Glaciaciones
Las glaciaciones han sido lo más característico de los últimos dos millones de años de la historia de la Tierra. Su influencia es tan grande que marcan el inicio de un periodo geológico distinto que llamamos Cuaternario. A lo largo de este periodo se han sucedido épocas más frías, en las que los hielos se han apoderado de grandes extensiones en el norte y el sur del planeta, y épocas más templadas en las que las aguas heladas se han retirado hacia las cercanías de los polos o las altas montañas. Estas oscilaciones climáticas han tenido una gran influencia en la distribución de los seres vivos.
Los glaciares son grandes masas de hielo que se forman cuando la nieve que cae va acumulándose de un año a otro, sin que le de tiempo para fundirse. Por la presión la nieve va perdiendo el aire y acaba formándose primero hielo lechoso y luego hielo azul, tan transparente como el cristal.
Para que existan glaciares en una zona se requieren dos condiciones:
- que tenga promedios de temperatura tan bajos como para permitir que la nieve se acumule de un año a otro. Esto sucede en las zonas ecuatoriales a partir de los 5000 m de altitud y en la Antártida al nivel del mar. En la Península Ibérica sólo se dan estas condiciones en lugares de los Pirineos situados a más de 3000 m.
- que tenga precipitación suficiente. Así, por ejemplo, hay lugares del norte de Siberia muy fríos pero en los que llueve tan poco que la capa de nieve rara vez supera el metro de altura.
En las regiones polares los glaciares cubren grandes extensiones y se les llama casquetesglaciares o inlandsis. En el resto del mundo sólo encontramos glaciares de montaña que en total ocupan una extensión treinta veces menor que la ocupada por los inlandsis.
Se llama zonas periglaciares a las grandes extensiones que rodean a los casquetes glaciares o que se sitúan inmediatamente por debajo de las zonas de nieves perpetuas de las montañas.
Su suelo no está cubierto por el hielo permanentemente, pero está helado la mayor parte del año. Este suelo se llama permafrost y está permanentemente helado a partir de una pequeña profundidad. Cuando en la primavera se deshiela la capa más superficial se forman grandes charcos en los que se reproducen los mosquitos.
Durante la historia de la Tierra ha habido hasta siete, y quizás más, episodios de amplias glaciaciones, en las Eras Precámbrica y Paleozoica. El periodo glaciar en el que nos encontramos ocupa el Periodo Cuaternario, como hemos dicho, empezó hace unos dos millones de años y todavía continúa.
Dentro en un tiempo glaciar las temperaturas van subiendo y bajando cada varias decenas de miles de años. En la actualidad, desde hace unos 12 000 años, estamos en un periodointerglacial cálido (dentro de la glaciación del Cuaternario), en el que las mediciones en los inlandsis y los glaciares de montaña indican que continuamente van disminuyendo de tamaño desde hace 12000 años. El anterior periodo cálido similar al actual sucedió hace algo más de 100 000 años.
La diferencia de la temperatura media entre un periodo cálido y otro frío es de sólo unos 4 a 7ºC, pero su efecto es que los glaciares avanzan hacia el ecuador o retroceden miles de kilómetros. Estos cambios en la masa de hielos afectan al nivel del mar que puede subir o bajar varias decenas de metros y a los caudales de los ríos, distribución de las lluvias y al clima en general. Por supuesto también afecta de forma importantísima a la fauna y la flora.
Tabla: Algunos lugares conectados por tierra cuando el nivel del mar era más bajo hace unos miles de años
| Lugar | Tierras unidas |
| Canal de la Mancha | Francia y Gran Bretaña |
| Canal de Irlanda | Gran Bretaña e Irlanda |
| Varios estrechos del Mediterráneo | Europa y Africa |
| Estrecho de Bering | Siberia y Alaska |
| Golfo de Tartaria | Siberia y Japón |
| Sundra | Malasia, Sumatra, Java y Borneo |
| Varios lugares | Australia, Tasmania, Nueva Guinea |
Glaciaciones conocidas
Los períodos que se han podido documentar a lo largo de la historia de la Tierra son cinco, encontrándonos actualmente en la última de ellas. Cuanto más tiempo haya transcurrido entre un episodio glacial y la actualidad mayor es la dificultad para estudiar y definir las fechas. Se utilizan distintos métodos que no siempre ofrecen los mismos resultados.
| Glaciación | Inicio - Fin (Ma) | Periodo/s geológico/s | Era geológica | Eón |
|---|---|---|---|---|
| Cuaternaria | 2,58 – presente | Neógeno | Cenozoico | Fanerozoico |
| Karoo | 360 – 260 | Carbonífero y Pérmico | Paleozoico | |
| Andina-Sahariana | 450 – 420 | Ordovícico y Silúrico | Paleozoico | |
| Criogénico (o Sturtian-Varangian) | 850 – 635 | Criogénico | Neoproterozoico | Proterozoico |
| Huroniana | 2400 – 2100 | Sidérico y Riásico | Paleoproterozoico |
La primera glaciación es conocida como Huroniana y se produjo entre hace 2400 y 2100 millones de años, con una duración aproximada de 300 millones de años y por tanto la más larga de todas.
La segunda edad de hielo, coincidente con el Criogénico, y, posiblemente, la más severa, se estima ocurrió de 850 a 635 Ma (millones de años) atrás, en la Edad Proterozoica tardía y se ha sugerido que produjo una, o más, Tierra Bola de Nieve en la que la Tierra se heló por completo.1 Se ha sugerido también que el final de este segundo periodo frío1 fue responsable de la posterior explosión cámbrica, un tiempo de rápida diversificación de la vida multicelular durante la era Cámbrica. Sin embargo, esta hipótesis sigue siendo polémica,2 3 aunque está creciendo en popularidad entre los investigadores, según la evidencia presentada en su favor.
La tercera glaciación, Andina-Sahariana, corresponde a una serie menor de sucesiones glaciación-interglacial que ocurrieron entre hace 460 Ma y 430 Ma. La cuarta glaciación, Karoo, tuvo extensos periodos glaciaciales de 350 a 250 Ma. La actual, y quinta era de hielo, llamada Glaciación Cuaternaria, ha visto ciclos de periodos glaciaciales más o menos extensos, de 40 000 o menos años y 100 000 años.
Ciclos glaciales cuaternarios
Originalmente, los periodos glaciales e interglaciares de la edad de hielo cuaternaria fueron nombrados por sus características geológicas, y sus nombres varían de una región a otra de la Tierra. Ahora es más común para referirse a los períodos por su número de estado isotópico marino.4 El registro marino conserva todas las glaciaciones pasadas, las pruebas con base en tierra son menos completas porque glaciaciones sucesivas pueden borrar las pruebas de sus predecesoras. Los núcleos de hielo provenientes de las acumulaciones de hielo continental también provén un registro completo, pero no retroceden tanto en el tiempo como los datos marinos. Los datos del polen procedente de lagos y pantanos, así como los perfiles de loess, proporcionan importantes datos de correlación basados en la tierra.5
El sistema de nombres no se ha llegado a completar ya que la discusión técnica se trasladó a la utilización de números de estadio isotópico marino. Por ejemplo, hay cinco ciclos glacial/interglacial en el Pleistoceno registrados en los sedimentos marinos durante el último medio millón de años, pero sólo dos interglaciares clásicos fueron reconocidos originalmente sobre la tierra durante ese período (Riss-Würm y Mindel-Riss).6
La evidencia basada en tierra funciona aceptablemente bien hacia atrás hasta el estado isotópico MIS 6, pero ha sido difícil coordinar las etapas usando evidencia solo con base en tierra antes de esa. Por lo tanto, el sistema de nombres está incompleto y las identificaciones con base en tierra de las edades de hielo anteriores a este estado son en parte conjeturas. No obstante, los datos basados en tierra son esencialmente útiles en la discusión de las formas terrestres, y correlacionando la conocida etapa isotópica marina con ellos.5
Los últimos cliclos de períodos glaciación/interglaciar del Cuaternario se nombran, desde el más reciente al más lejano, como sigue en la tabla inferior. Las fechas presentadas datan de años atrás del presente.
| Antigüedadtl 1 | Norteamérica | Europa atlántica | Magreb | Europa mediterránea | Europa del Norte | Europa central | MIS |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 11 800 años | Posglaciar | Flandriense | Mellahiense | Versiliense | Posglaciar | 1 | |
| 80 000 años | Wisconsin | Devensiense | Regresióntl 2 | Regresióntl 2 | Vistula o Weichsel | Würm | 2-4, 5a-d |
| 130 000 años | Sangamoniense | Ipswichiense | Ouljiense | Tirreniense II y III | Eemiense | Riss-Würm | 5e (7, 9?) |
| 190 000 años | Illinoiense | Wolstoniense | Regresióntl 2 | Regresióntl 2 | Saaliana | Riss | 6 |
| 424 000 años | Pre-Illinoiensetl 3 8 9 10 | Hoxniense | Anfatiense | Tirreniense I | Holsteiniano | Mindel-Riss | 1111 |
| 478 000 años | Angliense | Regresióntl 2 | Regresióntl 2 | Elsteriana | Mindel | 12[cita requerida] | |
| 866 000 años | Cromeriense | Maarifiense | Siciliense | Günz-Mindel | 13-2111 12 | ||
| 1 100 000 años? | Beestoniense | Regresióntl 2 | Regresióntl 2 | Menapiana | Günz | 22-60?11 12 |
- Las fechas son aproximadas y varían según zonas y según estudios.
- Regresión: indica la ausencia de hielo en la zona concreta.
- Los periodos glaciales e interglaciales conocidos antiguamente como Nebraska, Aftoniense, Kansan y Yarmoutianense se agrupan en uno único conocido como Pre-Illinoiense.
Notas: en negrita los periodos glaciales. En otras partes del planeta cada periodo puede recibir otros nombres.
Periodos más antiguos del Cuaternario son de muy difícil datación, si bien se reconocen otras etapas glacial/interglacial: Estado Pastoniano, Estado Pre-Pastoniano yEstado Bramertoniano. Podrían llegar a 1,5 Ma atrás.
Evidencia de glaciación reciente en núcleos de hielo
Los núcleos de hielo se utilizan para obtener un registro de alta resolución de la glaciación reciente. Se confirma la cronología de los estados isotópicos marinos. Los datos de núcleos de hielo demuestran que los últimos 400 000 años han consistido en cálidos cortos interglaciares (10 000 a 30 000 años) sobre periodos glaciales, como el actual interglacial que alterna con mucho más prolongados glaciales (70 000 a 90 000 años), sustancialmente más fríos que el actual. Un nuevo núcleo de hieloantártico, EPICA , ha revelado que entre 400 000 y 780 000 años atrás, los interglaciares ocupan una proporción considerablemente mayor de cada ciclo glacial/interglaciar, pero no eran tan cálidos como los interglaciares posteriores.
LAS GLACIACIONES Y EL CLIMA
Resumen
Los cambios climáticos globales que se evidencian desde hace más de un siglo de registro instrumental se suelen atribuir exclusivamente a la emisión de gases que incrementan el efecto invernadero, y que son una consecuencia de la actividad humana. Sin embargo, los estudios que llevan a cabo paleontólogos y geólogos indican que la variación del clima global y local es un fenómeno que se manifiesta naturalmente desde los tiempos geológicos más remotos.
Durante el Cuaternario tardío, época geológica que abarca los últimos 700 000 años, se estudió que el clima mundial estuvo determinado por ciclos glaciales. Periódicamente osciló entre períodos glaciales, en los que el clima fue particularmente riguroso y períodos interglaciales, en los que las condiciones fueron más cálidas que en la actualidad.
Esto se demuestra ya que en él ultimo millón de años, algo cambio en la ecuación climática de la tierra que permitió que la nieve permaneciera en montañas y altitudes septentrionales donde anteriormente no cuajaba. La nieve se comprimió hasta convertirse en hielo, y éste se acumulo formando glaciales y barreras. En el transcurso de decenas de miles de años, las capas de hielo alcanzaron espesores de varios kilómetros; aplanaron la tierra, la pulimentaron y dejaron sus huellas incluso en la Europa central y en el Medio Oeste de EE.UU.
Hace unos 20.000 años, durante la parte final del último ciclo glacial, los hielos cubrían un tercio de la superficie de los continentes y alcanzaban un espesor de varios kilómetros en gran parte de América del Norte y de Europa. En esa época, la altura sobre la cual existen nieves eternas descendió notablemente en cadenas montañosas, tales como los Alpes y los Andes. La masiva transformación de agua líquida en hielo determinó que el nivel del mar fuera, en ese entonces, 100 metros inferior al actual. En América del Sur, el enfriamiento global asociado a la glaciación provocó que especies animales adaptadas a condiciones frías migraran hacia el Norte. Así, durante los momentos en los que los climas eran más rigurosos, en lo que es hoy la provincia de Buenos Aires, habitaban mamíferos, ahora, patagónicos. En esa época todo el clima del planeta era influido por el máximo del último ciclo glacial, extensas áreas, principalmente en el Hemisferio Norte, fueron cubiertas por espesos mantos de hielo.
De repente acaba el ciclo glacial y los hielos se retiraron de nuevo hasta sus limites actuales. Las masas de hielo septentrionales y los glaciares de montaña iniciaron su retroceso desde el último máximo glacial en la misma época, hace unos 14.000 años. Los glaciares continentales tardaron unos 7000 años en fundirse, mientras que los glaciares de montaña se retiraron mucho mas rápidamente
Se cree que, en condiciones naturales, la sucesión de épocas glaciales e interglaciales aparentemente seguiría desarrollándose en el futuro y, por lo tanto, en este momento nos encontraríamos en una época interglacial que se inició hace más de 10 000 años.
Introducción
HISTORIA
La existencia de las glaciaciones fue deducida por primera vez en 1837 por el biólogo suizo-norteamericano Louis Agassiz, quien descubrió que las glaciaciones de los Alpes se habían expandido en otros tiempos sobre las tierras bajas de los alrededores. Esto lo llevó a sugerir que en un tiempo geológico no muy lejano el clima fue mucho más riguroso que hoy, hipótesis que se vio reforzada por sus estudios en Escocia y los Estados Unidos.
En 1842, el matemático francés Joseph Adhémar sugirió que las glaciaciones podrían haberse originado por factores astronómicos.
Durante la década de 1860, el científico escocés James Croll, presentó una novedosa teoría para explicar las glaciaciones y se basó en los cálculos que había realizado el astrónomo francés Urbain Leverrier para predecir las variaciones de la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor del Sol. De acuerdo con Croll, las complicadas interacciones gravitatorias en el sistema solar hacen que la forma de la órbita terrestre cambie de modo regular y previsible, pasando de ser casi circular a una forma de elipse algo estirada. Según este científico, cuando la órbita es circular, se expresan las condiciones cálidas características de un período interglacial; mientras que la órbita alargada corresponde a los períodos glaciales. Croll sostenía que si los inviernos eran fríos la nieve podía acumularse con mayor facilidad y, de este modo, reflejaría la radiación solar incidente manteniendo a la Tierra fría. Si durante los inviernos del Hemisferio Norte la Tierra estaba lejos del Sol -lo que sucede cuando la órbita tiene forma alargada-, debería producirse una glaciación.
También existe la creencia de que las glaciaciones fueron una consecuencia de sucesos climáticos bastante amplios; al alterar las distribuciones de pluviosisdad y evaporación, los cambios de intensidad de las estaciones parecen haber provocado que el oceano y la atmósfera ( un sistema unico acoplado) salte de un modo de operación a otro muy diferente. Con cada salto, cambió la circulación oceánica, el transporte de calor alrededor del globo tuvo lugar de manera diferente, se alteraron las propiedades de la atmósfera, cambio el clima y como consecuencia, las masas de hielo se expandieron o retrajeron.
En 1991 Ruddiman y Kutzbach dijeron que hace 40 millones de años predominaba una distribución uniforme de la lluvia a lo largo del año y que el clima del planeta era más cálido y húmedo que lo que es hoy, pero a lo largo de los últimos 40 millones de anos el clima cambio, se desarrollaron ambientes mas fríos y extremos regionales de precipitación mucho mayores, debido a un espasmo del levantamiento geológico que dio por resultado la formación de mesetas y elevadas en varias regiones, estas elevaciones generaron una diferenciaciones regionales de cambios climáticos estaciónales y anuales (mas fríos o mas cálidos, mas secos o mas lluviosos), alejándose de los climas uniformes de tiempos anteriores. Como consecuencia de estos, ellos dicen que la temperaturas a altas latitudes han descendido 10 ºC o mas durante los últimos 40 millones de años, que a largo plazo ha supuesto la formación de una capa de hielo sobre el océano Ártico.
La teoría de Holffman y Scharg en el año 2000, argumenta que hace unos 600 millones de años, inmediatamente antes de la aparición de los organismos pluricelulares, dominó una edad de hielo donde estaban congelados hasta los trópicos; las temperaturas medias globales descendieron hasta –50ºC, los océanos fueron cubiertos por una capa de hielo de mas de 1 km de espesor y la mayoria de los organismos murieron, menos aquellos que se ubicaron cerca de los manantiales termales oceánicos. El error de esta teoría es la ausencia del agente desencadenante a una glaciación de tales proporciones. Estos científicos afirman que el dióxido de carbono emitido por los volcanes fue el agente que permitió el calentamiento del planeta ya que se acumulo en la atmosfera hasta niveles suficientes para poner fin a la glaciación global. Con el calentamiento del planeta, la humedad del hielo marino que se sublima en la vecindad del ecuador vuelve a congelarse a mayores latitudes y alimenta el crecimiento de glaciales terrestres. Las áreas de mar de mar abierto absorbieron mayor energía y se inicio un aumento más rápido de la temperatura. En cuestión de siglos, el mundo sofocante de calor y humedad suplementa el gélido anterior. Pero esta teoría solamente explica como pudo haber sido el clima en el planeta del pasado, como fue la primera glaciación y como se calentó el planeta nuevamente; sin embargo no explica porque posteriormente aparecieron nuevos periodos glaciales de menor intensidad.
LAS CAUSAS DE LOS CICLOS GLACIALES
Los Ciclos de Milankovitch
El astrónomo yugoslavo Milutin Milankovich entre las décadas de 1920 y 1930, calculó laboriosamente las variaciones de insolación resultantes de cambios en los movimientos de traslación y de rotación de la Tierra y propuso un mecanismo astronómico para explicar los ciclos glaciales que constaba de tres factores o componentes: dos alteran la intensidad de las estaciones y el tercero afecta a la interaccion entre aquellos.
- El primer factor es la inclinación del eje de rotación terrestre.
Actualmente está desviado unos 23,44 grados respecto a la vertical y fluctúa desde 21,5 grados hasta 24,5 grados con un período de 41 000 años. Al aumentar la inclinación resultan más extremas las estaciones en ambos hemisferios, los veranos se hacen más cálidos y los inviernos más duros. Cuando la inclinación del eje de la Tierra es máxima, las zonas polares reciben también un máximo de insolación y calor, pues apuntan más directamente hacia el Sol. Esta situación conduce a veranos cálidos e inviernos rigurosos en latitudes altas y se corresponde con climas interglaciares, pues el calor de los veranos es más que suficiente para derretir la nieve caída en los inviernos. La situación contraria produce veranos poco cálidos que no son capaces de derretir la nieve del invierno, de forma que ésta se acumula año tras año, posibilitando la formación de casquetes glaciares polares y de montaña.
Figura 1
- Un segundo factor es la forma de la orbita terrestre
Este factor acentúa las variaciones estaciónales, aunque con menor intensidad. Con un período de aproximadamente 100 000 años, la órbita se elonga y acorta, provocando que su elipse sea más excéntrica y luego retorne a una forma más circular. La excentricidad de la órbita terrestre varía desde el 0,5 %, correspondiente a una órbita prácticamente circular, al 6 % en su máxima elongación. Cuando la elipse alcanza su excentricidad máxima se intensifican las estaciones en un hemisferio y se moderan en el otro.
Figura 2
· El tercer factor es la precesión o bamboleo del eje de rotación de la Tierra
La tercera fluctuación astronómica describe una circunferencia completa aproximadamente cada 23 000 años. La precesión determina si el verano en un hemisferio dado cae en un punto de la órbita cercano o lejano al Sol. El efecto que produce es un refuerzo de las estaciones cuando la máxima inclinación del eje terrestre coincide con la máxima distancia al Sol. Cuando esos dos factores se apoyan entre sí en un hemisferio se contraponen en el hemisferio opuesto.
La precesión de los equinoccios parte del hecho de que la Tierra no es totalmente esférica. La acción de las mareas provocadas por el Sol, la Luna y los demás planetas sobre el ecuador provoca un retraso en su velocidad de giro, razón también por la que la duración de los años no es siempre igual. En consecuencia, el momento en el que el Polo apunta hacia el Sol no se corresponde siempre al mismo punto de la órbita de la Tierra. La situación de los equinoccios y, por tanto, de las estaciones presenta un doble ciclo principal de 23.000 años y otro menor de 19.000. En la actualidad la Tierra está lejos del Sol el 21 de junio, y cerca el 21 de diciembre, por eso la tendencia es a inviernos poco rigurosos. La unión de estos tres efectos: mucha inclinación del eje, mayor distancia al Sol y que ésta sea en diciembre, produciría un mínimo de insolación y un máximo de frío, propiciando la extensión de los glaciares.
Figura 3.
Milankovitch, además, incorporó una idea del climatólogo alemán Wladimir Köppen en la teoría astronómica. Esta fue la sugerencia de que la causa inmediata de una glaciación se debe a la reducción de la irradiación solar en verano, con la consiguiente disminución de la fusión de los hielos formados en el invierno, y no a una sucesión de inviernos rigurosos, como pensaba Croll.
La variación de la excentricidad de la órbita terrestre ejerce un efecto mucho más débil sobre la intensidad de radiación solar que incide en la superficie del planeta que los ciclos cortos, ya que se estima que su contribución directa al cambio de irradiación sobre la Tierra es menor que el 0,1 %, pero sin embargo parecería establecer la frecuencia de las últimas glaciaciones, que es cercana a 100 000 años.
Milankovitch calculo que esos tres factores actúan conjuntamente haciendo variar, hasta en un 20 % la irradiancia solar recibidas en las latas latitudes septentrionales durante el verano, lo que según argumentaba, basta para permitir que las grandes masas de hielo se extiendan sobre los continentes del hemisferio boreal en las épocas de veranos frescos e inviernos suaves. Durante muchos años, sin embargo, la falta de un registro independiente que indicara los momentos en que habían tenido lugar los periodos glaciales impidió someter a prueba la hipótesis.
La consideración de estos ciclos sirvieron a Milankovitch para establecer unas curvas que permitían considerar la variación del calor aportado por el sol como causa de las glaciaciones. La temperatura de la tierra está en función del calor del Sol. En las latitudes altas, el Sol incide más oblicuamente que en las bajas, por lo que la cantidad de calor aportada es menor en los polos que en el ecuador.
Los ciclos más cortos generalmente se manifiestan en menores oscilaciones de la temperatura, aunque el registro de paleotemperaturas del último millón de años obtenido por Cesare Emiliani sugiere que estos ciclos pudieron modular las glaciaciones en ciertos momentos del Cuaternario.
Teoría de Cesare Emiliani
Los ciclos predichos por la teoría de Milankovitch fueron confirmados experimentalmente en la década de 1960 por Cesare Emiliani, quien estimó las temperaturas del último millón de años a partir de la composición isotópica del oxígeno presente en el caparazón de microfósiles del fondo oceánico, en forma de carbonato de calcio.
El método usado por Emiliani se basa en la dependencia de la composición isotópica del oxígeno con la temperatura. El oxígeno se presenta en la naturaleza como una mezcla de tres isótopos, llamados oxígeno 16 (99,762 %), oxígeno 17 (0,038 %) y oxígeno 18 (0,200 %). El hidrógeno y el carbono naturales también son mezclas de isótopos. El hidrógeno está formado por hidrógeno 1 (99,985 %) e hidrógeno 2 ó deuterio (0,015 %). Un tercer isótopo, el hidrógeno 3 ó tritio, es radiactivo y está presente en una proporción extremadamente baja. Por su parte, el carbono está constituido principalmente por carbono 12 (98,90 %) y carbono 13 (1,10 %). El carbono 14 es radiactivo y su proporción es despreciable, sobre todo en muestras muy antiguas.
Paleotemperaturas de la superficie del agua en el Caribe obtenidas por Cesare Emiliani (1966)
La molécula de agua está formada por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno. Como los átomos de los distintos isótopos de un mismo elemento químico tienen diferentes masas, habrá distintos tipos de moléculas de agua; la más liviana estará formada por un átomo de oxígeno 16 y dos átomos de hidrógeno 1, mientras que la más pesada tendrá un átomo de oxígeno 18 y dos átomos de hidrógeno 2. Las moléculas más livianas son las más veloces para una cierta temperatura y son las que más fácilmente escaparán del líquido para formar parte del vapor. Por lo tanto, cuando se evapora el agua de mar, por ejemplo, el vapor se enriquece en los isótopos de oxígeno y de hidrógeno más livianos, mientras que el líquido lo hace con los isótopos más pesados. Algo similar sucede con el dióxido de carbono, cuya molécula contiene un átomo de carbono y dos de oxígeno.
Si aumenta la temperatura aumenta la evaporación y por lo tanto se incrementa la proporción de los isótopos más pesados en el agua líquida. Debido a que los átomos de oxígeno pueden pasar del agua al dióxido de carbono y a los bicarbonatos disueltos, estos últimos también se enriquecerán en los isótopos más pesados a medida que se incrementa la temperatura. Por lo tanto, si se determina la composición isotópica del oxígeno en muestras originadas en el pasado, se puede conocer la temperatura existente en el momento de su formación. Esto se logra empleando una técnica llamada espectrometría de masa. Emiliani determinó la composición isotópica del oxígeno presente en el carbonato de calcio del caparazón de microfósiles planctónicos y por lo tanto, pudo conocer la temperatura del agua de mar hasta unos 400 mil años atrás.
A principios de los años cincuenta, Cesare Emiliani, presentó la primera historia completa que mostraba el avance y retroceso de los hielos durante las ultimas glaciaciones. Las moléculas de agua que contienen el isótopo mas pesado tienden a condensarse y caer en forma de precipitación un poco más fácil que las moléculas que alojan el isótopo más ligero. De aquí a que ha medida que el agua se evaporaba de los océanos calientes y el vapor se alejaba de su fuente, el oxigeno 18 retornó preferentemente a los océanos en forma de precipitación. La que terminaba por caer en forma de nieve sobre los campos de hielo y glaciares se hallar relativamente empobrecida en oxigeno 18. Al acumularse el hielo pobre en oxigeno 18, los océanos quedaron enriquecedios en el isótopo. Cuanto más crecieran las masas de hielo, tanto mas subiría la proporción de oxigeno 18 en el agua del mar y por lo tanto, en los sedimentos. desde aquí se realizaron otras series de estudios y se mejorado la teoría.
Aunque el hielo glacial es en general pobre en oxigeno 18, el contenido exactoregistra la temperatura local en la época en que se formó el hielo. Se investigó que durante la ultima glaciación, ambos polos se enfriaron- llegando hasta 10 grados Celsius por debajo de la temperatura actual- y se calentaron al unisono.
Los testigos de hielo de Vostok
Hace unos años, un grupo franco-ruso pudo identificar la composición atmosférica durante los períodos de expansión y retroceso de los glaciales realizando determinaciones en el hielo antártico en las cercanías de la base Vostok. El hielo es perforado perpendicularmente a la superficie y las muestras que se extraen llamadas testigos conservan en su interior burbujas de aire entrampado que se estudian.Este testigo, que medía unos 2000 metros de largo, brindó información que se remonta a los últimos 160 000 años. Investigaciones similares se realizaron en Groenlandia.
Los primeros resultados, publicados en 1987 en la revista Nature, indican fluctuaciones de temperaturas de hasta 10 grados. También muestran la forma en que variaron las concentraciones de algunos gases atmosféricos con la temperatura a lo largo de ese intervalo. Se comprobó que cuando las temperaturas eran más elevadas, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera era mayor. Estos resultados, sin embargo, no pueden discriminar si la elevación de temperatura es causada por el incremento de la concentración de dióxido de carbono o si este es provocado por el aumento de la temperatura.
En 1997, el equipo de investigadores anunció los nuevos resultados obtenidos al estudiar los testigos de hielo de la base Vostok, que extendieron la información paleoclimática a más de 400 000 años atrás. En el gráfico publicado por estos científicos se observan claramente los ciclos de 23 000, 41 000 y 100 000 años, que corresponden a cuatro ciclos glaciales.
El hielo reveló también algo mucho más interesante. Se midió el contenido en dióxido de carbono de las diminutas burbujas de aire que habían quedado aprisionadas en el hielo, hallando que, durante la ultima glaciación, el contenido en dióxido de carbono en la atmósfera era de unos dos tercios de su nivel interglacial. La curva del dióxido de carbono descubría un ingrediente que faltaba en la receta climática: el oceano. Solo una interacción drástica del comportamiento del océano podría explicar cambios tan espectaculares de la composición atmosférica. Después de todo, los océanos contienen una cantidad de dióxido de carbono 60 veces superior a la de la atmósfera; como el gas se difunde facilmente a traves de la superficie de separación oceano-atmósfera, su concentración en las aguas superficiales regula la concentración atmosferica.
Una característica clave de la circulación del Atlántico de nuestros días faltaba en la época glacial, hasta hace 14.000 años: durante la época glacial, los nutrientes mostraban una disminución mas uniforme con la profundidad en todos los océanos del mundo. Además, la concentración en el atlántico glacial era máxima en las partes mas profundas y no en las intermedias como ocurre hoy; estas investigaciones confirmasn que la “cinta transportadora” atlantica, que libera enormes cantidades de calor en el atlántico norte y envía inmensos volumenes de agua al abismo, estuvo fuera de servicio hasta que terminó el ultimo periodo glacial, hace 14.000 años. En ausencia de éste componente crucial, la circulación oceánica mundial ofreció un aspecto muy distinto del que hoy presenta.
Las pruebas oceánica y continentales, apuntan a un cambio simultaneo del comportamiento de los océanos y la atmósfera hace 14.000 años. La configuración de la circulación oceánica cambio drásticamente; en ambos hemisferios, los glaciales comenzaron a retirarse, augurando un calentamiento global; y el contenido en dióxido de carbono de la atmósfera inicio su descenso hasta niveles interglaciales. Creemos que todos esos sucesos indican una importante reorganización del sistema conjunto atmósfera- océano: un salto del comportamiento glacial al interglacial.
LA CINTA TRANSPORTADORA ATLÁNTICA
En el Atlántico, las aguas cálidas superficiales viajan hacia el norte, llegando a la vecindad de Groenlandia, donde el aire del ártico las enfría, se sumergen y forman una corriente que recorre el Atlántico hasta el Océano Glacial Antártico. Allí esta corriente es más cálida y por lo tanto menos densa que las frígidas aguas superficiales, asciende de nuevo, se enfría hasta el punto de congelación y se hunde nuevamente en el abismo. Algunas lenguas del agua antártica de fondo, las mas densas del mundo, fluyen en dirección norte hasta los océanos Atlántico, pacifico e Indico, aflorando de nuevo para repetir el ciclo. En los océanos Pacifico e Indico el movimiento hacia el norte de las aguas profundas queda compensado por un movimiento hacia el sur de las superficies.
Esta agua profundas se forman en el Atlántico norte y no en el pacifico, debido a que la salinidad de sus aguas superficiales del atlántico es mayor, ya que el aire frió del atlántico norte hace que el agua libera calor enfriándose desde 10 hasta 2 ºC. La salinidad del agua, junto con el bajón de temperatura, le confieren una alta densidad y se hunde hasta el fondo del océano e inician un tipo global de circulación que distribuye de manera efectiva la sal en todos los océanos del mundo.
La circulación de la cinta transportadora origina un enorme transporte de calor hacia el norte (el agua que fluye en esta dirección esta, en promedio, ocho veces mas caliente que el agua fría que avanza hacia el sur). El agua fluye por las profundidades del atlántico, dobla el extremo sur del continente africano (El cabo de Buena Esperanza) y se une a la corriente abisal que rodea la Antártida. La cesión de este calor a las masas de aire ártico sobre el atlántico norte explica el clima anómalo, por templado, de Europa.
La cinta transportadora es un mecanismo frágil y vulnerable que podría arruinarse con inyecciones de un exceso de agua dulce en el Atlántico Norte. Si el mecanismo transportador se detuviera, la temperatura del atlántico norte y las tierras aledañas caerían bruscamente 5 ºC o más. Pero según modelos sobre el comportamiento del océano, la cinta transportadora tornaría a ponerse nuevamente en movimiento aunque habrían de transcurrir cientos de años y no seria necesariamente igual a la circulación actual.
Esta teoría se apoya en la teoría de los ciclos galciales de Milankovitch, sin embargo no se presenta la forma como podrían asociarse ambas teorías. Los testigos de hielo y otros archivos sugieren que la temperatura media de toda la cuenca del atlántico norte descendió unos siete grados en pretéritas olas de frió.
Esta teoría recibe un gran apoyo de un acontecimiento climático llamado Joven Dryas, que tuvo lugar varios miles de años después de que los glaciales iniciaran su retirada, e ilustra vivamente el lazó que hay entre el transporte de agua dulce y la circulación oceánica. Hace nos 11.000 años, la retirada de los glaciales estaba bastante avanzada y las temperaturas habían subido hasta niveles interglaciales. De repente, en solo 100 años, Europa septentrional y el norte de América regresaron a las condiciones glaciales, luego, unos mil anos mas tarde, este periodo frió terminó de forma brusca: en solo 20 año. La cinta transportadora había dejado de funcionar, se habían detenido la formación de aguas profundas. Una inmensa entrada de agua dulce procedente de las masas de hielo norteamericano en fusión parece haber atrancado el mecanismo transportador, desencadenando con ello el joven Dryas. La capa de hielo comenzó a retirarse hace 14.000 años, al principio casi todo el agua fundida de la inmensa capa de hielo fluyó Misissippi abajo hacia el golfo de México. No obstante, hace 11.000 años, algún acontecimiento provocó que gran parte del agua de fusión se desviara por el rió San Lorenzo hacia el atlántico norte, desembocando en las cercanías del lugar de formación de las aguas profundas. Allí redujo la salinidad de las aguas superficiales y su densidad, en tal cantidad que pese al fuerte enfriamiento invernal, no podían hundirse en el abismo. La cinta transportadora permaneció fuera de servicio hasta 1.000 años mas tarde, cuando un enorme lóbulo de hielo avanzó y cerro de nuevo la salida hacia el rió San Lorenzo; el agua de fusión volvió a verter hacia el rió Mississippi, la cinta transportadora oceánica se reactivó y Europa se templó de nuevo.
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