Cambios climáticos globales

Hace unas semanas tuvo lugar en París la Cumbre del Clima, donde se trataron temas medioambientales de importancia global cuyo objetivo era detener, o al menos reducir, el impacto que el ser humano está teniendo en el clima global. El cambio climático que estamos viviendo en la actualidad es uno de los retos más importantes de las últimas décadas, aunque por desgracia también un asunto muy mediático del que muchas veces se habla y se opina sin conocerlo de verdad. Pero en esta entrada no vamos a hablar del cambio climático antrópico, que trataremos en fututos posts, sino de cuáles han sido los principales cambios climáticos a escala global que ha experimentado la Tierra. Porque como dice uno de los principios básicos de la geología, entender el pasado es clave para comprender el presente y poder anticiparnos al futuro.

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La desertificación, junto con la subida del nivel del mar, es uno de los fenómenos que más preocupan cuando se habla del actual cambio climático (fuente: pictures.4ever.eu).

La gran oxigenación

Cuando surgió la atmófera terrestre el planeta era muy diferente al que vivimos hoy en día. Hace 4000 millones de años (Ma) la Tierra era un mundo caliente en inhóspito en el que no había océanos ni seres vivos, solo un océano de lava que poco a poco se fue solidificando. Con el tiempo ese planeta fue cambiando y primero surgió una atmósfera, luego unos primeros océanos de aguda dulce y más tarde la vida. Esta primera atmósfera era una atmósfera reductora no muy diferente a la que tiene en la actualidad Venus, no con nitrógeno como principal gas sino el temido CO2. Pero hace 3800 Ma la vida surgió en la Tierra con la aparición de unas primeras formas de vida simples que captaban el CO2 del medio para liberar oxígeno (fotosíntesis). Durante millones de años la cantidad de oxígeno libre fue aumentando progresivamente, hasta que hasta unos 2500 Ma amenazó con erradicar la vida para siempre. Por suerte esto no ocurrió gracias a que la vida es tozuda y supo adaptarse a las nuevas condiciones, surgiendo en ese momento los primeros organismos con respiración aerobia, es decir, que eran capaces de respirar oxígeno y liberar en su lugar CO2, justo al contrario que los anteriores. A partir de ese momento la composición química de la atmósfera cambió y se volvió oxidante como consecuencia de lo que se ha denominado la gran oxigenación (GOE).

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El evento de la gran oxigenación es uno de los mayores cambios globales de la historia de la Tierra. Gracias a él hoy en día tenemos una protectora capa de ozono y podemos respirar oxígeno en una atmósfera oxidante (imagen propia, compuesta a partir de wikipedia.org).

La gran oxigenación es, probablemente, el mayor cambio a escala global que ha vivido el planeta en sus 4600 millones de años de historia. Porque no solo cambió la química de la atmósfera, cambió en realidad todo un planeta. Al formarse una atmósfera oxidante, los minerales más estables pasaron a ser óxidos, sulfatos, carbonatos… que tienen oxígeno en sus moléculas, mientras que en las capas altas de la atmósfera parte del oxígeno excedente se combinó en forma de una molécula triatómica, el ozono (O3), que es crucial para proteger la superficie de la Tierra de la nociva radiación solar. Incluso se cree que el cambio atmosférico llevó a una gran glaciación global, la glaciación huroniana. Hoy en día conocemos de la existencia de la gran oxigenación porque en el registro geológico este evento marca el fin de las formaciones de hierro bandeado o BIF (Banded Iron Formations), rocas ricas en hierro que son exclusivas del Precámbrico.

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Las formaciones de hierro bandeado (BIF) son rocas sedimentarias que contienen más del 15% de hierro. Su origen no está muy claro, pero sabemos que debieron formarse cuando el oxígeno todavía no era muy importante en el medio sedimentario, antes del fin de la gran oxigenación (modificado a partir de visionlearning.com).

La Tierra en bola de nieve

Una de las grandes consecuencias que tuvo la gran oxidación fue que en la atmósfera los gases invernadero dejaron de ser los dominantes. En respuesta a esto la temperatura de la superficie del planeta debió sufrir un brusco descenso del que tenemos varias evidencias que nos hablan de un gran periodo en el que debió haber una gran glaciación que pudo haber sido global. La glaciación Huroniana hoy en día es considerada por varios autores como la primera de las snowball earths, o tierras en bola de nieve, eventos glaciales de carácter global que sucedieron por buena parte del Precámbrico, desde hace 2400 Ma hasta los 600 Ma. Estas glaciaciones no siempre tuvieron la misma importancia o el mismo origen, pero sí que comparten que en todos los casos debieron afectar a casi todo el planeta, que habría quedado como una inmensa bola de nieve planetaria.

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Durante el Precámbrico la Tierra experimento varios episodios de glaciaciones globales que son conocidos como snowball Earths (modificado a partir de karencarr.com).

Son muchas cosas las que todavía no sabemos de las snowball earths y todavía hay incluso cierto debate sobre si realmente fueron globales o no. Lo que sí sabemos es que en determinados momentos del Precámbrico encontramos por todo el planeta evidencias de grandes eventos glaciales. En cualquier caso hay quienes creen que buena parte de estas glaciaciones se debieron a momentos de baja actividad solar, aunque también se ha propuesto una actividad volcánica anormal o bruscas bajadas en la concentración de CO2 atmosférico como consecuencia de la proliferación de organismos fotosintéticos. Incluso se han llegado a asociar con la ruptura de alguno de los supercontinentes del Precámbrico, aunque lo cierto es que todavía nos queda mucho por conocer de las snowball earths.

El óptimo climático de Eoceno

Hoy en día vivimos en bajo un claro calentamiento global que está haciendo, entre otras muchas cosas, que los glaciares retrocedan. Sin embargo, cuando se estudia el actual cambio climático es frecuente que los investigadores echen la vista atrás y pongan sus ojos en el Eoceno, cuando el planeta vivió el mayor evento de calentamiento global del que tenemos constancia. Y es que hace 50 Ma, en el Eoceno, la temperatura media del planeta experimentó una brusca subida de 6º C y la concentración de CO2 atmosférico se disparó hasta más de 2000 ppm (según estimaciones), un valor muy superior a los 400 ppm en los que estamos hoy en día. Qué provocó estos cambios, y más si tenemos en cuenta que el Cenozoico es, en líneas generales, un momento de progresivo enfriamiento global, siempre ha sido un misterio con el que solemos comparar nuestra situación actual.

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Evolución de la concentración de CO2 para los últimos 65 millones de años según las estimaciones realizadas de Hansen et al., 2013. Se puede apreciar muy bien el óptimo climático del Eoceno y el establecimiento de cierto equilibrio con la llegada del casquete polar antártico, hace más de 30 Ma (fuente: rsta.royalsocietypublishing.org).

El óptimo climático del Eoceno, que es como se conoce a este evento, lo solemos usar para intentar comprender qué podría ocurrir en un futuro con el actual calentamiento global. Esto lo hacemos porque este evento prehistórico es lo más parecido que tenemos en el pasado a lo que estamos viviendo en el presente. La relación entre una subida del CO2 y un aumento de las temperaturas, así como los elevados valores de concentración de CO2 atmosférico nos hace pensar que podríamos aprender mucho de este evento. Sin embargo, aunque es habitual que se hagan esas comparaciones, lo cierto es que debemos hacerlas con mucho cuidado porque también hay grandes diferencias que debemos tener en cuenta. Porque en el Eoceno no había actividad humana de ningún tipo, no existían los casquetes polares y las corrientes oceánicas, claves en la regulación del clima, eran radicalmente diferentes. Por ello, aunque nos pueda servir para comprender cosas de nuestro planeta, el óptimo climático del Eoceno es un fenómeno que nada tiene que ver con lo que estamos viviendo.

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Durante el Eoceno el planeta experimentó el mayor calentamiento global del que tenemos constancia, con una subida de 6º C y un fuertes ascenso en la concetración de CO2 cuyo origen todavía no comprendemos del todo (fuente: jan.ucc.nau.edu).

La llegada de los casquetes polares

Cuando hablamos del clima no siempre nos damos cuenta de la importancia que a veces puede llegar a tener la tectónica de placas. Pero cuando hablamos de la formación de los dos casquetes polares actuales (ver La criosfera) es inevitable no tenerlo en cuenta. Hace unos 34 Ma la Antártida se separó del resto de continentes y empezó un viaje en solitario que dura hasta nuestros días. Esta separación, que ocurrió a finales del Eoceno, tuvo como consecuencia la generación de una corriente oceánica que aisló climáticamente a la Antártida, que acabó convirtiéndose en el continente blanco que hoy conocemos. Durante millones de años el casquete polar antártico fue el único que tuvo el planeta, hasta que nuevos movimientos tectónicos llevaron a la formación del istmo de Panamá hace 3 Ma. Este nuevo evento tectónico fue muy importante, ya que con él se cerró la comunicación tropical entre el Atlántico y el Pacífico y se formó la actual corriente del Golfo, clave en el sistema climático global. También tuvo como consecuencia el enfriamiento de Groenlandia y Norteamérica y el establecimiento del casquete polar ártico.

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La cinta transportadora de calor, también denominado conveyor termohalino, es el principal motor que regula el clima global. Se trata de un conjunto de varias corrientes que están interconectadas unas con otras (fuente: NASA).

Con el establecimiento de los dos casquetes polares actuales se iniciaron una serie de oscilaciones climáticas que se han repetido en ciclos que han ido cambiando con el tiempo. Las glaciaciones del Cuaternario han representado los últimos grandes cambios climáticos de la historia del planeta, si bien sus efectos no fueron tan globales porque se concentraron sobre todo en el hemisferio norte. El origen de estas glaciaciones aún no está claro, aunque el hecho de que las últimas se hayan repetido cada 100 000 años, coincidiendo con sorprendente exactitud con los ciclos de CO2, hace pensar que debe haber algún tipo de relación de causalidad entre ambos sucesos. No obstante la hipótesis general es que las glaciaciones se han repetido siguiendo los ciclos de Milankovitch, variaciones en varios parámetros orbitales de la órbita terrestre cuya periodicidad ha coincidido también con las glaciaciones registradas desde el establecimiento del casquete polar ártico.

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Reconstrucción paleogeográfica global durante el Último Máximo Glacial (hace 20 000 años). Tras el fin de la glaciación el nivel del mar subió unos 140 m en tan solo 4000 años (fuente: jan.ucc.nau.edu).

El Cambio Climático actual

En las últimas décadas es indudable que estamos experimentando un nuevo cambio climático a escala global. La concentración de CO2 atmosférico ha vuelto a alcanzar los 400 ppm, un nivel que, aunque lejos de los 2000 ppm del Eoceno, ya supera con mucho los 300 ppm de concentración máxima que hemos estado experimentando en los últimos millones de años. Su causa no la conocemos del todo, pero cada vez es más evidente que la actividad humana, en especial la quema de combustibles fósiles, ha influido mucho en él al aportar una gran cantidad de CO2 a la atmósfera, CO2 que debía permanecer atrapado en la litosfera. Pero eso solo explica una pequeña parte, ya que la causa de los ciclos naturales sigue siendo un misterio, del mismo modo que es un misterio qué pone en marcha las glaciaciones.

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La concentración de CO2 atmosférico ha oscilado entre los 300 ppm y los 180 ppm en ciclos de 100 000 años que coinciden perfectamente con las variaciones de la temperatura del planeta, pero todavía desconocemos cuál de las dos es la causa y cuál la consecuencia (modificado a partir de wikipedia.org).

A pesar de que muchas veces se habla con certezas absolutas sobre el actual cambio climático, lo cierto es que más allá de su existencia tenemos poco de lo que estamos completamente seguros. Por eso mirar al pasado geológico y estudiar algunos de los grandes cambios climáticos globales que ha vivido el planeta en sus 4600 millones de años es una buena herramienta para tratar de comprender qué podría estar ocurriendo en el presente y saber qué deberíamos esperar para el futuro. Y no es malo no saber, pues la ciencia siempre ha partido del desconocimiento para buscar respuestas a los enigmas planteados. En ese sentido, el hecho de que no sepamos realmente cómo funciona el sistema climático global, más allá de que el océano es clave, qué regula las glaciaciones o los ciclos naturales de CO2, y como ellos un sinfín de enigmas más, no debería hacernos enfadar sino anirmarnos a seguir buscando. Y para encontrar las respuestas a todas esas cuestiones, nada mejor mejor como empezar a buscar mirando al pasado, al pasado geológico de un planeta que ha dejado todo perfectamente registrado en sus rocas.

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