¿Se congeló la Tierra? Durante la era Arqueozoica, la alta concentración de gases invernadero, que calentaban las capas bajas de la atmósfera, mantuvo la Tierra deshelada, a pesar de que la luminosidad del Sol era bastante más baja aún que la presente. Pero con la paulatina reducción de los gases invernadero se abrió la posibilidad, en el Proterozoico, de que se produjesen glaciaciones.
Glaciación Huroniana
Las primera evidencias que tenemos de glaciaciones en los continentes primitivos datan del período huroniano, en la transición del Arqueozoico al Proterozoico, entre hace unos 2.700 millones de años y 2.300 millones de años.
Glaciación Huroniana
Las primera evidencias que tenemos de glaciaciones en los continentes primitivos datan del período huroniano, en la transición del Arqueozoico al Proterozoico, entre hace unos 2.700 millones de años y 2.300 millones de años.
Para algunos, esta glaciación —o glaciaciones, pues al parecer hubo al menos tres fases muy frías—, fue tremenda. Afectó a gran parte de la Tierra y se habría debido al efecto depredador del oxígeno —creado por las cianobacterias— sobre el metano, que por su alta concentración habría sido hasta entonces el principal gas invernadero. La concentración de metano en la atmósfera hace 2.300 millones de años pudo ser mil veces superior a la actual. Hay señales geológicas de la glaciación huroniana especialmente en estratos rocosos de la región del Lago Hurón, en Canadá, y también en Sudáfrica. De aquella época se han encontrado tillitas, rocas sedimentarias que agrupan materiales de tamaño muy diferente y que proceden de la cementación de antiguas morrenas glaciales. También han aparecido en estratos geológicos huronianos superficies con estrías provocadas por la abrasión de la enorme masa de hielo que se movía por encima. Tras las glaciaciones huronianas el clima pasó de nuevo a ser muy cálido, sin que se sepa aún cómo explicar la razón del cambio. Por encima de los estratos glaciales canadienses aparecen algunos tipos de roca, como la caolinita, que se forman en ambientes tropicales. Y durante un largo intervalo de casi mil quinientos millones de años, es decir, desde hace 2.300 millones de años hasta hace 750 millones de años, no se encuentran indicios de más glaciaciones.
Glaciaciones Neoproterozoicas
Al final del Proterozoico, en rocas datadas entre hace unos 750 y 580 millones de años, se observan señales de nuevas glaciaciones. Y no fueron unas glaciaciones normales, sino probablemente las más intensas que ha habido nunca. Estas glaciaciones fueron probablemente varias y duraron varios millones de años cada una. Hubo probalemente tres episodios glaciales importantes: Sturtiense, hace unos 710 millones de años; Marinoense, hace unos 635 millones de años y Varangiense, hace unos 600 millones de años. Existen pruebas geológicas de que afectaron a todos los continentes, de tal forma que las regiones heladas se extendieron hasta latitudes tropicales. Lo que está aún en debate es si durante su transcurso la superficie del mar se heló por completo, o casi por completo.
Glaciaciones Neoproterozoicas
Al final del Proterozoico, en rocas datadas entre hace unos 750 y 580 millones de años, se observan señales de nuevas glaciaciones. Y no fueron unas glaciaciones normales, sino probablemente las más intensas que ha habido nunca. Estas glaciaciones fueron probablemente varias y duraron varios millones de años cada una. Hubo probalemente tres episodios glaciales importantes: Sturtiense, hace unos 710 millones de años; Marinoense, hace unos 635 millones de años y Varangiense, hace unos 600 millones de años. Existen pruebas geológicas de que afectaron a todos los continentes, de tal forma que las regiones heladas se extendieron hasta latitudes tropicales. Lo que está aún en debate es si durante su transcurso la superficie del mar se heló por completo, o casi por completo.
Durante estas glaciaciones del Neoproterozoico el planeta casi dejó de ser apto para la vida. En muchas series sedimentarias de localidades situadas entonces en los trópicos aparecen estratos correspondientes a una fase tan fría que hace pensar que cesó la actividad biológica marina.
Los análisis muestran que el carbono de esos estratos de carbonatos inorgánicos es muy pobre en su isótopo carbono-13, lo que indica falta o pobreza de actividad biológica marina. Ocurre que los organismos fotosínteticos oceánicos prefieren absorber dióxido de carbono con carbono-12 antes que con carbono-13, por lo que, cuando la vida es prolífica, suelen hacer que en el agua sea alta la concentración isotópica del carbono-13 sobrante. En consecuencia sube también la concentración del carbono-13 en los carbonatos inorgánicos, ya que estos se forman a partir del carbono disuelto en el océano. Por eso, la concentración pequeña de carbono-13 en los sedimentos carbonatados de las última fases de las glaciaciones neoproterozoicas indican lo contrario, que la actividad fotosintética marina fue entonces mínima.
Los análisis muestran que el carbono de esos estratos de carbonatos inorgánicos es muy pobre en su isótopo carbono-13, lo que indica falta o pobreza de actividad biológica marina. Ocurre que los organismos fotosínteticos oceánicos prefieren absorber dióxido de carbono con carbono-12 antes que con carbono-13, por lo que, cuando la vida es prolífica, suelen hacer que en el agua sea alta la concentración isotópica del carbono-13 sobrante. En consecuencia sube también la concentración del carbono-13 en los carbonatos inorgánicos, ya que estos se forman a partir del carbono disuelto en el océano. Por eso, la concentración pequeña de carbono-13 en los sedimentos carbonatados de las última fases de las glaciaciones neoproterozoicas indican lo contrario, que la actividad fotosintética marina fue entonces mínima.
Los geólogos Paul Hoffman y Daniel Schrag en Namibia se apoyan en una capa de sedimentos glaciales entre los que se observa una gran roca suelta que cayó al fondo del mar tras ser acarreada hasta allí por icebergs a la deriva en la fase glacial. El estrato está culminado por una capa de carbonatos sedimentados tras la glaciación.
Otra segunda huella de las glaciaciones del Neoproterozoico son las formaciones masivas de minerales de hierro que aparecen en los estratos geológicos de aquella época. Estas formaciones se presentan en forma de arcillas ferruginosas bandeadas, en las que se superponen capas grises de sílex y otras de material rojo, rico en hierro. 
Formación de hierro en bandas con una roca suelta transportada por icebergs ("dropstone") incrustada entre ellas, en Mackenzie Mtns, Canada.
La alternancia entre sedimentos sin hierro y con hierro tendría la siguiente explicación. Durante las glaciaciones, las aguas profundas de los océanos, cubiertas y separadas del aire por una capa de hielo de varios kilómetros de espesor, no se ventilaban, y la respiración biológica de los organismos que habitaban en ellas agotaba el oxígeno disuelto en el agua. De esta forma, el hierro, que emanaba de las fuentes termales del fondo del mar, se iba disolviendo en el agua marina, sin oxidarse ni precipitar. De ahí el color gris de los sedimentos depositados durante las glaciaciones. Por el contrario, durante las desglaciaciones, el deshielo de la superficie permitía de nuevo la ventilación del agua. Entonces, el hierro disuelto que se había ido concentrando en el agua se oxidaba y precipitaba masivamente en capas de arcillas ferruginosas rojas, que sucedían a los sedimentos grises anteriores.
Grandes depósitos de dióxido de manganeso como los que hoy se explotan en el Kalahari probablemente se formaron de la misma manera, por una oxidación brusca de los iones de manganeso que habían permanecido disueltos en el agua marina.
Sobre estas gigantescas glaciaciones persisten bastantes incógnitas. La teoría más extrema es que fueron glaciaciones globales o casi globales, en las que la Tierra llegó a convertirse en una gran “bola de nieve”. Según esta teoría todos los mares, o casi, estuvieron cubiertos por una banquisa helada que podía tener un espesor de hasta mil metros de hielo.
Pero una incógnita aún no dilucidada es cómo, a pesar del frío, los animales multicelulares, que ya habían aparecido en los océanos anteriormente, lograron sobrevivir. Quizás no se congelaba toda el agua sino solamente una fina capa superficial, que permitía la penetración de la luz solar y la continuación de la vida fotosintética bajo ella. El hielo superficial aislaría térmicamente el agua subyacente que de esta forma se habría mantenido siempre en estado líquido, sin llegar a congelarse. Además, la actividad hidrotermal en los fondos marinos seguiría funcionando, aún en los tiempos más fríos, ayudando a conservar el calor de las aguas profundas.
Otra teoría, menos radical, es que quizás las glaciaciones no fueron del todo globales y que quedaba un cordón ecuatorial oceánico sin congelar, que sirvió de refugio en los tiempos más duros a los animales multicelulares.
Disminución del metano y del dióxido de carbono
Existen varias teorías sobre las causas de estas glaciaciones del Neoproterozoico, aunque la explicación de aquellos profundos cambios climáticos permanece aún bastante oscura.
La explicación más tenida en cuenta por los geólogos es la disminución brusca de los gases invernadero y especialmente del metano, destruído por el oxígeno. Este oxígeno provendría de una fuerte crecida de la actividad fotosintética del plancton, favorecida por un aporte de nutrientes, como el fósforo, desde las profundidades marinas. El oleaje y las corrientes que causaban los grandes deshielos removían los fondos y devolvían al agua superficial y al ciclo fotosintético los nutrientes que se habían depositado allí abajo durante millones de años.
La reflexión de la luz por parte del hielo que se iba formando, y la consecuente pérdida de energía solar absorbida, fue realimentando el enfriamiento hasta hacerlo catastrófico. La falta de una concentración suficiente de gases invernadero que retuviera el calor en las capas bajas de la atmósfera, y una luminosidad del Sol que entonces, hace unos 700 millones de años, era todavía más tenue que la actual —un 6% menor— explicarían estas enormes glaciaciones.
Aparte de la posible explicación de la pérdida brusca de metano por oxidación, de la que hemos hablado, otra de las causas pudo ser la pérdida de dióxido de carbono. ¿Por qué disminuiría el dióxido de carbono? Antes de este período glacial, hace unos 1.000 millones de años, probablemente existía un gran supercontinente, al que se ha llamado Rodinia. Cuando Rodinia comenzó a fragmentarse en placas, subió el nivel de los mares y comenzaron a aumentar las extensiones costeras recubiertas de agua. Estas nuevas regiones marinas de aguas someras —abundantes en nutrientes y muy fértiles en plancton— funcionaron como sumideros del dióxido de carbono atmosférico, debido a la actividad biológica intensa que allí se desarrolla.
Además, la actividad tectónica estuvo acompañada de la creación de nuevas cordilleras, con mayores precipitaciones en los bordes continentales, lo que ocasionó un aumento de la erosión y de la meteorización de los silicatos. Este proceso químico es uno de los principales factores de disminución de dióxido de carbono atmósferico en su ciclo geológico. Una vez comenzado el enfriamiento se ralentizó el ciclo hidrológico, con lo que la evaporación se atenuó y disminuyó en la atmósfera otro importante gas invernadero: el vapor de agua.
¿Mayor oblicuidad del eje terrestre?
Otra hipótesis más atrevida es la de que las regiones tropicales se congelaron debido a un cambio drástico en la oblicuidad del eje terrestre. Fuertes variaciones de la inclinación del eje pudieron modificar el reparto latitudinal de la radiación solar entrante, haciendo disminuir drásticamente el calor recibido en los Trópicos. En la actualidad la inclinación del eje de rotación de la tierra es de 23,5 grados, pero si en algún período de su historia hubiese sido superior a 54 grados, la insolación anual en el Ecuador habría sido entonces menor que en los Polos. Esta basculación pudo ser debida a rápidos movimientos en la deriva de los continentes, o al choque de un asteroide de grandes dimensiones. Posteriormente la inercia rotacional de las masas de magma del manto profundo devolvería a la Tierra a una posición de giro de nuevo más cercana a la actual. El fallo de esta teoría es que también los polos se congelaron de forma permanente y, de ser cierta esa basculación del eje, la fuerte intensidad de la radiación solar en las latitudes altas durante el verano no lo hubiese permitido.
¿Suciedad galáctica?
Una teoría astronómica más general, aplicable a las glaciaciones del Neoproterozoico, es la de que, en escalas temporales muy largas, hayan existido fuertes variaciones en la energía solar que llega a la atmósfera terrestre, debido a cambios en la transparencia del espacio que separa la Tierra del Sol. Estos cambios serían debidos a que en el transcurso de su trayectoria alrededor del núcleo galáctico, de 250 millones de años de duración, el Sistema Solar atraviesa zonas sucias de polvo cósmico que producen una cierta opacidad en la transmisión de la luz entre el Sol y la Tierra. Se ha calculado que el flujo solar que llega a la Tierra podría disminuir hasta casi 10 W/m2 durante períodos de 200.000 años, lo cual habría provocado en el pasado estas enormes glaciaciones.
Es posible también que en el transcurso de esta larga trayectoria la entrada en el sistema solar de rayos cósmicos procedentes de la galaxia fuese variando y que aumentase la cobertura nubosa de la Tierra, incrementando la reflectividad del planeta y provocando el frío.
¿Cómo acabaron?
Difícil saberlo. Es probable que la concentración de CO2 aumentase en algún momento brusca y espectacularmente. Según esta teoría, debido a una abrupta y gigantesca actividad volcánica, continental y submarina, los niveles de CO2 se dispararon en poco tiempo y alcanzaron una concentración de 120.000 ppm (ppm: partes por millón), es decir, 350 veces mayor que la concentración actual, provocando un efecto invernadero de tal calibre que fue suficiente para descongelar la superficie de los mares. Sin embargo, la disminución logarítmica en el efecto invernadero cuando aumenta el CO2 sugiere que incluso 120,000 ppm de CO2 no serían suficientes para descongelar los océanos terrestres.
A la vez, hubo fuertes deposiciones de carbonatos, provenientes de este CO2 , en los fondos de los océanos, que aparecen en la capa superior de los estratos glaciales (cap carbonates). Por otra parte, estos estratos sedimentarios de carbonatos muestran unas estructuras y unas formas (ripple marks) que indican que se formaron en un régimen de fuerte oleaje y de fuertes vientos, causados probablemente por los contrastes térmicos entre las zonas desheladas y las que aún no lo estaban.
Para otros investigadores, el causante del brusco recalentamiento no fue el CO2 volcánico sino el metano, CH4, que se escapó al descongelarse el subsuelo costero, tras ocurrir una transgresión marina que inició el proceso. Así, la ratio elevada de C-12 y el descenso en el contenido de C-13, que, según algunas nuevas dataciones de los sedimentos, se produce no en la glaciación sino en los carbonatos sedimentados en la desglaciación, se debería al aumento brusco de metano, que, por su origen biológico, tiene esas características isotópicas (pobre en C-13).
Formación de hierro en bandas con una roca suelta transportada por icebergs ("dropstone") incrustada entre ellas, en Mackenzie Mtns, Canada.
La alternancia entre sedimentos sin hierro y con hierro tendría la siguiente explicación. Durante las glaciaciones, las aguas profundas de los océanos, cubiertas y separadas del aire por una capa de hielo de varios kilómetros de espesor, no se ventilaban, y la respiración biológica de los organismos que habitaban en ellas agotaba el oxígeno disuelto en el agua. De esta forma, el hierro, que emanaba de las fuentes termales del fondo del mar, se iba disolviendo en el agua marina, sin oxidarse ni precipitar. De ahí el color gris de los sedimentos depositados durante las glaciaciones. Por el contrario, durante las desglaciaciones, el deshielo de la superficie permitía de nuevo la ventilación del agua. Entonces, el hierro disuelto que se había ido concentrando en el agua se oxidaba y precipitaba masivamente en capas de arcillas ferruginosas rojas, que sucedían a los sedimentos grises anteriores.
Grandes depósitos de dióxido de manganeso como los que hoy se explotan en el Kalahari probablemente se formaron de la misma manera, por una oxidación brusca de los iones de manganeso que habían permanecido disueltos en el agua marina.
Sobre estas gigantescas glaciaciones persisten bastantes incógnitas. La teoría más extrema es que fueron glaciaciones globales o casi globales, en las que la Tierra llegó a convertirse en una gran “bola de nieve”. Según esta teoría todos los mares, o casi, estuvieron cubiertos por una banquisa helada que podía tener un espesor de hasta mil metros de hielo.
Pero una incógnita aún no dilucidada es cómo, a pesar del frío, los animales multicelulares, que ya habían aparecido en los océanos anteriormente, lograron sobrevivir. Quizás no se congelaba toda el agua sino solamente una fina capa superficial, que permitía la penetración de la luz solar y la continuación de la vida fotosintética bajo ella. El hielo superficial aislaría térmicamente el agua subyacente que de esta forma se habría mantenido siempre en estado líquido, sin llegar a congelarse. Además, la actividad hidrotermal en los fondos marinos seguiría funcionando, aún en los tiempos más fríos, ayudando a conservar el calor de las aguas profundas.
Otra teoría, menos radical, es que quizás las glaciaciones no fueron del todo globales y que quedaba un cordón ecuatorial oceánico sin congelar, que sirvió de refugio en los tiempos más duros a los animales multicelulares.
Disminución del metano y del dióxido de carbono
Existen varias teorías sobre las causas de estas glaciaciones del Neoproterozoico, aunque la explicación de aquellos profundos cambios climáticos permanece aún bastante oscura.
La explicación más tenida en cuenta por los geólogos es la disminución brusca de los gases invernadero y especialmente del metano, destruído por el oxígeno. Este oxígeno provendría de una fuerte crecida de la actividad fotosintética del plancton, favorecida por un aporte de nutrientes, como el fósforo, desde las profundidades marinas. El oleaje y las corrientes que causaban los grandes deshielos removían los fondos y devolvían al agua superficial y al ciclo fotosintético los nutrientes que se habían depositado allí abajo durante millones de años.
La reflexión de la luz por parte del hielo que se iba formando, y la consecuente pérdida de energía solar absorbida, fue realimentando el enfriamiento hasta hacerlo catastrófico. La falta de una concentración suficiente de gases invernadero que retuviera el calor en las capas bajas de la atmósfera, y una luminosidad del Sol que entonces, hace unos 700 millones de años, era todavía más tenue que la actual —un 6% menor— explicarían estas enormes glaciaciones.
Aparte de la posible explicación de la pérdida brusca de metano por oxidación, de la que hemos hablado, otra de las causas pudo ser la pérdida de dióxido de carbono. ¿Por qué disminuiría el dióxido de carbono? Antes de este período glacial, hace unos 1.000 millones de años, probablemente existía un gran supercontinente, al que se ha llamado Rodinia. Cuando Rodinia comenzó a fragmentarse en placas, subió el nivel de los mares y comenzaron a aumentar las extensiones costeras recubiertas de agua. Estas nuevas regiones marinas de aguas someras —abundantes en nutrientes y muy fértiles en plancton— funcionaron como sumideros del dióxido de carbono atmosférico, debido a la actividad biológica intensa que allí se desarrolla.
Además, la actividad tectónica estuvo acompañada de la creación de nuevas cordilleras, con mayores precipitaciones en los bordes continentales, lo que ocasionó un aumento de la erosión y de la meteorización de los silicatos. Este proceso químico es uno de los principales factores de disminución de dióxido de carbono atmósferico en su ciclo geológico. Una vez comenzado el enfriamiento se ralentizó el ciclo hidrológico, con lo que la evaporación se atenuó y disminuyó en la atmósfera otro importante gas invernadero: el vapor de agua.
¿Mayor oblicuidad del eje terrestre?
Otra hipótesis más atrevida es la de que las regiones tropicales se congelaron debido a un cambio drástico en la oblicuidad del eje terrestre. Fuertes variaciones de la inclinación del eje pudieron modificar el reparto latitudinal de la radiación solar entrante, haciendo disminuir drásticamente el calor recibido en los Trópicos. En la actualidad la inclinación del eje de rotación de la tierra es de 23,5 grados, pero si en algún período de su historia hubiese sido superior a 54 grados, la insolación anual en el Ecuador habría sido entonces menor que en los Polos. Esta basculación pudo ser debida a rápidos movimientos en la deriva de los continentes, o al choque de un asteroide de grandes dimensiones. Posteriormente la inercia rotacional de las masas de magma del manto profundo devolvería a la Tierra a una posición de giro de nuevo más cercana a la actual. El fallo de esta teoría es que también los polos se congelaron de forma permanente y, de ser cierta esa basculación del eje, la fuerte intensidad de la radiación solar en las latitudes altas durante el verano no lo hubiese permitido.
¿Suciedad galáctica?
Una teoría astronómica más general, aplicable a las glaciaciones del Neoproterozoico, es la de que, en escalas temporales muy largas, hayan existido fuertes variaciones en la energía solar que llega a la atmósfera terrestre, debido a cambios en la transparencia del espacio que separa la Tierra del Sol. Estos cambios serían debidos a que en el transcurso de su trayectoria alrededor del núcleo galáctico, de 250 millones de años de duración, el Sistema Solar atraviesa zonas sucias de polvo cósmico que producen una cierta opacidad en la transmisión de la luz entre el Sol y la Tierra. Se ha calculado que el flujo solar que llega a la Tierra podría disminuir hasta casi 10 W/m2 durante períodos de 200.000 años, lo cual habría provocado en el pasado estas enormes glaciaciones.
Es posible también que en el transcurso de esta larga trayectoria la entrada en el sistema solar de rayos cósmicos procedentes de la galaxia fuese variando y que aumentase la cobertura nubosa de la Tierra, incrementando la reflectividad del planeta y provocando el frío.
¿Cómo acabaron?
Difícil saberlo. Es probable que la concentración de CO2 aumentase en algún momento brusca y espectacularmente. Según esta teoría, debido a una abrupta y gigantesca actividad volcánica, continental y submarina, los niveles de CO2 se dispararon en poco tiempo y alcanzaron una concentración de 120.000 ppm (ppm: partes por millón), es decir, 350 veces mayor que la concentración actual, provocando un efecto invernadero de tal calibre que fue suficiente para descongelar la superficie de los mares. Sin embargo, la disminución logarítmica en el efecto invernadero cuando aumenta el CO2 sugiere que incluso 120,000 ppm de CO2 no serían suficientes para descongelar los océanos terrestres.
A la vez, hubo fuertes deposiciones de carbonatos, provenientes de este CO2 , en los fondos de los océanos, que aparecen en la capa superior de los estratos glaciales (cap carbonates). Por otra parte, estos estratos sedimentarios de carbonatos muestran unas estructuras y unas formas (ripple marks) que indican que se formaron en un régimen de fuerte oleaje y de fuertes vientos, causados probablemente por los contrastes térmicos entre las zonas desheladas y las que aún no lo estaban.
Para otros investigadores, el causante del brusco recalentamiento no fue el CO2 volcánico sino el metano, CH4, que se escapó al descongelarse el subsuelo costero, tras ocurrir una transgresión marina que inició el proceso. Así, la ratio elevada de C-12 y el descenso en el contenido de C-13, que, según algunas nuevas dataciones de los sedimentos, se produce no en la glaciación sino en los carbonatos sedimentados en la desglaciación, se debería al aumento brusco de metano, que, por su origen biológico, tiene esas características isotópicas (pobre en C-13).
Escape de metano del subsuelo marino en zonas polares. Tras permanecer encerrado en celdillas de hielo (clatratos), el calentamiento de las aguas o los derrumbes del fondo marino costero lo liberan al agua y a la atmósfera. Estos escapes han podido ser enormes en algunos períodos del pasado.
Según esta teoría es posible que un aumento inicial de la temperatura de las aguas costeras desestabilizase bolsas de metano del subsuelo marino, atrapado en cristales de hielo (clatratos). Estos depósitos consisten en gas metano que queda enclaustrado entre los cristales de agua que se congela en los poros de los primeros metros de los sedimentos submarinos, debido a la presión y las bajas temperaturas. También se encuentran hidratos de metano en el permafrost, o suelos congelados, de regiones continentales de latitudes altas, pero en menores cantidades. El metano proviene de la descomposición bacteriana, metanogénica, de la materia orgánica que va cayendo al suelo del fondo marino. En los fondos anóxicos, mal ventilados, de los mares costeros de alta productividad biológica se produce más metano. Normalmente las burbujas del gas así formado suben y se escapan a la atmósfera, pero cuando la temperatura del agua es muy baja, 1ºC o 2ºC, parte del metano puede quedar atrapado en el agua congelada, que a su vez rellena los espacios porosos del subsuelo marino. El metano de estos depósitos se habría liberado tras una subida inicial de la temperatura del agua y, al ser un potente gas invernadero, habría amplificado a su vez el calentamiento, hasta crear unas condiciones climáticas catastróficas.
(Fuente)
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