Las glaciaciones de la Tierra

Las edades glaciares son periodos extensos de enfriamiento global en la historia de la Tierra caracterizados por la expansión de los casquetes polares y glaciares. La Tierra ha experimentado al menos cinco edades de hielo principales, siendo la glaciación actual del Cuaternario una de ellas, la cual comenzó hace 2,58 millones de años y continúa hasta hoy. El último período glacial terminó hace unos 11.700 años, dando paso al interglaciar actual, el Holoceno. 

Edades de hielo principales

La glaciación huroniana (también llamada glaciación Makganyene) se extendió en el intervalo comprendido entre hace 2400 y 2100 millones de años,​ durante los periodos Siderico y Riásico de la era paleoproterozoico. Fue una de las glaciacines más intensas del registro geológico, y algunos geólogos creen que fue muy similar a la Tierra bola de nieve que ocurrió en la era Neoproterozoico. Pudo deberse a la desestabilización del clima, causada por el metabolismo de las primeras cianobacterias. Estos microorganismos realizan la fotosíntesis oxigénica, y al liberar oxígeno molecular a la atmósfera rompieron el equilibrio de los gases de efecoto invernadero que existía en aquella época.

El nombre ‘«glaciación huroniana»’ se debe a que los indicios se recolectaron en la región del lago Hurón, en America del Norte, en donde tres horizontes distintos de depósitos glaciales se hallan separados por sedimentos no glaciales.

Vida durante la glaciación

La supervivencia de los eucariotas unicelulares y los procariotas durante la glaciación sugiere el medio acuático y que quizá en algunas partes de la superficie terrestre se mantuvo agua en estado líquido o se tuvo mejor acceso a la luz solar. Existirían gradientes de temperatura que provocarían un dinamismo en las capas glaciares dando lugar a la formación de parches locales de aguas abiertas que brindarían refugio a la vida. Durante este período se descubrieron fósiles macroscópicos de 2200-2100 millones de años (Diskagma y la biota francevillense) interpretados como mohos mucelaginosos, considerados los primeros indicios de vida pluricelular. Es decir que durante la glaciación los eucariotas unicelulares ya habrían evolucionado a organismos pluricelulares y ya se estaban diversificando. Los cuerpos fructiferos de los mohos mucilaginosos también pudieron haber surgido como un modo de subsistencia a la glaciación por parte de los eucariotas unicelulares como las amebas que son los principales productores de mohos mucilaginosos cuando se encuentran en condiciones desfavorables.

El Criogénico o Criogeniano (del griego κρύος/cryos, «hielo» y γένεσις/génesis, «origen»), es el segundo periodo y sistemas de la era y eratema Neoproterozoico en la escala temporal geológica. Comenzó hace unos 720 millones de años y finalizó hace unos 635 millones de años. ​

Su nombre hace referencia a los depósitos glaciales encontrados en latitudes tropicales, seguidos de sedimentos de carbonatos (cap carbonates). Los glaciares se extendieron y retrocedieron en una serie de pulsos rítmicos, posiblemente alcanzando el ecuador. En general, deben considerarse al menos dos grandes glaciaciones mundiales. Las glaciaciones Sturtiana (que comprendió el intervalo de 717 a 660 millones de años) y Marionana (en torno desde 650 a 635 millones de años) son las más grandes conocidas en la historia de la Tierra y pueden haber cubierto todo el planeta. Una glaciación final se produjo hace 582 millones de años durante el período Edicaro.

Los depósitos glaciales de tillita también se produjeron en los lugares que se encontraban en latitudes bajas durante el Criogénico, un fenómeno que condujo a la hipótesis de congelación de los océanos del planeta en la llamada «Tierra bola de nieve». Esta teoría, que fue propuesta por el Doctor Kirschivink y es ahora sostenida por Paul F. Hoffman de la Universidad de Berkeley,​ ha generado un gran debate, pues afirma que el planeta Tierra estuvo cubierto por glaciares, de hasta 1 km de espesor, hasta el ecuador. La principal controversia se refiere a si las glaciaciones fueron realmente acontecimientos mundiales o estaban localizadas. ​

Durante el Criogénico, los restos del anterior supercontinente Rodinia comenzaron a unirse para crear el nuevo supercontinente Pannotia.

La Tierra Bola de Nieve

La segunda de las grandes glaciaciones del Proterozoico tuvo lugar hacia el final de este eón, durante el periodo Criogénico, llamado así precisamente por el frío extremo que lo caracterizó. Según parece se trató de una serie de episodios glaciares muy intensos que comenzaron hace unos 780 millones de años y concluyeron hace alrededor de 600. Al enfriamiento descontrolado contribuyó probablemente la drástica disminución de los gases de efecto invernadero debida a un fenómeno conocido como carbonatación, motivado por el nivel de precipitaciones sobre el supercontinente de Pannotia, que concentraba casi todas las tierras emergidas cerca del Polo Sur.

El hecho de que el supercontinente se ubicara tan al sur favoreció un rápido avance del hielo hacia el ecuador, entrando el planeta en un círculo vicioso de enfriamiento que también comenzó a congelar el hemisferio norte. En su plenitud la que se conoce como glaciación Marinoana pudo cubrir casi toda la superficie terrestre bajo capas de hielo de kilómetros de espesor, tal vez durante decenas de millones de años. De ser así nuestro mundo, visto desde el espacio exterior, parecería una deslumbrante esfera blanca que reflejaba la mayor parte de la radiación que recibía. Es por eso que a la glaciación Marinoana se la ha llamado informalmente «Tierra Bola de Nieve».

¿Cómo se rompió este bucle glacial que habría dejado la Tierra congelada para siempre? Parece ser que la causa fue el vulcanismo, pues sucesivas erupciones de grandes dimensiones arrojaron grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera y el clima se calentó por efecto invernadero.

La glaciación Andino-Sahariana se produjo durante el Paleozoico, entre 450 Ma y 420 Ma, durante el Ordovícico Tardio y el Silúrico.

Descripción

Según Eyles y Young: «un episodio glaciar importante, de unos 440 Ma, se registra en los estrátos del Ordovícico Tardío (predominantemente asgilianos) en África occidental (Formación Tamadjert del Sáhara), en Marruecos (Cuenca de Tinduf) y en el centro-oeste de Arabia Saudí, todas ellas zonas situadas en latitudes polares en esa época. Desde el Ordovícico Tardío hasta el Silúrico Temprano, el centro de la glaciación se desplazó desde el norte de África hasta el suroeste de Sudamérica».

Durante este periodo se conocen las glaciaciones en Arabia, el Sáhara, África occidental, el sur del Amazonas y los Andes. El centro de la glaciación migró desde el Sáhara en el Ordovícico (450-440 Ma) hasta Sudamérica en el Silúrico (440-420 Ma). La máxima extensión de la glaciación se desarrolló en África y el este de Brasil. ​

En el oeste de América del Sur (Perú, Bolivia y norte de Argentina) se encontraron diamictitas glaciomarinas intercaladas con turbiditas, lutitas, flujos de lodo y flujos de detritos, datadas en el Silúrico Temprano (Llandonvery), con una extensión hacia el sur en el norte de Argentina y el oeste de Paraguay, y con una probable extensión hacia el norte en Perú, Ecuador y Colombia.

La edad de hielo Andina-Sahariana, de menor importancia, fue precedida por las edades de hielo criogénicas (720-630 Ma, las glaciaciones esturtiana y Marinoana), a menudo denominadas como «Tierra bola de nieve», y seguida por la edad de hielo del Karoo (350-260 Ma). ​

Causas

Aunque la producción de energía solar era un 4,5 % menor durante el Ordovícico Tardío, una diferencia que desencadenaría una edad de hielo en la actualidad, los niveles de dióxido de carbono eran 18 veces mayores. Al mismo tiempo, la placa oceánica subducía bajo el continente norteamericano, dando lugar a la Orogenia de los Apalaches (325-260 Ma), que provocó un descenso de los niveles de dióxido de carbono a través de la alteración del clima relacionado con el proceso de alteración de los silicatos. Las causas no se conocen con precisión, pero se sospecha que esto, combinado con la deriva continental y los cambios en la órbita de la Tierra, fue el desencadenante de la glaciación.

La glaciación Karoo o edad de hielo del Paleozoico tardío comenzó en el Devónico tardío y terminó en el Pérmico tardío, hace entre unos 360 y 255 millones de años. Por aquel entonces, había grandes capas de hielo terrestres presentes, mayormente en la zona sur de la superficie de la Tierra. Este fue el segundo gran período de acumulación de hielo en el eón Fanerozoico, tras la glaciación Andino-Sahariana. ​

La máxima expansión de los glaciares se produjo durante el sanmarinense. ​

La Glaciación cuaternaria, también conocida como Glaciación alpina o Edad de hielo actual, designa una serie de eventos glaciales separados por periodos interglaciares que se produjeron durante el periodo Cuaternario, desde hace 2,58 millones de años hasta el presente. Durante este periodo, se expandieron capas de hielo a partir sobre todo de la Antártida y Groénlandias, y en muchos otros lugares se produjeron capas heladas fluctuantes, como la capa de hielo Laurentino. Los principales efectos de una era de hielo son la erocsón y la deposición de residuos sobre grandes extensiones de tierra, la modificación de la red fluvial, la creación de millones de lagos, cambios en el nivel del mar, desarrollo de lagos pluviales lejos de las orillas del mar, ajuste isostático de la corteza terrestre y vientos excepcionales. Afecta a océanos, inundaciones y comunidades biológicas. Las propias capas de hielo, al elevar el albedo, tienen un importante efecto en el enfriamiento del clima.

Descubrimiento

La glaciación cuaternaria fue la primera edad de hielo demostrada por la geología, que con ella probó en el siglo XVIII que estos cambios climáticos eran posibles.

A lo largo del siglo pasado, las exhaustivas observaciones sobre el terreno han proporcionado evidencias de que glaciares continentales cubrieron grandes zonas de Europa, Norteamérica y <siberia. Tras varios años de trabajo, cientos de geólogos realizaron mapas de elementos glaciales en los que se detalla la ubicación y orientación de Drumlins, eskers, morrenas, estriaciones y canales de corrientes glaciales. Estos mapas mostraron la extensión de las capas de hielo, la dirección del flujo y la ubicación de canales de aguas de deshielo, lo que permitió que los científicos descifraran la historia de los numerosos avances y retiradas del hielo. Incluso antes de que la teoría de la glaciación mundial fuera aceptada de forma generalizada, muchos observadores reconocieron que se habían producido más de un avance y retirada de los hielos.

Desde entonces se han identificado otras edades de hielo más antiguas.

Descripción

La glaciación cuaternaria es la última de las cinco glaciaciones conocidas durante la historia de la Tierra. Las otras cuatro son la glaciación Huroniana la Criogénica, la Andina-Sahariana y la Karoo. La glaciación cuaternaria se compone de 4 periodos glaciales con sus correspondientes interglaciares: Glaciación de Wurm o Wisconsin, Glaciacón de Riss, Glaciación de Mindel y Glaciación de Gunz

Durante el  periodo Cuaternario, el volumen total de hielo, el nivel del mar y la temperatura global han fluctuado, como evidencian los testigos del hielo de los últimos 800 000 años y los sedimentos marinos de periodos anteriores. A lo largo de los pasados 740 000 años ha habido ocho ciclos glaciales.​ El periodo Cuaternario al completo, que comenzó hace 2,58 Ma, se considera una glaciación por la permanencia de al menos una gran capa de hielo, la antártica. No está claro qué parte de Groenlandia estaba cubierta de hielo durante los periodos interglaciares anteriores. Durante los episodios más fríos –denominados periodos glasiales– también existieron grandes capas de hielo de un espesor de al menos 4 km en Europa, Ameria del Norte y Siberia. Los intervalos más cortos y cálidos entre glaciaciones se llaman interglaciares.

Gráfico de la temperatura (azul), CO₂ (verde) y polvo (rojo) reconstruido a partir de testigos de hielo de la Base Vostok para los últimos 420 000 años

Actualmente, la Tierra se encuentra en un periodo interglaciar, que marcó el comienzo del Holoceno. Este interglaciar empezó entre 10 000 y 15 000 años atrás, causando que las capas de hielo del último periodo glaciar comenzaran a desaparecer. Aún existen remanentes de esos glaciares, que ahora ocupan el 10% de la superficie terrestre, en Groenlandia, la Antártida y varias regiones montañosas. El retoceso de los glaciares desde 1850 ha sido sobre todo consecuencia del calentamiento del sistema climático por causas humanas durante este periodo. ​

Durante los periodos glaciares, el actual sistema hidrológico quedó totalmente interrumpido en grandes áreas del mundo y considerablemente modificado en otras. Debido al volumen de hielo en la tierra, el nivel del mar era unos 120 metros más bajo que en el presente.

Hoy existen muchas evidencias de que durante la era glacial se produjeron numerosos periodos de aumento y disminución de glaciares continentales. Los periodos interglaciares de clima suave están representados en perfiles de suelo, lechos de turba y depósitos en los lagos y corrientes que separan los depósitos no estratificados de detritos glaciales.

Causas

Hasta ahora no se ha propuesto una teoría totalmente satisfactoria que explique la historia de las glaciaciones terrestres. La causa de una glaciación puede estar relacionada con varios factores que se producen de forma simultánea, como los ciclos astronomicos, la composición atmosférica, la tectóca de placas y las corientes marinas. ​

Ciclos astronómicos

Relación de la órbita terrestre con los periodos de glaciación

El papel de los cambios de la órbita terrestre en el control del clima fue enunciado por James Croll a finales del siglo XIX.​ Más tarde, el geofísico serbio Milutin Milankovic profundizó en la teoría y calculó que esas irregularidades en la órbita terrestre podían causar los ciclos climáticos conocidos como ciclos de Milancovic.​ Estos ciclos son el resultado de la acumulación de varios tipos de cambios cíclicos en las propiedades orbitales de la Tierra.

Los cambios en la excentricidad orbital de la Tierra se produce en ciclos de unos 100 000 años. ​ La inclinación del eje terrestre varía periódicamente entre los 22° y los 24,5°.​ (La inclinación del eje terrestre es responsable de las estaciones: a mayor inclinación, mayor contraste entre las temperaturas de verano e invierno). Los cambios en la inclinación se producen en ciclos de 41 000 años.​ La precesión de los equinoccios, el movimiento del eje de rotación de la Tierra, se completa cada 21 700 años. Según la teoría de Milanković, esos factores causan un enfriamiento periódico de la Tierra, produciéndose el periodo más frío aproximadamente cada 40 000 años. El efecto principal de los ciclos de Milanković es el de cambiar el contraste entre las estaciones, no la cantidad de calor solar que recibe la Tierra. Estos ciclos dentro de ciclos predicen que, durante los avances máximos de los glaciales, las temperaturas de verano e invierno serán más bajas. El resultado es que se funde menos hielo que el que se acumula, y los glaciares se expanden.

Milanković desarrolló las ideas de los ciclos climáticos en las décadas de 1920 y 1930, pero no fue hasta 1970 que se compuso una cronología lo suficientemente larga y detallada de los cambios en las temperaturas durante el Cuaternario para poner a prueba la teoría.​ Los estudios del suelo de las profundidades marinas y de los fósiles que contienen indican que la fluctuación climática durante los últimos cientos de miles de años es notablemente parecida al predicho por Milanković.

Un problema con esta teoría es que los ciclos astronómicos han existido durante miles de millones de años, pero las glaciaciones son un fenómeno raro. Los ciclos astronómicos se correlacionan perfectamente con los periodos glaciares, interglaciares y transicionales dentro de una era de hielo. Otros factores, como la posición de los continentes y los efectos que esto tiene en las corrientes marinas, o las fluctuaciones a largo plazo en el núcleo del sol, también deben tener influencia en la bajada de la temperatura terrestre por debajo de un umbral crítico, hecho que inicia una glaciación. Una vez que ocurre, los ciclos de Milanković actúan para forzar que el planeta entre o salga de un periodo glacial.

Llega la vida compleja

Durante la mayor parte del Precámbrico la vida estuvo confinada al agua, siendo además exclusivamente microscópica. La Tierra fue un mundo de microbios durante miles de millones de años. En todo este tiempo la evolución celular no se detuvo y, hace unos 1.800 millones de años, aparecieron las primeras células con núcleo o eucariotas. Desde bien temprano los microorganismos mostraron tendencia a agruparse, formando cadenas, redes de filamentos, tapetes e incluso estructuras algo más complejas como los estromatolitos. Pero las formas macroscopicas eran desconocidas.

Durante mucho tiempo se creyó que la vida compleja no se inició en la Tierra hasta la llegada del periodo Cámbrico, a partir de unos 540 millones de años. Los fósiles de invertebrados de esta época eran bien conocidos, pero nadie había encontrado evidencias de vida más antiguas. Sin embargo a lo largo de las últimas décadas hemos ido descubriendo formas de vida complejas cada vez más antiguas, puede que incluso de hace varios miles de millones de años. En última instancia, seres como los animales surgieron de antepasados unicelulares gracias al desarrollo de una proteína llamada colágeno, formadora de una matriz que cohesionaba multitud de células individuales en una única colectividad. Esto permitiría el desarrollo de estructuras cada vez más sofisticadas, como tejidos y órganos, dando paso a seres macroscópicos compuestos por millones de células.

Composición atmosférica

Una teoría mantiene que la disminución del CO₂, un importante gas de efecto invernadero, inició la tendencia a un enfriamiento a largo plazo que acabó por causar una glaciación. Estudios recientes sobre el contenido de CO₂ en las burbujas de gas preservadas en los testigos de hielo de Groenlandia apoyan esta idea. El ciclo geoquímico del carbono indica un descenso de más del 90% en el CO₂ atmosférico desde mediados del Mesozoico​ Un análisis de las reconstrucciones de CO₂ a partir de registros de alquenonas muestra que este gas se redujo en la atmósfera antes y durante la glaciación antártica, y respalda que esta sustancial disminución fue la causa primaria de dicha glaciación. ​

Los niveles de CO₂ también desempeñan un importante papel en las transiciones entre eras glaciales e interglaciares. Un alto contenido en CO₂ corresponde a periodos interglaciares templados, y las glaciaciones coinciden con un alto contenido de ese gas. No obstante, ciertos estudios indican que el CO₂ podría no ser la primera causa de las transiciones de una a otra era, sino que actuaría en forma de retroalimentación.​ La explicación de esta variación de CO₂ observada «sigue siendo un problema de difícil atribución».​

Los gaboniontes

¿Cuándo aparecieron las primeras formas de vida pluricelulares y macroscópicas? Atendiendo a lo que se sabía hace una década, éstas no debieron de surgir hasta hace unos 600 millones de años o incluso menos. Pero esto fue hasta que en 2010 se descubrieron e interpretaron los primeros fósiles de la llamada biota francevillense. El nombre deriva de Franceville, la capital de la provincia del Gabón (África) donde se hallaron los fósiles. Debido a ello a estos seres primigenios también se los denomina informalmente gaboniontes.

¿Qué aspecto tuvieron y cuán antiguos son estos «gaboniontes»? Los fósiles han sido datados en unos 2.100 millones de años, lo que los sitúa en la Era Paleoproterozoica, muchísimo más antiguos que los organismos macroscópicos que, hasta este descubrimiento, se consideraron como los primeros en evolucionar. Las estructuras fosilizadas son formaciones esféricas o elipsoidales de hasta 12 centímetros de diámetro, muy probablemente obra de organismos que vivieron en un río en aquel tiempo tan increíblemente remoto. No se sabe muy bien qué fueron exactamente, aunque con toda seguridad nada relacionado con las plantas o animales que hoy viven.

Y tampoco debieron de dejar descendientes. Sobrevivían en un mundo con muy poco oxígeno, pero al parecer evolucionaron en un breve periodo en el que éste se volvió más abundante. El posterior regreso a unas condiciones más próximas a la anoxia seguramente provocó la total extinción de estos seres. A pesar de tratarse de un descubrimiento extraordinario no toda la comunidad científica cree en los «gaboniontes», ya que hay expertos que opinan que las formaciones halladas en Gabón no son de origen biológico, sino fruto de un inusual proceso de cristalización mineral motivado por las condiciones reinantes en aquella época.  

Los misterios del bosque de Charnwood

En la década de los años 50 del pasado siglo dos adolescentes británicos, Tina Negus y Roger Mason, pusieron patas arriba con sus descubrimientos todo lo que se creía saber por aquel entonces acerca del origen de la vida. En las canteras del bosque de Charnwood, ubicado en el condado inglés de Leicestershire, descubrieron un extraño fósil con forma de pluma que parecía proceder de un periodo increíblemente remoto. Los estudios geológicos indicaban que los depósitos de la cantera se formaron como mínimo hace unos 580 millones de años, antes del fin del Precámbrico. La literatura científica de la época y el saber comunmente aceptado decían que aquello era imposible, por lo que de entrada nadie dio crédito a la viabilidad de los fósiles descubiertos por aquellos dos jovenzuelos.

No obstante los padres de Roger Mason tenían buenas relaciones con el mundo académico y finalmente un experto, el doctor Trevor D. Ford, se dignó a analizar debidamente el fósil. Sus resultados fueron concluyentes, se trataba de una criatura excepcionalmente antigua, los dos adolescentes tenían razón desde el principio. El fósil fue bautizado con el nombre de Charnia, en honor al bosque donde fue hallado. Se trataba de una criatura que habitaba en las oscuras profundidades de un gélido mar primigenio, fijada al lecho, por lo que presumiblemente se alimentaba filtrando. No sabemos mucho más acerca de ella, pero ya formaba parte de uno de los primeros biomas complejos que conocemos.