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La impresión de un artista de la Tierra de la edad de hielo en su máximo glacial

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 polares y continentales 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 glaciación Cuaternaria . [1] Los pulsos individuales de clima frío dentro de una edad de hielo se denominan períodos glaciares (o, alternativamente, glaciares , glaciaciones , etapas glaciales , estadios , estadios, o coloquialmente, edades de hielo ), y los períodos cálidos intermitentes dentro de una edad de hielo se denominan interglaciares o interestadiales . [2]

En la terminología de la glaciología , la edad de hielo implica la presencia de extensas capas de hielo en los hemisferios norte y sur. [3] Según esta definición, estamos en un período interglacial: el Holoceno . Se predice que la cantidad de gases que atrapan el calor emitidos a los océanos y la atmósfera de la Tierra evitará el próximo período glacial, que de otro modo comenzaría en unos 50.000 años, y probablemente más ciclos glaciales. [4] [5]

Historia de la investigacion

En 1742, Pierre Martel (1706-1767), un ingeniero y geógrafo residente en Ginebra , visitó el valle de Chamonix en los Alpes de Saboya . [6] [7] Dos años más tarde publicó un relato de su viaje. Informó que los habitantes de ese valle atribuían la dispersión de los cantos rodados erráticos a los glaciares, diciendo que una vez se habían extendido mucho más. [8] [9] Más tarde se informaron explicaciones similares de otras regiones de los Alpes. En 1815 el carpintero y la gamuzaEl cazador Jean-Pierre Perraudin (1767–1858) explicó que los cantos rodados erráticos en el Val de Bagnes en el cantón suizo de Valais se debían a que los glaciares se extendían anteriormente. [10] 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. [11] También se conocen explicaciones comparables del Val de Ferret en el Valais y el Seeland en el oeste de Suiza [12] y en Goethe 's trabajo científico . [13] Estas 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 morrenas fósiles a la acción anterior de los glaciares. [14]

Mientras tanto, los eruditos europeos habían comenzado a preguntarse qué había causado la dispersión de material errático. Desde mediados del siglo XVIII, algunos hablaron del hielo como medio de transporte. El experto en minería sueco Daniel Tilas (1712-1772) fue, en 1742, la primera persona en sugerir el hielo marino a la deriva para explicar la presencia de rocas erráticas en las regiones escandinava y báltica. [15] En 1795, el filósofo y caballero naturalista escocés, James Hutton (1726-1797), explicó los cantos rodados erráticos en los Alpes por la acción de los glaciares. [16] Dos décadas más tarde, 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.[17]

Lago Haukalivatnet (a 50 metros sobre el nivel del mar) donde Jens Esmark en 1823 descubrió similitudes con las morrenas cerca de los glaciares existentes en las altas montañas.

Solo unos años más tarde, el geólogo danés-noruego Jens Esmark (1762-1839) defendió una secuencia de edades de hielo en todo el mundo. 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. [18] Esmark descubrió la similitud entre las morrenas cerca del lago Haukalivatnet cerca del nivel del mar en Rogaland y las morrenas en las ramas de Jostedalsbreen . El descubrimiento de Esmark fue posteriormente atribuido o apropiado por Theodor Kjerulf y Louis Agassiz . [19] [20] [21]

Durante los años siguientes, las ideas de Esmark fueron discutidas y asumidas 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, según lo revisó el profesor noruego de glaciología Bjørn G. Andersen (1992). [22] Las declaraciones de Jameson sobre los antiguos glaciares en Escocia fueron probablemente impulsadas por Esmark. [23] En Alemania, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797-1849), geólogo y profesor de silvicultura en una academia en Dreissigacker (desde que se incorporó en la ciudad de Meiningen, en el sur de Turingia)), adoptó la teoría de Esmark. En un artículo publicado en 1832, Bernhardi especuló acerca de que los casquetes polares llegaron alguna vez hasta las zonas templadas del globo. [24]

En 1829, independientemente de estos debates, el ingeniero civil suizo Ignaz Venetz (1788-1859) explicó que la dispersión de rocas erráticas en los Alpes, las cercanas montañas del Jura y la llanura del norte de Alemania se debía a enormes glaciares. Cuando leyó su artículo ante la Schweizerische Naturforschende Gesellschaft , la mayoría de los científicos permanecieron escépticos. [25] Finalmente, Venetz convenció a su amigo Jean de Charpentier. De Charpentier transformó la idea de Venetz en una teoría con una glaciación limitada a los Alpes. Sus pensamientos se parecían a la teoría de Wahlenberg. De hecho, ambos hombres compartían el mismo vulcanismo o, en el caso de De Charpentier, bastante plutonista.supuestos, sobre la historia de la Tierra. En 1834, de Charpentier presentó su artículo ante la Schweizerische Naturforschende Gesellschaft. [26] Mientras tanto, el botánico alemán Karl Friedrich Schimper (1803-1867) estaba estudiando musgos que crecían en rocas erráticas en las tierras altas alpinas de Baviera. Empezó a preguntarse de dónde procedían 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 debe haber sido el medio de transporte de las rocas en las tierras altas alpinas. En el invierno de 1835 a 1836 impartió algunas conferencias en Munich. Schimper asumió entonces que debe haber habido tiempos globales de destrucción ("Verödungszeiten") con un clima frío y agua helada. [27]Schimper pasó los meses de verano de 1836 en Devens, cerca de Bex, en los Alpes suizos, con su antiguo amigo universitario Louis Agassiz (1801-1873) y Jean de Charpentier. Schimper, de Charpentier y posiblemente Venetz convencieron a Agassiz de que había habido una época de glaciación. Durante el invierno de 1836/37, Agassiz y Schimper desarrollaron la teoría de una secuencia de glaciaciones. Se basaron principalmente en los trabajos anteriores de Venetz, de Charpentier y en su propio trabajo de campo. Parece que Agassiz ya estaba familiarizado 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 antes de la reunión anual de la Schweizerische Naturforschende Gesellschaft 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 persuadir a los escépticos, Agassiz se embarcó en un trabajo de campo geológico. Publicó su libro Study on Glaciers ("Études sur les glaciers") en 1840. [31] De Charpentier se sintió molesto por esto, ya que también había estado preparando un libro sobre la glaciación de los Alpes. De Charpentier sintió que Agassiz debería haberle dado prioridad, ya que fue él quien introdujo a Agassiz en la investigación glacial en profundidad. [32] Como resultado de disputas personales, Agassiz también había omitido cualquier mención de Schimper en su libro. [33]

Pasaron varias décadas antes de que los científicos aceptaran plenamente la teoría de la edad de hielo. Esto sucedió a escala internacional en la segunda mitad de la década de 1870, siguiendo el trabajo de James Croll , incluida la publicación de Clima y tiempo, en Sus relaciones geológicas en 1875, que proporcionó una explicación creíble de las causas de las edades de hielo. [34]

Evidencia

Hay tres tipos principales de evidencia de las edades de hielo: geológica, química y paleontológica.

La evidencia geológica de las edades de hielo se presenta en varias formas, que incluyen el raspado y raspado de rocas, morrenas glaciales , drumlins , corte de valles y la deposición de till o tillitas y erráticas glaciares . Las sucesivas glaciaciones tienden a distorsionar y borrar la evidencia geológica de glaciaciones anteriores, lo que dificulta su interpretación. Además, esta evidencia era difícil de fechar con exactitud; Las primeras teorías asumieron que los glaciares eran cortos en comparación con los interglaciares largos. La llegada de sedimentos y núcleos de hielo reveló la verdadera situación: los glaciares son largos, los interglaciares cortos. La teoría actual tardó algún tiempo en elaborarse.

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 glaciales más recientes, los núcleos de hielo proporcionan indicadores climáticos , tanto del propio hielo como de muestras atmosféricas proporcionadas por las burbujas de aire incluidas. Debido a que el agua que contiene isótopos más ligeros tiene un calor de evaporación más bajo , su proporción disminuye con condiciones más cálidas. [35] Esto permite construir un registro de temperatura. Sin embargo, esta evidencia puede confundirse con otros factores registrados por las proporciones de isótopos.

La evidencia paleontológica consiste en cambios en la distribución geográfica de los fósiles. Durante un período glacial, los organismos adaptados al frío se propagan a latitudes más bajas y los organismos que prefieren condiciones más cálidas se extinguen o se retiran a latitudes más bajas. Esta evidencia también es difícil de interpretar porque requiere (1) secuencias de sedimentos que cubren un largo período de tiempo, en una amplia gama de latitudes y que se correlacionan fácilmente; (2) organismos antiguos que sobreviven durante varios millones de años sin cambios y cuyas preferencias de temperatura se diagnostican fácilmente; y (3) el hallazgo de los fósiles relevantes.

A pesar de las dificultades, el análisis de núcleos de hielo y sedimentos oceánicos [36] ha proporcionado un registro creíble de glaciares e interglaciares durante los últimos millones de años. Estos también confirman el vínculo entre las edades de hielo y los fenómenos de la corteza continental, como las morrenas glaciales, los drumlins y las erráticas glaciares. Por lo tanto, los fenómenos de la corteza continental se aceptan como una buena evidencia de edades de hielo anteriores cuando se encuentran en capas creadas mucho antes del rango de tiempo para el cual están disponibles los núcleos de hielo y los núcleos de sedimentos oceánicos.

Principales edades de hielo

Cronología de las glaciaciones, que se muestra en azul.

Ha habido al menos cinco edades de hielo importantes en la historia de la Tierra (la Huroniana , la Criogénica , la Andina-Sahariana , la Paleozoica tardía y la última Edad de Hielo Cuaternaria ). Fuera de estas edades, la Tierra parece haber estado libre de hielo incluso en latitudes elevadas; [37] [38] tales períodos se conocen como períodos de invernadero . [39]

Mapa de la edad de hielo del norte de Alemania y sus vecinos del norte. Rojo: límite máximo del glaciar Weichseliano ; amarillo: Saale glacial al máximo (etapa Drenthe); azul: glaciación máxima glacial de Elster .

Las rocas de la edad de hielo más antigua bien establecida, llamada Huronian , se han fechado alrededor de 2,4 a 2,1 Ga ( mil millones de años) durante el Eón Proterozoico temprano . Varios cientos de kilómetros del supergrupo huroniano están expuestos de 10 a 100 kilómetros (6,2 a 62,1 millas) al norte de la costa norte del lago Huron, que se extiende desde cerca de Sault Ste. Marie a Sudbury, al noreste del lago Huron, con capas gigantes de ahora-litificada hasta camas, dropstones , varvas , outwash rocas, y decapadas sótano. Se han encontrado depósitos de huronianos correlativos cerca de Marquette, Michigan., y se ha establecido una correlación con los depósitos glaciares paleoproterozoicos de Australia Occidental. La edad de hielo de Huron fue causada por la eliminación del metano atmosférico , un gas de efecto invernadero , durante el Gran Evento de Oxigenación . [40]

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 (el período Criogénico ) y puede haber producido una Tierra Bola de Nieve en la que capas de hielo glaciar alcanzaron el ecuador [41 ] posiblemente esté terminando por la acumulación de gases de efecto invernadero como el CO
2
producido por volcanes. "La presencia de hielo en los continentes y de bloques de hielo en los océanos inhibiría tanto la meteorización de silicatos como la fotosíntesis , que son los dos principales sumideros de CO
2
en la actualidad. " [42] 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 ocurrió hace 460 a 420 millones de años, durante el período Ordovícico Tardío y Silúrico .

Registros de sedimentos que muestran las secuencias fluctuantes de glaciares e interglaciares durante los últimos millones de años.

La evolución de las plantas terrestres al inicio del período Devónico provocó un aumento a largo plazo en los niveles de oxígeno planetario y una reducción de CO
2
niveles, lo que resultó en la nevera del Paleozoico tardío . Su nombre anterior, la glaciación de Karoo, recibió su nombre de las lacas glaciares que se encuentran en la región de Karoo en Sudáfrica. Hubo extensos casquetes polares a intervalos de hace 360 ​​a 260 millones de años en Sudáfrica durante los períodos Carbonífero y Pérmico temprano . Se conocen correlativos de Argentina, también en el centro del antiguo supercontinente Gondwanaland .

La glaciación cuaternaria / glaciación cuaternaria comenzó hace aproximadamente 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 sido testigo de los ciclos de glaciación con capas de hielo avanzando y retrocediendo en escalas 40.000 y 100.000 años de tiempo llamados períodos glaciales , glaciales o avances glaciares, y interglaciares períodos interglaciares, o retirada de los glaciares. La tierra se encuentra actualmente en un período interglacial, y el último período glacial terminó hace unos 10.000 años. Todo lo que queda de las capas de hielo continentales son las capas de hielo de Groenlandia y la Antártida y los glaciares más pequeños como enIsla de Baffin .

La definición del Cuaternario con un comienzo de 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, aproximadamente a los 34 Ma, a mediados del Cenozoico ( Límite Eoceno-Oligoceno ). El término Edad de Hielo Cenozoica Tardía se utiliza para incluir esta fase temprana. [43]

Las edades de hielo se pueden dividir aún más por ubicación y tiempo; por ejemplo, los nombres Riss (180.000–130.000 años bp ) y Würm (70.000–10.000 años bp) 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 fregado de cada glaciación tiende a eliminar casi por completo la mayor parte de la evidencia de capas de hielo anteriores, excepto en regiones donde la capa posterior no alcanza una cobertura total.

Glaciales e interglaciares

Muestra el patrón de cambios de temperatura y volumen de hielo asociados con glaciares e interglaciares recientes.
Glaciación mínima y máxima
Glaciación mínima (interglacial, negra) y máxima (glacial, gris) del hemisferio sur

Dentro de la glaciación actual, se han producido períodos más templados y más severos. Los períodos más fríos se denominan períodos glaciares , los períodos más cálidos interglaciares , como el Eemian Stage . [1] Existe evidencia de que ocurrieron ciclos glaciares similares en glaciaciones anteriores, incluyendo el andino-sahariano [44] y el paleozoico tardío. Los ciclos glaciares de la casa de hielo del Paleozoico tardío probablemente sean responsables de la deposición de ciclotemas . [45]

Los glaciares 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 otra manera no estarían glaciadas se extienden a elevaciones más bajas debido a una línea de nieve más baja . El nivel del mar desciende debido a la eliminación de grandes volúmenes de agua sobre el nivel del mar en los casquetes polares. Existe evidencia de que las glaciaciones alteran los patrones de circulación de los océanos. Los glaciares e interglaciares 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 el Holoceno durante aproximadamente 11,700 años, [46] y un artículo en Nature en 2004 sostiene que podría ser muy análogo a un interglacial anterior que duró 28,000 años. [47] Los cambios previstos en el forzamiento orbital sugieren que el próximo período glacial comenzaría al menos 50.000 años a partir de ahora. Además, se estima que el forzamiento antropogénico del aumento de los gases de efecto invernadero potencialmente supera el forzamiento orbital de los ciclos de Milankovitch durante cientos de miles de años. [48] [5] [4]

Procesos de retroalimentación

Cada período glacial está sujeto a una retroalimentación positiva que lo hace más severo, y una retroalimentación negativa que lo mitiga y (en todos los casos hasta ahora) eventualmente lo termina.

Positivo

El albedo de la Tierra proporciona una forma importante de retroalimentación , que es la cantidad de energía solar que la Tierra refleja en lugar de absorberla. El hielo y la nieve aumentan el albedo de la Tierra, mientras que los bosques reducen su albedo. 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 obliga al sistema a un equilibrio.

En 1956, Ewing y Donn [49] 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 están bastante secas en términos de precipitación, comparable a la cantidad que se encuentra en los desiertos de latitudes medias . Esta baja precipitación permite que las nevadas de 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 ártica. Con mayor precipitación, es posible que porciones de esta nieve no se derrita durante el verano y, por lo tanto, se puede formar hielo glaciar en altitudes más bajas ylatitudes más al sur, lo que reduce las temperaturas sobre la tierra mediante un mayor 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. (Las consecuencias actuales proyectadas del calentamiento global incluyen un Océano Ártico en gran parte libre de hielo dentro de 5 a 20 años .) [ Cita requerida ] El agua dulce adicional que fluye hacia el Atlántico Norte durante un ciclo de calentamiento también puede reducir la circulación global del agua del océano . 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. [50] [51] [52] También se ha sugerido [¿ por quién? ] que durante un glaciar extenso, 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.

Negativo

Las capas de hielo que se forman durante las glaciaciones erosionan la tierra debajo de ellas. Esto puede reducir el área terrestre sobre el nivel del mar y, por lo tanto, disminuir la cantidad de espacio en el que se pueden formar capas de hielo. Esto mitiga la retroalimentación del albedo, al igual que el aumento del nivel del mar que acompaña al área reducida de las capas de hielo, ya que el mar abierto tiene un albedo más bajo que la tierra. [53]

Otro mecanismo de retroalimentación negativa es el aumento de la aridez que ocurre con los máximos glaciares, lo que reduce la precipitación disponible para mantener la glaciación. El retroceso de los glaciares inducido por este o cualquier otro proceso puede amplificarse mediante retroalimentaciones positivas inversas similares a las de los avances glaciares. [54]

Según una investigación publicada en Nature Geoscience , las emisiones humanas de dióxido de carbono (CO 2 ) retrasarán la próxima edad de hielo. Los investigadores utilizaron datos sobre la órbita de la Tierra para encontrar el período interglacial cálido histórico que se parece más al actual y, a partir de esto, han predicho que la próxima edad de hielo comenzaría normalmente dentro de 1.500 años. Continúan prediciendo que las emisiones han sido tan altas que no será así. [55]

Causas

Las causas de las edades de hielo no se comprenden completamente ni para los períodos de la edad de hielo a gran escala ni para el flujo y reflujo más pequeño de los períodos glaciales-interglaciales dentro de una edad 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 de EPICA Dome C en la Antártida sobre el últimos 800.000 años); cambios en la órbita de la tierra alrededor del Sol conocidos como ciclos de Milankovitch ; el movimiento de las placas tectónicasdando lugar a cambios en la ubicación relativa y la cantidad de corteza continental y oceánica en la superficie de la tierra, que afectan las corrientes del viento y del océano ; 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 . [56] [ cita requerida ]

Algunos de estos factores se influyen mutuamente. 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, al cambiar la velocidad a la que la meteorización elimina el CO
2
).

Maureen Raymo , William Ruddiman y otros proponen que las mesetas tibetanas y de Colorado son inmensas CO
2
"depuradores" con capacidad para eliminar suficiente CO
2
de la atmósfera global para ser un factor causal significativo de la tendencia de enfriamiento cenozoico de 40 millones de años . Además, afirman que aproximadamente la mitad de su aumento (y CO
2
capacidad de "depuración") se produjo en los últimos 10 millones de años. [57] [58]

Cambios en la atmósfera terrestre.

Existe evidencia de que los niveles de gases de efecto invernadero cayeron al comienzo de las edades de hielo y aumentaron durante el retroceso de las capas de hielo, pero es difícil establecer la causa y el efecto (consulte 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 edades de hielo, como el movimiento de los continentes y el vulcanismo.

La hipótesis de la Tierra Bola de Nieve sostiene que la severa congelación en el Proterozoico tardío terminó con un aumento de CO
2
niveles en la atmósfera, principalmente de volcanes, y algunos partidarios de Snowball Earth argumentan que fue causado en primer lugar por una reducción en el CO atmosférico
2
. La hipótesis también advierte sobre futuras Tierras Bola de Nieve.

En 2009, se proporcionó más evidencia de que los cambios en la insolación solar proporcionan el detonante inicial para que la tierra se caliente después de una Edad de Hielo, con factores secundarios como el aumento de los gases de efecto invernadero que explican la magnitud del cambio. [59]

Posición de los continentes

El registro geológico parece mostrar que las edades de hielo comienzan cuando los continentes están en posiciones que bloquean o reducen el flujo de agua caliente desde el ecuador hacia los polos y, por lo tanto, permiten que se formen capas de hielo. Las capas de hielo aumentan la reflectividad de la Tierra y, por lo tanto, reducen la absorción de la radiación solar. Con menos radiación absorbida, la atmósfera se enfría; el enfriamiento permite que las capas de hielo crezcan, lo que aumenta aún más la reflectividad en un circuito de retroalimentación positiva . La edad de hielo continúa hasta que la reducción de la meteorización provoca un aumento del efecto invernadero .

Hay tres contribuyentes principales del diseño de los continentes que obstruyen el movimiento del agua caliente hacia los polos: [60]

  • Un continente se asienta sobre un polo, como lo hace la Antártida hoy.
  • Un mar polar está casi sin litoral, como lo es hoy el Océano Ártico.
  • Un supercontinente cubre la mayor parte del ecuador, como lo hizo Rodinia durante el período criogénico .

Dado que la Tierra de hoy tiene un continente sobre el Polo Sur y un océano casi sin litoral sobre el Polo Norte, los geólogos creen que la Tierra continuará experimentando períodos glaciares en un futuro geológicamente cercano.

Algunos científicos creen que el Himalaya es un factor importante en la edad de hielo actual, 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. [58] La formación del Himalaya comenzó hace unos 70 millones de años cuando la placa indoaustraliana chocó con la placa euroasiática , y el Himalaya sigue aumentando unos 5 mm por año porque la placa indoaustraliana todavía se mueve a 67 mm / año. La historia del Himalaya se ajusta ampliamente a la disminución a largo plazo de la temperatura promedio de la Tierra desde el Eoceno medio , hace 40 millones de años.

Fluctuaciones en las corrientes oceánicas

Otra contribución importante a los regímenes climáticos antiguos es la variación de las corrientes oceánicas , que se modifican por la posición del continente, el nivel del mar y la salinidad, entre otros factores. Tienen la capacidad de enfriarse (por ejemplo, ayudando a la creación de hielo antártico) y la capacidad de calentarse (por ejemplo, dando a las Islas Británicas un clima templado en lugar de un clima boreal). El cierre del istmo de Panamá hace unos 3 millones de años puede haber marcado el comienzo del período actual de fuerte glaciación en América del Norte al poner fin al intercambio de agua entre los océanos Atlántico tropical y Pacífico. [61]

Los análisis sugieren que las fluctuaciones de las corrientes oceánicas pueden explicar adecuadamente las oscilaciones glaciares recientes. Durante el último período glacial, el nivel del mar ha fluctuado entre 20 y 30 m debido a que el agua fue secuestrada, 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 estrecho entre Siberia y Alaska tiene hoy unos 50 m de profundidad) se redujo, lo que provocó un aumento del flujo desde el Atlántico norte. Esto realineó la circulación termohalinaen 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 el nivel del mar nuevamente, restaurando la entrada de agua más fría del Pacífico con un cambio acompañante hacia la acumulación de hielo en el hemisferio norte. [62]

Según un estudio publicado en Nature en 2021, todos los períodos glaciares de las edades de hielo durante los últimos 1,5 millones de años se asociaron con desplazamientos hacia el norte de los icebergs antárticos derretidos que cambiaron los patrones de circulación del océano, lo que provocó que se extraiga más CO 2 de la atmósfera . Los autores sugieren que este proceso puede verse interrumpido en el futuro, ya que el Océano Austral se volverá demasiado cálido para que los icebergs viajen lo suficientemente lejos como para desencadenar estos cambios. [63] [64]

Levantamiento de la meseta tibetana

La teoría geológica de Matthias Kuhle sobre el desarrollo de la Edad de Hielo fue sugerida por la existencia de una capa de hielo que cubría la meseta tibetana durante la Edad de Hielo (¿ Último Máximo Glacial ?). Según Kuhle, el levantamiento de placas tectónicas del Tíbet más allá de la línea de nieve ha llevado a una superficie de c. 2.400.000 kilómetros cuadrados (930.000 millas cuadradas) cambiando de tierra desnuda a hielo con un albedo 70% mayor . El reflejo de la energía en el espacio resultó en un enfriamiento global, lo que desencadenó la Edad de Hielo del Pleistoceno . Debido a que este altiplano se encuentra en una latitud subtropical, con 4 a 5 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 interglaciares mediante el ciclo de 100.000 años de cambios de radiación debido a variaciones en la órbita de la Tierra. Este calentamiento comparativamente insignificante, cuando se combina con la disminución de las áreas de hielo del interior nórdico y del Tíbet debido al peso de la carga de hielo superpuesta, ha llevado al deshielo completo repetido de las áreas de hielo del interior. [65] [66] [67] [68]

Variaciones en la órbita de la Tierra

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 ocasiones sus efectos se refuerzan entre sí y en otras ocasiones se anulan (parcialmente) entre sí.

Pasado y futuro de la insolación promedio diaria en la parte superior de la atmósfera el día del solsticio de verano, en la latitud 65 N.

Existe una fuerte evidencia de que los ciclos de Milankovitch afectan la ocurrencia de períodos glaciales e interglaciares dentro de una edad de hielo. La edad de hielo actual es la más estudiada y mejor comprendida, en particular los últimos 400.000 años, ya que este es el período cubierto por núcleos de hielo que registran la composición atmosférica y los sustitutos de la temperatura y el volumen del hielo. Dentro de este período, la correspondencia de las frecuencias glaciales / interglaciares con los períodos de forzamiento orbital de Milanković es tan cercana que el forzamiento orbital es generalmente aceptado. Los efectos combinados de la distancia cambia al Sol, la precesión de la Tierra del eje, y la inclinación cambiante del eje de la Tierra redistribuye la luz solar recibida por 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 afluencia 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 ampliamente que las capas de hielo avanzan cuando los veranos se vuelven demasiado fríos para derretir toda la nieve acumulada del invierno anterior. Algunos creen que la fuerza del forzamiento orbital es demasiado pequeña para desencadenar glaciaciones, pero los mecanismos de retroalimentación como el CO
2
puede explicar este desajuste.

Si bien 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 sincronización de los períodos glacial-interglaciares. En particular, durante los últimos 800.000 años, el período dominante de oscilación glacial-interglacial ha sido de 100.000 años, lo que corresponde a cambios en la excentricidad orbital y la inclinación orbital de la Tierra . Sin embargo, esta es, con mucho, 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 dominio de una frecuencia frente a otra no se comprenden bien y son un área activa de investigación actual, pero la respuesta probablemente se relacione con alguna forma de resonancia en el sistema climático de la Tierra. Un trabajo reciente sugiere que el ciclo de 100K años domina debido al aumento del hielo marino en el polo sur, lo que aumenta la reflectividad solar total. [69] [70]

La explicación "tradicional" de Milankovitch lucha por explicar el predominio del ciclo de 100.000 años en los últimos ocho ciclos. Richard A. Muller , Gordon JF MacDonald , [71] [72] [73]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 "predichos" 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. [74]

Otro trabajador, William Ruddiman , sugirió un modelo que explica el ciclo de 100.000 años por el efecto modulador de la excentricidad (ciclo débil de 100.000 años) sobre la precesión (ciclo de 26.000 años) combinado con retroalimentaciones de gases de efecto invernadero en los 41.000 y 26.000 años. ciclos anuales. Peter Huybers ha propuesto otra teoría más, quien argumentó que 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 solo el segundo o tercer ciclo desencadena una edad de hielo. Esto implicaría que la periodicidad de 100.000 años es realmente una ilusión creada al promediar ciclos juntos que duran 80.000 y 120.000 años. [75] Esta teoría es consistente con un modelo empírico multiestatal simple propuesto porDidier Paillard . [76] 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 glaciales de 41.000 años resultaron de saltos entre solo dos estados climáticos. Peter Ditlevsen propuso un modelo dinámico que explica este comportamiento. [77] Esto apoya 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.

Variaciones en la producción de energía solar

Hay al menos dos tipos de variación en la producción de energía del Sol: [78]

  • A muy largo plazo, los astrofísicos creen que la producción del Sol aumenta en aproximadamente un 7% cada mil millones (10 9 ) años.
  • Variaciones a corto plazo como los ciclos de manchas solares y episodios más largos como el Mínimo de Maunder , que ocurrió durante la parte más fría de la Pequeña Edad de Hielo .

El aumento a largo plazo de la producción solar no puede ser una causa de glaciaciones.

Vulcanismo

Las erupciones volcánicas pueden haber contribuido al inicio y / o al final de los períodos de la edad de hielo. En ocasiones, durante el paleoclima, los niveles de dióxido de carbono eran dos o tres veces mayores que en la actualidad. Los volcanes y los movimientos en las placas continentales contribuyeron a las 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. [79] Una explicación sugerida del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno es que los volcanes submarinos liberaron metano de los clatratos y, por lo tanto, provocaron un aumento grande y rápido del efecto invernadero . [80] No parece haber evidencia geológica de tales erupciones en el momento adecuado, pero esto no prueba que no ocurrieron.

Fases glaciales e interglaciares recientes

Glaciación del hemisferio norte durante las últimas glaciaciones. La instalación de capas de hielo de 3 a 4 kilómetros de espesor provocó un descenso del nivel del mar de unos 120 m.

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 denominadas glaciares ( edad de hielo cuaternaria ) que duran unos 100.000 años y que luego son interrumpido por los interglaciares más cálidos que duraron entre 10.000 y 15.000 años. El último episodio frío del último período glacial terminó hace unos 10.000 años. [81] La Tierra se encuentra actualmente en un período interglacial del Cuaternario, llamado Holoceno .

Etapas glaciales en América del Norte

Las principales etapas glaciares de la edad de hielo actual en América del Norte son las glaciaciones Illinoian , Eemian y Wisconsin . El uso de las etapas de Nebraska, Afton, Kansan y Yarmouth para subdividir la edad de hielo en América del Norte ha sido interrumpido por geólogos y geomorfólogos cuaternarios. Todas estas etapas se han fusionado en el Pre-Illinoian en la década de 1980. [82] [83] [84]

Durante la glaciación más reciente de América del Norte, durante la última parte del Último Máximo Glacial (hace 26.000 a 13.300 años), las capas de hielo se extendieron hasta aproximadamente el paralelo 45 norte . Estas hojas tenían de 3 a 4 kilómetros (1,9 a 2,5 millas) de espesor. [83]

Etapas del desarrollo de los lagos proglaciales en la región de los actuales Grandes Lagos de América del Norte .

Esta glaciación de Wisconsin dejó impactos generalizados en el paisaje de América del Norte. Los Grandes Lagos y los Lagos Finger fueron tallados por el hielo que profundizaba los valles antiguos. La mayoría de los lagos de Minnesota y Wisconsin fueron excavados por los glaciares y luego se llenaron de aguas de deshielo de los glaciares. El antiguo sistema de drenaje del río Teays se modificó radicalmente y se transformó en gran medida en el sistema de drenaje del río Ohio . Otros ríos fueron represados ​​y desviados a nuevos canales, como las Cataratas del Niágara , que formaron una espectacular cascada y un desfiladero, cuando el flujo de agua encontró un acantilado de piedra caliza. Otra cascada similar, en el actual Parque Estatal Clark Reservation cerca de Syracuse, Nueva York, ahora está seco.

El área desde Long Island hasta Nantucket, Massachusetts, se formó a partir de hasta glaciares , y la gran cantidad de lagos en el Escudo Canadiense en el norte de Canadá se puede atribuir casi por completo a la acción del hielo. A medida que el hielo se retiraba y el polvo de roca se secaba, los vientos arrastraron el material a cientos de millas, formando lechos de loess de muchas docenas de pies de espesor en el valle de Missouri . El rebote post-glacial 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 adyacentes de Minnesota , Iowa e Illinois , no estaba cubierta por glaciares.

Último período glacial en los Andes semiáridos alrededor de Aconcagua y Tupungato

Un cambio climático especialmente interesante durante la época glacial ha tenido lugar en los Andes semiáridos. Además del enfriamiento esperado en comparación con el clima actual, aquí ocurrió un cambio significativo en las precipitaciones. Por lo tanto, las investigaciones en el actual macizo subtropical semiárido del Aconcagua (6,962 m) han mostrado una glaciación glaciar inesperadamente extensa del tipo "red de corrientes de hielo". [85] [86] [87] [88] [89] Los glaciares de los valles conectados, de más de 100 km de longitud, fluyeron hacia el lado este de esta sección de los Andes a 32-34 ° S y 69-71 ° W hasta una altura de 2.060 my en el lado del grátil occidental todavía claramente más profundo. [89] [90]Donde los glaciares actuales apenas alcanzan los 10 km de longitud, la línea de nieve (ELA) corre a una altura de 4.600 my en ese momento se bajó a 3.200 m snm , es decir, unos 1.400 m. De esto se sigue que, además de una depresión anual de temperatura alrededor de c. 8.4 ° C: aquí hubo un aumento en la precipitación. En consecuencia, en épocas glaciales, el cinturón climático húmedo que hoy se encuentra varios grados de latitud más al S, se desplazó mucho más hacia el N. [88] [89]

Efectos de la glaciación

Escandinavia exhibe algunos de los efectos típicos de la glaciación de la edad de hielo, como fiordos y lagos.

Aunque el último período glacial terminó hace más de 8.000 años, sus efectos todavía se pueden sentir hoy. Por ejemplo, el hielo en movimiento esculpió 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 era tan grande que deformaron la corteza y el manto de la Tierra. Después de que las capas de hielo se derritieron, la tierra cubierta de hielo se recuperó . 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 hielo en las latitudes altas, por lo que el nivel del mar global bajó unos 110 metros, exponiendo las plataformas continentales y formando puentes terrestres entre masas terrestres para que los animales migraran. Durante la desglaciación , el agua helada derretida 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 como resultado nuevas tierras sumergidas, tierras emergentes, represas de hielo colapsadas que provocan la salinización de los lagos, nuevas represas de hielo que crean vastas áreas de agua dulce y una alteración general en los patrones climáticos regionales en un gran pero escala temporal. Incluso puede provocar una 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 del Báltico y Escandinavo , así como para gran parte de América del Norte central al final del último máximo glacial, con la actual- Las costas de un día sólo se han logrado 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 ahora es el Mar del Norte, conectando las Islas Británicas con Europa Continental. [91]

La redistribución del agua helada en la superficie de la Tierra y el flujo de las 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 la oscilación de la rotación de la Tierra.

El peso de la masa de superficie redistribuida cargó la litosfera , hizo que se flexionara y también indujo tensión dentro de la Tierra. La presencia de los glaciares generalmente suprimió el movimiento de fallas debajo. [92] [93] [94] Durante la desglaciación , las fallas experimentan deslizamientos acelerados que provocan terremotos . Los terremotos desencadenados cerca del margen del hielo pueden, a su vez, acelerar el desprendimiento del hielo y pueden explicar los eventos de Heinrich . [95] A medida que se elimina más hielo cerca del margen de hielo, más terremotos dentro de la placa son inducidos y esta retroalimentación positiva puede explicar el rápido colapso de las capas de hielo.

En Europa, la erosión glaciar y el hundimiento isostático por el peso del hielo crearon el Mar Báltico , que antes de la Edad de Hielo era tierra drenada por el río Eridanos .

Ver también

  • Enfriamiento global  : hipótesis desacreditada de la década de 1970 sobre el enfriamiento inminente de la Tierra
  • Unión Internacional para la Investigación Cuaternaria
  • Glaciar del Mar de Irlanda  : un enorme glaciar durante la Edad de Hielo del Pleistoceno
  • Máximo glacial tardío
  • Pequeña Edad de Hielo  : un período de enfriamiento después del Período Cálido Medieval que duró del siglo XVI al XIX.
  • Rebote post-glacial  : aumento de masas de tierra que fueron deprimidas por el enorme peso de las capas de hielo durante el último período glacial.
  • Cronología de la glaciación  : cronología de las principales edades de hielo de la Tierra
  • Registro de temperatura geológica  : cambios en el medio ambiente de la Tierra según lo determinado a partir de evidencia geológica en escalas de tiempo de varios millones a miles de millones de años

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External links

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