A lo largo de la historia climática de la Tierra ( Paleoclima ), su clima ha fluctuado entre dos estados principales: Tierra de invernadero y Casa de hielo . [1] Estos dos estados climáticos duran millones de años y no deben confundirse con los períodos glaciares e interglaciares , que ocurren como fases alternas dentro de un período Icehouse y tienden a durar menos de 1 millón de años. [2] Hay cinco períodos conocidos de Icehouse en la historia climática de la Tierra; conocido como Huroniano , Criogénico , Andino-Sahariano , Paleozoico Tardío y Cenozoico Tardíoglaciaciones. [1] Se cree que los principales factores que intervienen en los cambios del paleoclima son la concentración de dióxido de carbono atmosférico ( CO
2), cambios en la órbita de la Tierra , cambios a largo plazo en la constante solar y cambios oceánicos y orogénicos debido a la dinámica de las placas tectónicas . [3] Los períodos de invernadero y de invernadero han desempeñado un papel clave en la evolución de la vida en la tierra al forzar directa e indirectamente la adaptación biótica y la renovación en varias escalas espaciales a lo largo del tiempo. [4] [5]
Tierra de invernadero
Descripción general de la Tierra de invernadero
Una "Tierra de invernadero" es un período en el que no hay glaciares continentales en el planeta. [6] Además, los niveles de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero (como el vapor de agua y el metano ) son altos, y las temperaturas de la superficie del mar (TSM) oscilan entre 28 ° C (82,4 ° F) en los trópicos y 0 ° C ( 32 ° F) en las regiones polares . [7] La Tierra ha estado en un estado de efecto invernadero durante aproximadamente el 85% de su historia. [6]
Este estado no debe confundirse con un hipotético efecto invernadero descontrolado , que es un punto de inflexión irreversible correspondiente al efecto invernadero descontrolado en curso en Venus . [8] El IPCC afirma que "un 'efecto invernadero desbocado', análogo al [de] Venus, parece no tener prácticamente ninguna posibilidad de ser inducido por actividades antropogénicas ". [9]
Causas de la Tierra de invernadero
Hay varias teorías sobre cómo puede surgir una Tierra de invernadero. Los indicadores climáticos geológicos indican que existe una fuerte correlación entre un estado de invernadero y niveles altos de CO 2 . [1] Sin embargo, es importante reconocer que los altos niveles de CO 2 se interpretan como un indicador del clima de la Tierra más que como un impulsor independiente. En cambio, es probable que otros fenómenos hayan jugado un papel clave en influir en el clima global al alterar las corrientes oceánicas y atmosféricas [10] y aumentar la cantidad neta de radiación solar absorbida por la atmósfera terrestre. [11] Tales fenómenos pueden incluir, pero no se limitan a: 1. Cambios tectónicos que resultan en la liberación de gases de efecto invernadero (como CO 2 y CH 4 ) a través de la actividad volcánica , [12] 2. Un aumento en la constante solar que aumentar la cantidad neta de energía solar absorbida en la atmósfera terrestre, [11] y 3. Cambios en la oblicuidad y excentricidad de la Tierra que aumentan la cantidad neta de radiación solar absorbida en la atmósfera terrestre. [11]
Tierra de la casa de hielo
Descripción general de Icehouse Earth
La Tierra está en un estado de Icehouse cuando las capas de hielo están presentes en ambos polos simultáneamente. [6] Los indicadores climáticos indican que las concentraciones de gases de efecto invernadero tienden a disminuir cuando la Tierra se encuentra en este estado. [13] De manera similar, las temperaturas globales también son más bajas en las condiciones de Icehouse. [14] En este estado climático, la Tierra fluctúa entre períodos glaciales e interglaciares donde el tamaño y la distribución de las capas de hielo continentales fluctúan dramáticamente. [15] La fluctuación de estas capas de hielo da como resultado cambios en las condiciones climáticas regionales que afectan el rango y la distribución de muchas especies terrestres y oceánicas. [4] [5] [16] Estos períodos glaciales e interglaciares tienden a alternarse de acuerdo con la oscilación solar y climática hasta que la Tierra finalmente regresa a un estado de invernadero. [15]
La Tierra se encuentra actualmente en un estado de Icehouse conocido como la Edad de Hielo Cuaternaria que comenzó hace aproximadamente 2,58 millones de años. [17] Sin embargo, una capa de hielo ha estado presente en el continente antártico durante aproximadamente 34 millones de años. [17] En este momento, la Tierra se encuentra en un período interglacial clemente que comenzó aproximadamente 11,8 kya. [17] La Tierra probablemente entrará en otro período interglacial como el Eemian , que ocurrió entre 130 y 115 kya, durante el cual se puede observar evidencia de bosques en Cabo Norte, Noruega, así como hipopótamos en los ríos Rin y Támesis. [16] Se espera que la Tierra continúe en transición entre períodos glaciales e interglaciares hasta el cese de la Edad de Hielo Cuaternaria, donde entrará en otro estado de efecto invernadero.
Causas de Icehouse Earth
Está bien establecido que existe una fuerte correlación entre niveles bajos de CO
2niveles y un estado de Icehouse. [18] Sin embargo, esto no significa que la disminución de los niveles atmosféricos de CO
2es un impulsor principal de la transición al estado de Icehouse. [11] [18] Más bien, puede ser un indicador de otros procesos solares, geológicos y atmosféricos en funcionamiento. [18] [10] [11]
Los impulsores potenciales de los estados Icehouse anteriores incluyen el movimiento de las placas tectónicas y la apertura y cierre de las puertas de enlace oceánicas. [19] Estos parecen jugar un papel crucial en llevar a la Tierra a un estado de Icehouse ya que tales cambios tectónicos resultan en el transporte de circulaciones de aguas profundas frías a la superficie del océano que ayudan al desarrollo de la capa de hielo en los polos. [7] Ejemplos de estos cambios de corriente oceánica como resultado de la dinámica de las placas tectónicas incluyen la apertura de la puerta de entrada de Tasmania hace 36,5 millones de años que separó Australia y la Antártida [20] [21] , así como la apertura del Pasaje de Drake 32,8 millones de años hace por la separación de América del Sur y la Antártida [21] , las cuales se cree que permitieron el desarrollo de la capa de hielo antártica . El cierre del istmo de Panamá y la vía marítima de Indonesia hace aproximadamente 3 a 4 millones de años también puede contribuir al estado actual de la casa de hielo de la Tierra. [22] Un impulsor propuesto de la Edad de Hielo del Ordovícico fue la evolución de las plantas terrestres. Bajo este paradigma, el rápido aumento de la biomasa fotosintética eliminó gradualmente el CO
2de la atmósfera y lo reemplazó con niveles crecientes de O2 que inducen un enfriamiento climático general. [23] Un impulsor propuesto de la edad de hielo cuaternaria es la colisión del subcontinente indio con Eurasia , formando el Himalaya y la meseta tibetana . [17] Bajo este paradigma, el levantamiento continental resultante reveló cantidades masivas de roca de silicato no meteorizada (CaSiO3) que reacciona con CO
2que luego produce CaCO3 (cal) y SiO2 (sílice). El CaCO3 finalmente se transporta al océano y es absorbido por el plancton, que luego muere y se hunde hasta el fondo del océano, eliminando eficazmente el CO.
2de la atmósfera. [17]
Glaciales e interglaciares
Dentro de los estados de las casas de hielo, hay períodos " glaciares " e " interglaciares " que hacen que las capas de hielo se acumulen o retrocedan. Las causas de estos períodos glaciares e interglaciares son principalmente variaciones en el movimiento de la tierra alrededor del Sol . [24] Los componentes astronómicos, descubiertos por el geofísico serbio Milutin Milanković y ahora conocidos como ciclos de Milankovitch , incluyen la inclinación axial de la Tierra, la excentricidad orbital (o forma de la órbita ) y la precesión (o bamboleo) de la rotación de la Tierra. . La inclinación del eje tiende a fluctuar entre 21,5 ° a 24,5 ° y viceversa cada 41.000 años en el eje vertical. Este cambio en realidad afecta la estacionalidad en la tierra, ya que más o menos radiación solar golpea ciertas áreas del planeta con mayor frecuencia en una inclinación más alta, mientras que una menor inclinación crearía un conjunto de estaciones más uniforme en todo el mundo. Estos cambios se pueden ver en los núcleos de hielo, que también contienen información que muestra que durante la época glacial (en la extensión máxima de las capas de hielo), la atmósfera tenía niveles más bajos de dióxido de carbono. Esto puede deberse al aumento o redistribución del equilibrio ácido / base con iones bicarbonato y carbonato que se ocupan de la alcalinidad . Durante una nevera, solo el 20% del tiempo se pasa en épocas interglaciares o más cálidas. [24] Las simulaciones del modelo sugieren que el estado actual del clima interglacial continuará durante al menos otros 100.000 años, debido al CO2emisiones, incluida la desglaciación completa del hemisferio norte. [25]
Tierra bola de nieve
Una " tierra de bola de nieve " es todo lo contrario a la Tierra de invernadero, en la que la superficie de la tierra está completamente congelada; sin embargo, una tierra de bolas de nieve técnicamente no tiene capas de hielo continentales como durante el estado de la casa de hielo. "El Gran Infra- Cámbrico era de hielo" se ha demandado para ser el anfitrión de un mundo así, y en 1964, el científico W. Brian Harland dado a luz a su descubrimiento de indicios de glaciares en latitudes bajas (Harland y Rudwick). Esto se convirtió en un problema para Harland debido a la idea de la "paradoja de la bola de nieve fugitiva" (una especie de efecto de bola de nieve ) que, una vez que la tierra entra en la ruta de convertirse en una tierra de bola de nieve, nunca podría salir de ese estado. Sin embargo, en 1992 Joseph Kirschvink cita requerida ] . La mayoría de los científicos [ cita requerida ] hoy en día creen que una Tierra Bola de Nieve "dura", una completamente cubierta por hielo, es probablemente imposible. Sin embargo, es posible una "tierra granizada", con puntos de apertura cerca del ecuador .
planteó una solución a la paradoja. Dado que los continentes en este momento estaban apiñados en las latitudes bajas y medias, había menos agua del océano disponible para absorber la mayor cantidad de energía solar que golpeaba los trópicos y, al mismo tiempo, un aumento de las precipitaciones debido a una mayor masa de tierra expuesta a una mayor radiación solar. la energía pudo haber causado meteorización química (removiendo CO 2 de la atmósfera). Ambas condiciones podrían haber causado una caída sustancial en los niveles atmosféricos de CO 2 que resultaron en temperaturas de enfriamiento, aumentando el albedo del hielo (reflectividad del hielo de la radiación solar entrante), aumentando aún más el enfriamiento global (una retroalimentación positiva). Este podría haber sido el mecanismo para entrar en el estado Tierra Bola de Nieve. Kirschvink explicó que la forma de salir del estado de la Tierra Bola de Nieve podría conectarse nuevamente con el dióxido de carbono. Una posible explicación es que durante la Tierra Bola de Nieve, la actividad volcánica no se detendría, acumulando CO 2 atmosférico . Al mismo tiempo, la capa de hielo global evitaría la meteorización química (en particular la hidrólisis), responsable de la eliminación del CO 2 de la atmósfera. Por tanto, el CO 2 se estaba acumulando en la atmósfera. Una vez que la acumulación de CO 2 en la atmósfera alcanzara un umbral, la temperatura aumentaría lo suficiente como para que las capas de hielo comenzaran a derretirse. Esto, a su vez, reduciría el efecto del albedo del hielo, lo que a su vez reduciría aún más la capa de hielo, saliendo del estado de Snowball Earth. Al final de la Tierra Bola de Nieve, antes de restablecer el "termostato" de equilibrio entre la actividad volcánica y la lenta reanudación de la meteorización química, el CO 2 en la atmósfera se había acumulado lo suficiente como para hacer que las temperaturas alcanzaran un máximo de 60 ° Celsius, antes de que finalmente se estabilizara. abajo. Alrededor del mismo período geológico de Snowball Earth (debatido si fue causado por Snowball Earth o siendo la causa de Snowball Earth) estaba ocurriendo el Gran Evento de Oxigenación (GOE). Siguió el evento conocido como Explosión Cámbrica , que produjo el inicio de organismos bilaterales populosos y una mayor diversidad y movilidad en toda la vida multicelular. [26] Sin embargo, algunos biólogos afirman que una Tierra con bolas de nieve completa no podría haber ocurrido ya que la vida fotosintética no habría sobrevivido bajo muchos metros de hielo sin la luz solar . Sin embargo, se ha observado que la luz solar penetra metros de hielo en la Antártida [Los estudios recientes pueden haber vuelto a complicar la idea de una tierra de bolas de nieve. En octubre de 2011, un equipo de investigadores franceses anunció que el dióxido de carbono durante la última "bola de nieve" especulada puede haber sido más bajo de lo que se dijo originalmente, lo que representa un desafío para descubrir cómo la Tierra pudo salir de su estado y si eran una bola de nieve o granizada. [27]
Transiciones
Causas
El Eoceno , que ocurrió hace entre 53 y 49 millones de años, fue el período de temperatura más cálida de la Tierra en 100 millones de años. [28] Sin embargo, este "superinvernadero" finalmente se convirtió en una casa de hielo a finales del Eoceno. Se cree que la disminución de CO 2 provocó este cambio, aunque es posible que las retroalimentaciones positivas contribuyan al enfriamiento.
El mejor registro que tenemos para una transición de una casa de hielo a un período de invernadero donde existió esa vida vegetal durante el período Pérmico que ocurrió hace unos 300 millones de años. Hace 40 millones de años, tuvo lugar una transición importante, lo que provocó que la Tierra cambiara de un planeta húmedo y helado donde las selvas tropicales cubrían los trópicos, a un lugar cálido, seco y ventoso donde poco podía sobrevivir. La profesora Isabel P. Montañez de la Universidad de California, Davis , que ha investigado este período de tiempo, encontró que el clima es "altamente inestable" y "marcado por caídas y subidas de dióxido de carbono". [29]
Impactos
La transición Eoceno-Oligoceno, la última transición, ocurrió hace aproximadamente 34 millones de años, lo que resultó en una rápida disminución de la temperatura global, la glaciación de la Antártida y una serie de eventos de extinción biótica. El evento de renovación de especies más dramático asociado con este período de tiempo es el Grande Coupure , un período que vio el reemplazo de las especies de mamíferos europeos que habitan los árboles y se alimentan de hojas por especies migratorias de Asia. [30]
Investigar
La ciencia de la paleoclimatología intenta comprender la historia de las condiciones de los invernaderos y las cámaras de hielo a lo largo del tiempo geológico. A través del estudio de núcleos de hielo , dendrocronología , sedimentos oceánicos y lacustres ( varve ), palinología ( paleobotánica ), análisis de isótopos (como la datación radiométrica y el análisis de isótopos estables) y otras aproximaciones climáticas , los científicos pueden crear modelos de los presupuestos de energía pasados de la Tierra. y clima resultante. Un estudio ha demostrado que los niveles de dióxido de carbono atmosférico durante la era Pérmica oscilaron entre 250 partes por millón (que está cerca de los niveles actuales) hasta 2,000 partes por millón. [29] Los estudios sobre sedimentos lacustres sugieren que el Eoceno "invernadero" o "superinvernadero" se encontraba en un "estado permanente de El Niño " después de que el calentamiento de 10 ° C de las profundidades del océano y las altas temperaturas de la superficie cerraron el océano Pacífico . s El Niño- Oscilación del Sur . [31] Se sugirió una teoría para el Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno sobre la repentina disminución de la composición isotópica de carbono de la reserva global de carbono inorgánico en 2,5 partes por millón. [32] Una hipótesis planteada para esta caída de isótopos fue el aumento de los hidratos de metano , cuyo desencadenante sigue siendo un misterio. Este aumento de metano en la atmósfera , que resulta ser un gas de efecto invernadero potente, pero de corta duración, aumentó las temperaturas globales en 6 ° C con la ayuda del dióxido de carbono menos potente. [ cita requerida ]
Lista de periodos de invernaderos y invernaderos
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 4.600 a 2.400 millones de años.
- Glaciación Huroniana : un período de congelación que se extendió desde hace 2.400 millones de años hasta hace 2.100 millones de años.
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 2.100 millones a 720 millones de años.
- Criogenia : un período de la casa de hielo que se extendió desde hace 720 a 635 millones de años, a veces toda la Tierra estaba congelada
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 635 millones de años hasta hace 450 millones de años.
- Glaciación andino-sahariana : un período de congelación que se extendió desde hace 450 a 420 millones de años
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 420 millones de años hasta hace 360 millones de años.
- Edad de hielo del Paleozoico tardío : un período de congelación que se extendió desde hace 360 a 260 millones de años
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 260 millones de años hasta hace 33,9 millones de años
- Edad de Hielo Cenozoica Tardía : el período actual de la casa de hielo que comenzó hace 33,9 millones de años
Condiciones modernas
Actualmente, la Tierra se encuentra en un estado climático de casa de hielo. Hace unos 34 millones de años, las capas de hielo comenzaron a formarse en la Antártida ; las capas de hielo del Ártico no empezaron a formarse hasta hace 2 millones de años. [33] Algunos procesos que pueden haber conducido a nuestra actual casa de hielo pueden estar relacionados con el desarrollo de las montañas del Himalaya y la apertura del Pasaje Drake entre América del Sur y la Antártida, pero las simulaciones de modelos climáticos sugieren que la apertura temprana del Pasaje Drake solo jugó un papel limitado, mientras que la posterior constricción de las vías marítimas de Tetis y Centroamérica es más importante para explicar el enfriamiento cenozoico observado. [34] Los científicos han intentado comparar las pasadas transiciones entre la nevera y el invernadero, y viceversa, para comprender hacia dónde se dirige ahora nuestro planeta.
Sin la influencia humana en la concentración de gases de efecto invernadero, la Tierra se encaminaría hacia un período glacial . Los cambios pronosticados en el forzamiento orbital sugieren que, en ausencia del calentamiento global provocado por el hombre , el próximo período glacial comenzaría al menos en 50.000 años a partir de ahora [35] (ver ciclos de Milankovitch ), pero debido a las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero en curso, la Tierra está rumbo a un período de la Tierra de invernadero. [33] El hielo permanente es en realidad un fenómeno raro en la historia de la Tierra, que ocurre solo en coincidencia con el efecto de la cámara de hielo, que ha afectado aproximadamente al 20% de la historia de la Tierra.
Ver también
- Lista de períodos y eventos en la historia del clima
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