [5] [4]
Cada período glacial está sujeto a una retroalimentación positiva que lo hace más severo, y a una retroalimentación negativa que lo mitiga y (en todos los casos hasta ahora) eventualmente lo termina.
Una forma importante de retroalimentación es el albedo de la Tierra , que es la cantidad de energía solar que la Tierra refleja en lugar de absorber. El hielo y la nieve aumentan el albedo de la Tierra, mientras que los bosques lo reducen. Cuando la temperatura del aire disminuye, los campos de hielo y nieve crecen y reducen la cubierta forestal. Esto continúa hasta que la competencia con un mecanismo de retroalimentación negativa fuerza al sistema a un equilibrio.
Una teoría sostiene que cuando se forman los glaciares, ocurren dos cosas: el hielo tritura las rocas y las convierte en polvo, y la tierra se vuelve seca y árida. Esto permite que los vientos transporten polvo rico en hierro al océano abierto, donde actúa como fertilizante que provoca floraciones masivas de algas que extraen grandes cantidades de CO2 de la atmósfera. Esto, a su vez, hace que el clima sea aún más frío y hace que los glaciares crezcan más. [55]
En 1956, Ewing y Donn [56] plantearon la hipótesis de que un océano Ártico sin hielo conduce a un aumento de las nevadas en las latitudes altas. Cuando el hielo de baja temperatura cubre el océano Ártico, hay poca evaporación o sublimación y las regiones polares son bastante secas en términos de precipitación, comparable a la cantidad encontrada en los desiertos de latitudes medias . Esta baja precipitación permite que las nevadas de las latitudes altas se derritan durante el verano. Un océano Ártico sin hielo absorbe la radiación solar durante los largos días de verano y evapora más agua en la atmósfera del Ártico. Con una mayor precipitación, partes de esta nieve pueden no derretirse durante el verano y, por lo tanto, se puede formar hielo glacial en altitudes más bajas y latitudes más meridionales, reduciendo las temperaturas sobre la tierra por un aumento del albedo como se señaló anteriormente. Además, bajo esta hipótesis, la falta de hielo oceánico permite un mayor intercambio de aguas entre los océanos Ártico y Atlántico Norte, calentando el Ártico y enfriando el Atlántico Norte. (Entre las consecuencias proyectadas actuales del calentamiento global se incluye un breve período sin hielo en el océano Ártico para el año 2050 ). El flujo adicional de agua dulce hacia el Atlántico Norte durante un ciclo de calentamiento también puede reducir la circulación global del agua oceánica . Tal reducción (al reducir los efectos de la Corriente del Golfo ) tendría un efecto de enfriamiento en el norte de Europa, lo que a su vez conduciría a una mayor retención de nieve en latitudes bajas durante el verano. [57] [58] [59] También se ha sugerido [¿ por quién? ] que durante una extensa glaciación, los glaciares pueden moverse a través del Golfo de San Lorenzo , extendiéndose hacia el Océano Atlántico Norte lo suficiente como para bloquear la Corriente del Golfo.
Las capas de hielo que se forman durante las glaciaciones erosionan la tierra que se encuentra debajo de ellas. Esto puede reducir la superficie terrestre sobre el nivel del mar y, por lo tanto, disminuir la cantidad de espacio en el que se pueden formar las capas de hielo. Esto mitiga la retroalimentación del albedo, al igual que el aumento del nivel del mar que acompaña a la reducción de la superficie de las capas de hielo, ya que el océano abierto tiene un albedo más bajo que la tierra. [60]
Otro mecanismo de retroalimentación negativa es el aumento de la aridez que se produce con los máximos glaciares, lo que reduce la precipitación disponible para mantener la glaciación. El retroceso glaciar inducido por este o cualquier otro proceso puede verse amplificado por retroalimentaciones positivas inversas similares a las que se dan en el caso de los avances glaciares. [61]
Según una investigación publicada en Nature Geoscience , las emisiones humanas de dióxido de carbono (CO2 ) retrasarán el próximo período glacial. Los investigadores utilizaron datos sobre la órbita de la Tierra para encontrar el período interglacial cálido histórico que más se parece al actual y, a partir de esto, predijeron que el próximo período glacial comenzaría normalmente dentro de 1.500 años. Continúan prediciendo que las emisiones han sido tan altas que no lo hará. [62]
Las causas de las eras de hielo no se comprenden completamente ni para los períodos de eras de hielo a gran escala ni para los períodos de reflujo y flujo más pequeños de los períodos glaciales e interglaciales dentro de una era de hielo. El consenso es que varios factores son importantes: la composición atmosférica , como las concentraciones de dióxido de carbono y metano (los niveles específicos de los gases mencionados anteriormente ahora se pueden ver con las nuevas muestras de núcleos de hielo del Proyecto Europeo para la Perforación de Hielo en la Antártida (EPICA) Dome C en la Antártida durante los últimos 800.000 años); los cambios en la órbita de la Tierra alrededor del Sol conocidos como ciclos de Milankovitch ; el movimiento de las placas tectónicas que resulta en cambios en la ubicación relativa y la cantidad de corteza continental y oceánica en la superficie de la Tierra, que afectan al viento y las corrientes oceánicas ; las variaciones en la producción solar ; la dinámica orbital del sistema Tierra-Luna; el impacto de meteoritos relativamente grandes y el vulcanismo, incluidas las erupciones de supervolcanes . [63] [ cita requerida ]
Algunos de estos factores se influyen entre sí. Por ejemplo, los cambios en la composición atmosférica de la Tierra (especialmente las concentraciones de gases de efecto invernadero) pueden alterar el clima, mientras que el cambio climático en sí mismo puede cambiar la composición atmosférica (por ejemplo, modificando la velocidad a la que la meteorización elimina el CO2 ) .
Maureen Raymo , William Ruddiman y otros proponen que las mesetas del Tíbet y del Colorado son inmensos "depuradores" de CO2 con capacidad para eliminar suficiente CO2 de la atmósfera global como para ser un factor causal significativo de la tendencia de enfriamiento cenozoico de 40 millones de años . Afirman además que aproximadamente la mitad de su elevación (y capacidad de "depuración" de CO2 ) ocurrió en los últimos 10 millones de años. [64] [65]
Hay evidencia de que los niveles de gases de efecto invernadero disminuyeron al comienzo de las eras glaciales y aumentaron durante el retroceso de las capas de hielo, pero es difícil establecer una relación de causa y efecto (véanse las notas anteriores sobre el papel de la meteorización). Los niveles de gases de efecto invernadero también pueden haber sido afectados por otros factores que se han propuesto como causas de las eras glaciales, como el movimiento de los continentes y el vulcanismo.
La hipótesis de la Tierra Bola de Nieve sostiene que la severa congelación de finales del Proterozoico terminó por un aumento en los niveles de CO 2 en la atmósfera, principalmente de los volcanes, y algunos partidarios de la Tierra Bola de Nieve argumentan que fue causada en primer lugar por una reducción del CO 2 atmosférico . La hipótesis también advierte sobre futuras Tierras Bola de Nieve.
En 2009, se aportaron más pruebas de que los cambios en la insolación solar constituyen el detonante inicial del calentamiento de la Tierra después de una Edad de Hielo, y que factores secundarios como el aumento de los gases de efecto invernadero explican la magnitud del cambio. [66]
El registro geológico parece mostrar que las eras glaciales comienzan cuando los continentes están en posiciones que bloquean o reducen el flujo de agua caliente desde el ecuador hasta los polos y, por lo tanto, permiten la formación de capas de hielo. Las capas de hielo aumentan la reflectividad de la Tierra y, por lo tanto, reducen la absorción de la radiación solar. Al absorber menos radiación, la atmósfera se enfría; el enfriamiento permite que las capas de hielo crezcan, lo que aumenta aún más la reflectividad en un ciclo de retroalimentación positiva . La era glacial continúa hasta que la reducción de la erosión provoca un aumento del efecto invernadero .
Hay tres factores principales que contribuyen a la disposición de los continentes y que obstruyen el movimiento del agua cálida hacia los polos: [67]
Dado que la Tierra actual tiene un continente sobre el Polo Sur y un océano casi sin salida al mar sobre el Polo Norte, los geólogos creen que la Tierra seguirá experimentando períodos glaciares en el futuro geológicamente cercano.
Algunos científicos creen que el Himalaya es un factor importante en la actual edad de hielo, porque estas montañas han aumentado la precipitación total de la Tierra y, por lo tanto, la velocidad a la que el dióxido de carbono se elimina de la atmósfera, disminuyendo el efecto invernadero. [65] La formación del Himalaya comenzó hace unos 70 millones de años cuando la placa indoaustraliana chocó con la placa euroasiática , y el Himalaya todavía se está elevando a unos 5 mm por año porque la placa indoaustraliana todavía se mueve a 67 mm/año. La historia del Himalaya se ajusta en términos generales a la disminución a largo plazo de la temperatura media de la Tierra desde mediados del Eoceno , hace 40 millones de años.
Otra importante contribución a los regímenes climáticos antiguos es la variación de las corrientes oceánicas, que se modifican por la posición de los continentes, los niveles del mar y la salinidad, así como por otros factores. Tienen la capacidad de enfriar (por ejemplo, ayudando a la creación de hielo antártico) y la capacidad de calentar (por ejemplo, dando a las Islas Británicas un clima templado en lugar de boreal). El cierre del istmo de Panamá hace unos 3 millones de años puede haber marcado el comienzo del actual período de fuerte glaciación en América del Norte al poner fin al intercambio de agua entre los océanos tropicales Atlántico y Pacífico. [68]
Los análisis sugieren que las fluctuaciones de las corrientes oceánicas pueden explicar adecuadamente las oscilaciones glaciales recientes. Durante el último período glacial, el nivel del mar fluctuó entre 20 y 30 m debido al secuestro de agua, principalmente en las capas de hielo del hemisferio norte . Cuando se acumuló hielo y el nivel del mar bajó lo suficiente, el flujo a través del estrecho de Bering (el estrecho angosto entre Siberia y Alaska tiene hoy unos 50 m de profundidad) se redujo, lo que resultó en un aumento del flujo desde el Atlántico Norte. Esto realineó la circulación termohalina en el Atlántico, aumentando el transporte de calor hacia el Ártico, lo que derritió la acumulación de hielo polar y redujo otras capas de hielo continentales. La liberación de agua elevó nuevamente los niveles del mar, restaurando la entrada de agua más fría desde el Pacífico con un cambio acompañante hacia la acumulación de hielo en el hemisferio norte. [69]
Según un estudio publicado en Nature en 2021, todos los períodos glaciares de las eras de hielo de los últimos 1,5 millones de años estuvieron asociados con desplazamientos hacia el norte de los icebergs antárticos que se derretían, lo que cambió los patrones de circulación oceánica, lo que provocó que se extrajera más CO2 de la atmósfera . Los autores sugieren que este proceso puede verse alterado en el futuro, ya que el océano Austral se calentará demasiado para que los icebergs viajen lo suficientemente lejos como para desencadenar estos cambios. [70] [71]
La teoría geológica de Matthias Kuhle sobre el desarrollo de las Edades de Hielo fue sugerida por la existencia de una capa de hielo que cubría la meseta tibetana durante las Edades de Hielo ( ¿Último Máximo Glacial ?). Según Kuhle, la elevación de las placas tectónicas del Tíbet más allá de la línea de nieve ha llevado a una superficie de aproximadamente 2.400.000 kilómetros cuadrados (930.000 millas cuadradas) que cambió de tierra desnuda a hielo con un albedo un 70% mayor . La reflexión de energía en el espacio resultó en un enfriamiento global, desencadenando la Edad de Hielo del Pleistoceno . Debido a que estas tierras altas están en una latitud subtropical, con cuatro a cinco veces la insolación de las áreas de alta latitud, lo que sería la superficie de calentamiento más fuerte de la Tierra se ha convertido en una superficie de enfriamiento.
Kuhle explica los períodos interglaciales por el ciclo de 100.000 años de cambios en la radiación debido a las variaciones en la órbita de la Tierra. Este calentamiento comparativamente insignificante, cuando se combina con el descenso de las áreas de hielo interiores nórdicas y del Tíbet debido al peso de la carga de hielo superpuesta, ha llevado al deshielo completo repetido de las áreas de hielo interiores. [72] [73] [74] [75]
Los ciclos de Milankovitch son un conjunto de variaciones cíclicas en las características de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Cada ciclo tiene una duración diferente, por lo que en algunos momentos sus efectos se refuerzan entre sí y en otros se anulan (parcialmente).
Hay pruebas sólidas de que los ciclos de Milankovitch afectan la aparición de períodos glaciales e interglaciales dentro de una era glacial. La era glacial actual es la más estudiada y mejor comprendida, en particular los últimos 400.000 años, ya que este es el período cubierto por los núcleos de hielo que registran la composición atmosférica y los indicadores de temperatura y volumen de hielo. Dentro de este período, la coincidencia de las frecuencias glaciales/interglaciales con los períodos de forzamiento orbital de Milanković es tan cercana que el forzamiento orbital es generalmente aceptado. Los efectos combinados de la distancia cambiante al Sol, la precesión del eje de la Tierra y la inclinación cambiante del eje de la Tierra redistribuyen la luz solar que recibe la Tierra. De particular importancia son los cambios en la inclinación del eje de la Tierra, que afectan la intensidad de las estaciones. Por ejemplo, la cantidad de influjo solar en julio a 65 grados de latitud norte varía hasta en un 22% (de 450 W/m 2 a 550 W/m 2 ). Se cree que las capas de hielo avanzan cuando los veranos se vuelven demasiado fríos como para derretir toda la nieve acumulada del invierno anterior. Algunos creen que la fuerza de la fuerza orbital es demasiado pequeña para desencadenar glaciaciones, pero los mecanismos de retroalimentación como el CO2 pueden explicar este desajuste.
Aunque el forzamiento de Milankovitch predice que los cambios cíclicos en los elementos orbitales de la Tierra pueden expresarse en el registro de glaciaciones, se necesitan explicaciones adicionales para explicar qué ciclos se observan como más importantes en la cronología de los períodos glaciales e interglaciales. En particular, durante los últimos 800.000 años, el período dominante de oscilación glacial-interglacial ha sido de 100.000 años, que corresponde a cambios en la excentricidad orbital y la inclinación orbital de la Tierra . Sin embargo, esta es de lejos la más débil de las tres frecuencias predichas por Milankovitch. Durante el período de hace 3,0 a 0,8 millones de años, el patrón dominante de glaciación correspondió al período de 41.000 años de cambios en la oblicuidad de la Tierra (inclinación del eje). Las razones del predominio de una frecuencia sobre otra son poco conocidas y un área activa de investigación actual, pero la respuesta probablemente se relaciona con alguna forma de resonancia en el sistema climático de la Tierra. Trabajos recientes sugieren que el ciclo de 100.000 años predomina debido al aumento del hielo marino en el polo sur, lo que aumenta la reflectividad solar total. [76] [77]
La explicación "tradicional" de Milankovitch tiene dificultades para explicar el predominio del ciclo de 100.000 años durante los últimos 8 ciclos. Richard A. Muller , Gordon JF MacDonald [ 78] [79] [80] y otros han señalado que esos cálculos son para una órbita bidimensional de la Tierra, pero la órbita tridimensional también tiene un ciclo de inclinación orbital de 100.000 años. Propusieron que estas variaciones en la inclinación orbital conducen a variaciones en la insolación, a medida que la Tierra entra y sale de las bandas de polvo conocidas en el sistema solar. Aunque este es un mecanismo diferente a la visión tradicional, los períodos "previstos" durante los últimos 400.000 años son casi los mismos. La teoría de Muller y MacDonald, a su vez, ha sido cuestionada por José Antonio Rial [81] .
William Ruddiman ha sugerido un modelo que explica el ciclo de 100.000 años mediante el efecto modulador de la excentricidad (ciclo débil de 100.000 años) sobre la precesión (ciclo de 26.000 años) combinado con la retroalimentación de los gases de efecto invernadero en los ciclos de 41.000 y 26.000 años. Peter Huybers ha propuesto otra teoría , según la cual el ciclo de 41.000 años siempre ha sido dominante, pero que la Tierra ha entrado en un modo de comportamiento climático en el que sólo el segundo o tercer ciclo desencadena una edad de hielo. Esto implicaría que la periodicidad de 100.000 años es en realidad una ilusión creada al promediar juntos ciclos que duran 80.000 y 120.000 años. [82] Esta teoría es coherente con un modelo empírico simple de múltiples estados propuesto por Didier Paillard. [83] Paillard sugiere que los ciclos glaciares del Pleistoceno tardío pueden verse como saltos entre tres estados climáticos cuasi estables. Los saltos son inducidos por el forzamiento orbital , mientras que en el Pleistoceno temprano los ciclos glaciares de 41.000 años resultaron de saltos entre solo dos estados climáticos. Peter Ditlevsen propuso un modelo dinámico que explica este comportamiento. [84] Esto respalda la sugerencia de que los ciclos glaciares del Pleistoceno tardío no se deben al débil ciclo de excentricidad de 100.000 años, sino a una respuesta no lineal principalmente al ciclo de oblicuidad de 41.000 años.
Hay al menos dos tipos de variación en la producción de energía del Sol: [85]
El aumento a largo plazo de la emisión de energía solar no puede ser causa de las edades de hielo.
Las erupciones volcánicas pueden haber contribuido al inicio y/o fin de los períodos de edad de hielo. En momentos durante el paleoclima, los niveles de dióxido de carbono eran dos o tres veces mayores que hoy. Los volcanes y los movimientos en las placas continentales contribuyeron a altas cantidades de CO 2 en la atmósfera. El dióxido de carbono de los volcanes probablemente contribuyó a los períodos con temperaturas generales más altas. [86] Una explicación propuesta del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno es que los volcanes submarinos liberaron metano de los clatratos y, por lo tanto, causaron un gran y rápido aumento en el efecto invernadero . [87] No parece haber evidencia geológica de tales erupciones en el momento adecuado, pero esto no prueba que no sucedieron.
El período geológico actual, el Cuaternario , que comenzó hace unos 2,6 millones de años y se extiende hasta el presente, [2] está marcado por episodios cálidos y fríos, fases frías llamadas glaciaciones ( Edad de hielo cuaternaria ) que duran unos 100.000 años, y fases cálidas llamadas interglaciares que duran entre 10.000 y 15.000 años. El último episodio frío del Último Período Glacial terminó hace unos 10.000 años. [88] La Tierra se encuentra actualmente en un período interglacial del Cuaternario, llamado Holoceno .
Las principales etapas glaciales de la actual edad de hielo en América del Norte son la glaciación de Illinois , la de Eemian y la de Wisconsin . Los geólogos y geomorfólogos cuaternarios han dejado de utilizar las etapas de Nebraska, Afton, Kansan y Yarmouth para subdividir la edad de hielo en América del Norte. Todas estas etapas se han fusionado en la Pre-Illinoiana en la década de 1980. [89] [90] [91]
Durante la glaciación más reciente de América del Norte, durante la última parte del Último Máximo Glacial (hace entre 26.000 y 13.300 años), las capas de hielo se extendieron hasta aproximadamente el paralelo 45 norte . Estas capas tenían un espesor de entre 3 y 4 kilómetros (1,9 y 2,5 millas). [90]
Esta glaciación de Wisconsin dejó un gran impacto en el paisaje norteamericano. Los Grandes Lagos y los Finger Lakes fueron tallados por el hielo que profundizó los antiguos valles. La mayoría de los lagos de Minnesota y Wisconsin fueron excavados por los glaciares y luego se llenaron con aguas de deshielo glacial. El antiguo sistema de drenaje del río Teays fue alterado radicalmente y en gran parte remodelado para convertirse en el sistema de drenaje del río Ohio . Otros ríos fueron represados y desviados hacia nuevos canales, como las cataratas del Niágara , que formaron una espectacular cascada y desfiladero cuando el flujo de agua encontró un acantilado de piedra caliza. Otra cascada similar, en el actual Parque Estatal de la Reserva Clark cerca de Syracuse, Nueva York , ahora está seca.
La zona que va desde Long Island hasta Nantucket (Massachusetts) se formó a partir de till glaciar , y la plétora de lagos del Escudo Canadiense en el norte de Canadá se puede atribuir casi en su totalidad a la acción del hielo. A medida que el hielo retrocedía y el polvo de roca se secaba, los vientos transportaron el material cientos de kilómetros, formando lechos de loess de varias decenas de pies de espesor en el valle del Misuri . El rebote posglacial continúa remodelando los Grandes Lagos y otras áreas que antes estaban bajo el peso de las capas de hielo.
El área sin deriva , una porción del oeste y suroeste de Wisconsin junto con partes de los estados adyacentes de Minnesota , Iowa e Illinois , no estaba cubierta por glaciares.
En los Andes semiáridos se produjo un cambio climático especialmente interesante durante la época glaciar. Además del esperado enfriamiento en comparación con el clima actual, se produjo aquí un cambio significativo en las precipitaciones. Así, las investigaciones en el macizo subtropical semiárido del Aconcagua (6.962 m) han demostrado una glaciación glaciar inesperadamente extensa del tipo "red de corrientes de hielo". [92] [93] [94] [95] [96] Los glaciares de valle conectados, de más de 100 km de longitud, fluyeron por el lado este de esta sección de los Andes a 32–34°S y 69–71°O hasta una altura de 2.060 m y en el lado occidental de la cuenca aluvial aún más profundamente. [96] [97] Allí donde los glaciares actuales apenas alcanzan los 10 km de longitud, la línea de nieve (ELA) se encuentra a una altura de 4.600 m y en ese momento se había reducido a 3.200 m snm , es decir, unos 1.400 m. De esto se deduce que, además de una reducción anual de la temperatura de unos 8,4 °C, se produjo un aumento de las precipitaciones. Por consiguiente, en épocas glaciares, la zona climática húmeda que hoy se encuentra varios grados de latitud más al sur se desplazó mucho más al norte. [95] [96]
Aunque el último período glaciar terminó hace más de 8.000 años, sus efectos todavía se pueden sentir hoy. Por ejemplo, el hielo en movimiento talló el paisaje en Canadá (ver Archipiélago Ártico Canadiense ), Groenlandia, el norte de Eurasia y la Antártida. Los cantos rodados erráticos , till , drumlins , eskers , fiordos , lagos de caldera , morrenas , circos , cuernos , etc., son características típicas dejadas por los glaciares. El peso de las capas de hielo fue tan grande que deformó la corteza terrestre y el manto. Después de que las capas de hielo se derritieron, la tierra cubierta de hielo rebotó . Debido a la alta viscosidad del manto de la Tierra , el flujo de rocas del manto que controla el proceso de rebote es muy lento, a una velocidad de aproximadamente 1 cm / año cerca del centro del área de rebote en la actualidad.
Durante la glaciación, se extrajo agua de los océanos para formar el hielo en latitudes altas, por lo que el nivel global del mar descendió unos 110 metros, exponiendo las plataformas continentales y formando puentes terrestres entre masas de tierra para que los animales migraran. Durante la desglaciación , el agua del hielo derretido regresó a los océanos, lo que provocó un aumento del nivel del mar. Este proceso puede causar cambios repentinos en las costas y los sistemas de hidratación que dan lugar a tierras recién sumergidas, tierras emergentes, diques de hielo colapsados que resultan en la salinización de lagos, nuevos diques de hielo que crean vastas áreas de agua dulce y una alteración general en los patrones climáticos regionales a gran escala pero temporal. Incluso puede causar reglaciación temporal . Este tipo de patrón caótico de tierra, hielo, agua salada y agua dulce que cambian rápidamente se ha propuesto como el modelo probable para las regiones báltica y escandinava , así como gran parte del centro de América del Norte al final del último máximo glacial, y las costas actuales solo se lograron en los últimos milenios de la prehistoria. Además, el efecto de la elevación en Escandinavia sumergió una vasta llanura continental que había existido bajo gran parte de lo que hoy es el Mar del Norte, conectando las Islas Británicas con la Europa continental. [98]
La redistribución del agua helada en la superficie de la Tierra y el flujo de rocas del manto provocan cambios en el campo gravitacional , así como cambios en la distribución del momento de inercia de la Tierra. Estos cambios en el momento de inercia dan como resultado un cambio en la velocidad angular , el eje y el bamboleo de la rotación de la Tierra.
El peso de la masa superficial redistribuida cargó la litosfera , provocó que se flexionara y también indujo estrés dentro de la Tierra. La presencia de los glaciares generalmente suprimió el movimiento de las fallas debajo. [99] [100] [101] Durante la desglaciación , las fallas experimentan un deslizamiento acelerado que desencadena terremotos . Los terremotos desencadenados cerca del margen de hielo pueden a su vez acelerar el desprendimiento de hielo y pueden explicar los eventos Heinrich . [102] A medida que se elimina más hielo cerca del margen de hielo, se inducen más terremotos intraplaca y esta retroalimentación positiva puede explicar el rápido colapso de las capas de hielo.
En Europa, la erosión glacial y el hundimiento isostático por el peso del hielo hicieron que el Mar Báltico , que antes de la Edad de Hielo era todo tierra, fuera drenado por el río Eridanos .
Un informe de 2015 del Proyecto Cambios Globales Pasados dice que las simulaciones muestran que es poco probable que ocurra una nueva glaciación dentro de los próximos 50.000 años aproximadamente, antes de que se produzca la siguiente fuerte caída de la insolación estival en el hemisferio norte "si la concentración atmosférica de CO2 se mantiene por encima de 300 ppm o las emisiones acumuladas de carbono superan los 1000 Pg C" (es decir, 1.000 gigatoneladas de carbono). "Solo si el contenido de CO2 atmosférico es inferior al nivel preindustrial puede ocurrir una glaciación dentro de los próximos 10 ka. ... Dadas las continuas emisiones antropogénicas de CO2 , es muy poco probable que se produzca el inicio de una glaciación en los próximos 50 ka, porque la escala de tiempo para la reducción del CO2 y la temperatura hacia valores no perturbados en ausencia de eliminación activa es muy larga [IPCC, 2013], y solo se produce un débil forzamiento precesional en los próximos dos ciclos precesionales". (Un ciclo de precesión dura alrededor de 21.000 años, el tiempo que tarda el perihelio en recorrer todo el recorrido del año tropical .) [103]
Las eras de hielo pasan por ciclos de unos 100.000 años, pero la próxima bien podría evitarse gracias a nuestras emisiones de dióxido de carbono. [5]
El descubrimiento de las Edades de Hielo es uno de los avances más revolucionarios en las ciencias de la Tierra. En 1824, el geocientífico danés-noruego Jens Esmark publicó un artículo en el que afirmaba que existían pruebas irrefutables de que Noruega y otras partes de Europa habían estado cubiertas anteriormente por enormes glaciares que formaban valles y fiordos, en un clima frío causado por cambios en la excentricidad de la órbita de la Tierra. Esmark y su compañero de viaje Otto Tank llegaron a esta conclusión mediante un razonamiento análogo: las enigmáticas características del paisaje que observaron cerca del nivel del mar a lo largo de la costa noruega se parecían mucho a las características que observaron en el frente de un glaciar en retirada durante una travesía de montaña en el verano de 1823.
Otro factor es la mayor aridez que se produce con los máximos glaciares, lo que reduce la precipitación disponible para mantener la glaciación. El retroceso glaciar inducido por este o cualquier otro proceso puede verse amplificado por retroalimentaciones positivas inversas similares a las que se dan en el caso de los avances glaciares.
