Tierra de invernadero y congelador - Greenhouse and icehouse Earth
A lo largo de la historia de la Tierra , el clima del planeta ha estado fluctuando entre dos estados climáticos dominantes: la Tierra de invernadero y la Tierra de la casa de hielo . Estos dos estados climáticos duran millones de años y no deben confundirse con los períodos glaciares e interglaciares , que ocurren solo durante un período de congelación y tienden a durar menos de 1 millón de años. Hay cinco grandes glaciaciones conocidas en la historia climática de la Tierra; Se cree que los principales factores implicados en los cambios del paleoclima son la concentración de dióxido de carbono atmosférico , los cambios en la órbita de la Tierra , los cambios a largo plazo en la constante solar y los cambios oceánicos y orogénicos debidos a la dinámica de las placas tectónicas . Los períodos de invernadero y congelador han moldeado profundamente la evolución de la vida en la Tierra.
Tierra de invernadero
Descripción general de la Tierra de invernadero
Una "Tierra de efecto invernadero" es un período en el que no hay glaciares continentales en el planeta, los niveles de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero (como el vapor de agua y el metano ) son altos y las temperaturas de la superficie del mar (TSM) oscilan entre 28 ° C (82,4 ° F) en los trópicos a 0 ° C (32 ° F) en las regiones polares . La Tierra ha estado en un estado de efecto invernadero durante aproximadamente el 85% de su historia.
Este estado no debe confundirse con una tierra de invernadero hipotética , que es un punto de inflexión irreversible correspondiente al efecto invernadero descontrolado en Venus . El IPCC afirma que "un 'efecto invernadero desbocado', análogo al [de] Venus, parece no tener prácticamente ninguna posibilidad de ser inducido por actividades antropogénicas ".
Causas de la Tierra de invernadero
Hay varias teorías sobre cómo puede surgir una Tierra de invernadero. El registro geológico muestra que el CO 2 y otros gases de efecto invernadero son abundantes durante este tiempo. Los movimientos tectónicos fueron extremadamente activos durante las edades de invernadero más conocidas (como hace 368 millones de años en la Era Paleozoica ). Debido a la ruptura continental ( placas continentales que se alejan unas de otras), la actividad volcánica se volvió más prominente, produciendo más CO 2 y calentando la atmósfera de la Tierra. La Tierra se coloca más comúnmente en un estado de efecto invernadero a lo largo de las épocas, y la Tierra ha estado en este estado durante aproximadamente el 80% de los últimos 500 millones de años, lo que dificulta la comprensión de las causas directas.
Tierra del Icehouse
Descripción general de Icehouse Earth
Una "Tierra de la casa de hielo" es un período en el que la Tierra tiene al menos dos capas de hielo , Ártico y Antártico (en ambos polos ); estas capas aumentan y disminuyen a lo largo de períodos más cortos conocidos como períodos glaciares (con otras capas de hielo además de las 2 polares) y períodos interglaciares (sin). Durante una Tierra congelada, los gases de efecto invernadero tienden a ser menos abundantes y las temperaturas tienden a ser más frías a nivel mundial. La Tierra se encuentra actualmente en una etapa de casa de hielo, que comenzó 34 Ma con la Edad de Hielo del Cenozoico Tardío en curso . En su interior, el último glaciar, Würm , recientemente terminado (110 a 12 ka), aún conserva restos de capas de hielo no polares (Alpes, Himalaya, Patagonia). Es probable que pronto le siga otro interglacial, similar al anterior, Eemian (130 a 115 ka), cuando había bosques en Cabo Norte e hipopótamos en los ríos Rin y Támesis. Luego, los glaciares e interglaciares, de longitudes similares a los recientes, continuarán alternándose hasta el final de las capas de hielo de 2 polos, es decir, el final del Icehouse actual y el inicio del siguiente Invernadero.
Causas de la Icehouse Earth
Las causas de un estado de congelación son muy debatidas, porque no se sabe mucho sobre las transiciones entre los climas de invernadero y de congelación y qué podría provocar el cambio climático. Un aspecto importante es claramente la disminución de CO 2 en la atmósfera, posiblemente debido a la baja actividad volcánica.
Otros temas importantes son el movimiento de las placas tectónicas y la apertura y cierre de pasarelas oceánicas. Estos parecen jugar un papel crucial en las Tierras de las casas de hielo porque pueden traer aguas frías de circulaciones de agua muy profundas que podrían ayudar a crear capas de hielo o aislamiento térmico de áreas. Ejemplos de esto son la apertura de la puerta de entrada de Tasmania hace 36,5 millones de años que separó Australia y la Antártida y que se cree que provocó la casa de hielo Cenozoica , y la creación del Pasaje Drake hace 32,8 millones de años por la separación de América del Sur y la Antártida. Antártida , aunque otros científicos creían que esto no entró en vigor hasta hace unos 23 millones de años. El cierre del istmo de Panamá y la vía marítima de Indonesia hace aproximadamente 3 o 4 millones de años puede haber sido una de las principales causas de nuestro actual estado de congelación. Para el clima de la casa de hielo, la actividad tectónica también crea montañas, que son producidas por una placa continental que choca con otra y continúa hacia adelante. Los suelos frescos revelados actúan como depuradores de dióxido de carbono, lo que puede afectar significativamente la cantidad de este gas de efecto invernadero en la atmósfera. Un ejemplo de esto es la colisión entre el subcontinente indio y el continente asiático , que creó las montañas del Himalaya hace unos 50 millones de años.
Glaciales e interglaciares
Dentro de los estados de las casas de hielo, hay períodos " glaciares " e " interglaciares " que hacen que las capas de hielo se acumulen o retrocedan. Las causas de estos períodos glaciares e interglaciares son principalmente variaciones en el movimiento de la tierra alrededor del Sol . Los componentes astronómicos, descubiertos por el geofísico serbio Milutin Milanković y ahora conocidos como ciclos de Milankovitch , incluyen la inclinación axial de la Tierra, la excentricidad orbital (o forma de la órbita ) y la precesión (o oscilación) del giro de la Tierra . La inclinación del eje tiende a fluctuar entre 21,5 ° a 24,5 ° y viceversa cada 41.000 años en el eje vertical. Este cambio en realidad afecta la estacionalidad en la tierra, ya que más o menos radiación solar golpea ciertas áreas del planeta con mayor frecuencia en una inclinación más alta, mientras que una menor inclinación crearía un conjunto de estaciones más uniforme en todo el mundo. Estos cambios se pueden ver en los núcleos de hielo, que también contienen información que muestra que durante la época glacial (en la extensión máxima de las capas de hielo), la atmósfera tenía niveles más bajos de dióxido de carbono. Esto puede deberse al aumento o la redistribución del equilibrio ácido / base con iones bicarbonato y carbonato que se ocupan de la alcalinidad . Durante una nevera, solo el 20% del tiempo se pasa en épocas interglaciares o más cálidas. Las simulaciones de modelos sugieren que el estado actual del clima interglacial continuará durante al menos otros 100.000 años, debido al CO
2emisiones, incluida la desglaciación completa del hemisferio norte.
Tierra bola de nieve
Una " tierra de bolas de nieve " es todo lo contrario a la Tierra de invernadero, en la que la superficie de la tierra está completamente congelada; sin embargo, una tierra de bolas de nieve técnicamente no tiene capas de hielo continentales como durante el estado de la casa de hielo. "El Gran Infra- Cámbrico era de hielo" se ha demandado para ser el anfitrión de un mundo así, y en 1964, el científico W. Brian Harland dado a luz a su descubrimiento de indicios de glaciares en latitudes bajas (Harland y Rudwick). Esto se convirtió en un problema para Harland debido a la idea de la "paradoja de la bola de nieve fugitiva" (una especie de efecto de bola de nieve ) que, una vez que la tierra entra en la ruta de convertirse en una bola de nieve, nunca podría salir de ese estado. Sin embargo, en 1992 Joseph Kirschvink planteó una solución a la paradoja. Dado que los continentes en este momento estaban apiñados en las latitudes bajas y medias, había menos agua del océano disponible para absorber la mayor cantidad de energía solar que llegaba a los trópicos y, al mismo tiempo, un aumento de las precipitaciones debido a una mayor masa de tierra expuesta a una mayor radiación solar. la energía pudo haber causado meteorización química (removiendo CO 2 de la atmósfera). Ambas condiciones podrían haber causado una caída sustancial en los niveles atmosféricos de CO 2 , lo que resultó en temperaturas de enfriamiento, aumentando el albedo del hielo (reflectividad del hielo de la radiación solar entrante), aumentando aún más el enfriamiento global (una retroalimentación positiva). Este podría haber sido el mecanismo para entrar en el estado Tierra Bola de Nieve. Kirschvink explicó que la forma de salir del estado Tierra Bola de Nieve podría conectarse nuevamente con el dióxido de carbono. Una posible explicación es que durante la Tierra Bola de Nieve, la actividad volcánica no se detendría, acumulando CO 2 atmosférico . Al mismo tiempo, la capa de hielo global evitaría la meteorización química (en particular la hidrólisis), responsable de la eliminación del CO 2 de la atmósfera. Por tanto, el CO 2 se acumulaba en la atmósfera. Una vez que la acumulación atmosférica de CO 2 alcanzara un umbral, la temperatura aumentaría lo suficiente como para que las capas de hielo comenzaran a derretirse. Esto, a su vez, reduciría el efecto de albedo del hielo, lo que a su vez reduciría aún más la capa de hielo, saliendo del estado Snowball Earth. Al final de la Tierra Bola de Nieve, antes de restablecer el "termostato" de equilibrio entre la actividad volcánica y la lenta reanudación de la meteorización química, el CO 2 en la atmósfera se había acumulado lo suficiente como para hacer que las temperaturas alcanzaran un máximo de 60 ° Celsius, antes de finalmente asentarse. abajo. Alrededor del mismo período geológico de Snowball Earth (debatido si fue causado por Snowball Earth o siendo la causa de Snowball Earth) estaba ocurriendo el Gran Evento de Oxigenación (GOE). Siguió el evento conocido como Explosión Cámbrica , que produjo el comienzo de la vida multicelular . Sin embargo, algunos biólogos afirman que una Tierra con bolas de nieve completa no podría haber ocurrido ya que la vida fotosintética no habría sobrevivido bajo muchos metros de hielo sin la luz solar . Sin embargo, se ha observado que la luz solar penetra metros de hielo en la Antártida. La mayoría de los científicos creen hoy en día que una Tierra bola de nieve "dura", completamente cubierta por hielo, es probablemente imposible. Sin embargo, es posible una "tierra granizada", con puntos de apertura cerca del ecuador .
Los estudios recientes pueden haber vuelto a complicar la idea de una tierra de bolas de nieve. En octubre de 2011, un equipo de investigadores franceses anunció que el dióxido de carbono durante la última "bola de nieve" especulada puede haber sido más bajo de lo que se dijo originalmente, lo que representa un desafío para descubrir cómo la Tierra pudo salir de su estado y si eran una bola de nieve o granizada.
Transiciones
Causas
El Eoceno , que ocurrió hace entre 53 y 49 millones de años, fue el período de temperatura más cálida de la Tierra en 100 millones de años. Sin embargo, este "superinvernadero" finalmente se convirtió en una casa de hielo a finales del Eoceno. Se cree que la disminución de CO 2 provocó este cambio, aunque es posible que las retroalimentaciones positivas contribuyan al enfriamiento.
El mejor registro que tenemos de una transición de una casa de hielo a un período de invernadero donde existió esa vida vegetal durante el período Pérmico que ocurrió hace unos 300 millones de años. Hace 40 millones de años, tuvo lugar una transición importante, lo que provocó que la Tierra cambiara de un planeta húmedo y helado donde las selvas tropicales cubrían los trópicos, a un lugar cálido, seco y ventoso donde poco podía sobrevivir. La profesora Isabel P. Montañez de la Universidad de California, Davis , que ha investigado este período de tiempo, encontró que el clima es "altamente inestable" y "marcado por caídas y subidas de dióxido de carbono".
Impactos
La transición Eoceno-Oligoceno, la última transición, ocurrió hace aproximadamente 34 millones de años, lo que resultó en una rápida disminución de la temperatura global, la glaciación de la Antártida y una serie de eventos de extinción biótica. El evento de rotación de especies más dramático asociado con este período de tiempo es el Grande Coupure , un período que vio el reemplazo de las especies de mamíferos europeos que habitan los árboles y comen hojas por especies migratorias de Asia.
Investigación
La ciencia de la paleoclimatología intenta comprender la historia de las condiciones del invernadero y la cámara de hielo a lo largo del tiempo geológico. A través del estudio de núcleos de hielo , dendrocronología , sedimentos oceánicos y lacustres ( varve ), palinología ( paleobotánica ), análisis de isótopos (como la datación radiométrica y el análisis de isótopos estables) y otras aproximaciones climáticas , los científicos pueden crear modelos de los presupuestos de energía pasados de la Tierra. y clima resultante. Un estudio ha demostrado que los niveles de dióxido de carbono atmosférico durante la era Pérmica oscilaron entre 250 partes por millón (que está cerca de los niveles actuales) hasta 2,000 partes por millón. Los estudios sobre sedimentos lacustres sugieren que el Eoceno "invernadero" o "superinvernadero" se encontraba en un "estado permanente de El Niño " después de que el calentamiento de 10 ° C de las profundidades del océano y las altas temperaturas de la superficie cerraran El Niño en el Océano Pacífico . - Oscilación del Sur . Se sugirió una teoría para el Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno sobre la repentina disminución de la composición isotópica de carbono de la reserva global de carbono inorgánico en 2,5 partes por millón. Una hipótesis planteada para esta caída de isótopos fue el aumento de hidratos de metano , cuyo desencadenante sigue siendo un misterio. Este aumento de metano en la atmósfera , que resulta ser un gas de efecto invernadero potente, pero de corta duración, aumentó las temperaturas globales en 6 ° C con la ayuda del dióxido de carbono menos potente.
Lista de períodos de invernaderos y hieleras
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 4.600 a 2.400 millones de años.
- Glaciación Huroniana : un período de congelación que se extendió desde hace 2.400 millones de años hasta hace 2.100 millones de años.
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 2.100 millones a 720 millones de años.
- Criogenia : un período de congelación que se extendió desde hace 720 a 635 millones de años, a veces toda la Tierra se congeló
- Un período de invernadero se extendió desde hace 635 millones de años hasta hace 450 millones de años.
- Glaciación andino-sahariana : un período de congelación que se extendió desde hace 450 a 420 millones de años
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 420 millones de años hasta hace 360 millones de años.
- Edad de hielo del Paleozoico tardío : un período de congelación que se extendió desde hace 360 a 260 millones de años
- Un período de efecto invernadero se extendió desde hace 260 millones de años hasta hace 33,9 millones de años
- Edad de Hielo Cenozoica tardía : el período actual de la casa de hielo que comenzó hace 33,9 millones de años
Condiciones modernas
Actualmente, la Tierra se encuentra en un estado climático de congelación. Hace unos 34 millones de años, las capas de hielo comenzaron a formarse en la Antártida ; las capas de hielo del Ártico no empezaron a formarse hasta hace 2 millones de años. Algunos procesos que pueden haber llevado a nuestra actual casa de hielo pueden estar conectados con el desarrollo de las montañas del Himalaya y la apertura del Pasaje Drake entre América del Sur y la Antártida. Los científicos han intentado comparar las pasadas transiciones entre la nevera y el invernadero, y viceversa, para comprender hacia dónde se dirige ahora nuestro planeta.
Sin la influencia humana en la concentración de gases de efecto invernadero, la Tierra se encaminaría hacia un período glacial . Los cambios pronosticados en el forzamiento orbital sugieren que, en ausencia del calentamiento global provocado por el hombre , el próximo período glacial comenzaría al menos en 50.000 años a partir de ahora (ver ciclos de Milankovitch ), pero debido a las emisiones antropogénicas de gases de efecto invernadero en curso, la Tierra se dirige hacia un período de la Tierra de invernadero. El hielo permanente es en realidad un fenómeno raro en la historia de la Tierra, que ocurre solo en coincidencia con el efecto de la cámara de hielo, que ha afectado aproximadamente al 20% de la historia de la Tierra.