Por Anil Ananthaswamy, 5 de noviembre 2012
Hace tan sólo 20.000 años, el hielo dominaba este planeta; pero, ¿qué hizo que su influencia se suavizara? Parece que por fin tenemos ya las respuestas.
Durante el verano de 2008, los trabajadores de la excavación en la Zona Cero, debajo de Manhattan, llegaron excavando hasta un lecho de roca. Allí, se encontraron con algo inesperado: un enorme agujero de más de 10 metros de profundidad, las fisuras de alrededor estaban repletas de piedras de diferentes tipos de roca. El geólogo consultor reconoció de inmediato estas características. Las piedras habían sido arrastradas hasta allí desde muchos kilómetros de distancia por un glaciar a través del lecho de roca. En algún momento, un torrente de remolinos de agua de deshielo glacial había esculpido el agujero.
Desde los agujeros de la ciudad de Nueva York a los bosques que existen bajo el mar, la evidencia nos remite a un tiempo en que el hielo dominó el mundo. La última gran edad de hielo comenzó hace alrededor de 120.000 años. Una masiva capa de hielo de más de 3 kilómetros de espesor en algunos lugares, creció entre idas y venidas hasta cubrir casi por completo Canadá y se extendió hacia abajo hasta Manhattan. Otra capa se extendió por la mayor parte de Siberia, el norte de Europa y Reino Unido, deteniéndose justo antes de lo que ahora es Londres. En otros lugares crecieron muchas pequeñas capas de hielo y glaciares, que se convirtieron en grandes extensiones de tundra y los desiertos conforme el planeta se fue secando.
Con tanto hielo en tierra, el nivel del mar estaba 120 metros más bajo de lo que está hoy. Gran Bretaña e Irlanda formaban parte de la Europa continental. Florida tenía el doble del tamaño que ahora, donde Tampa (ciudad de Florida) quedaba lejos de la costa. Australia, Tasmania y Nueva Guinea formaban parte de una única masa de tierra llamada Sahul. El planeta apenas era reconocible.
Más tarde, hace unos 20.000 años, comenzó un gran deshielo. En los siguientes 10.000 años, la temperatura media global aumentó 3,5 ºC, y la mayoría del hielo se derritió. El aumento de los mares se fue tragando las zonas bajas, como el Canal Inglés y el Mar del Norte, lo que obligó a nuestros antepasados a abandonar muchos de sus asentamientos. Así pues, ¿qué llevó a esta drástica transformación del planeta?
Cambios misteriosos
Sabemos desde hace tiempo que el deshielo se inició con el incremento de la luz solar de verano en el hemisferio norte, derritiendo el hielo y la nieve. Lo que pasó después es todo un misterio. Poco después comenzó el deshielo, por ejemplo, el hemisferio sur comenzó a calentarse, mientras el hemisferio norte se enfriaba, lo contrario de lo que cabría esperar de los cambios de la luz del Sol. Ahora, después de casi dos siglos de lucha libre con los resultados, aparentemente contradictorios, pensamos que por fin hemos conseguido entender cómo terminó la edad de hielo.
Todo comenzó en la década de 1830, cuando Louis Agassiz observó que los elementos característicos creados por los glaciares, como arañazos en el lecho de roca y las rocas ‘erráticas’ arrastradas lejos de su lugar de origen, descubiertas muy lejos de los glaciares existentes. En poco tiempo se hicieron descubrimientos similares a lo largo de todo el mundo, desde Canadá hasta Chile. Se fue haciendo cada vez más evidente que hubo toda una serie de edades de hielo.
¿Qué hizo que el hielo apareciera y desapareciera? En 1864, James Croll propuso que las causas fueron los cambios en la cantidad de luz solar que llegaba a diferentes partes de la superficie terrestre, debido a las variaciones en la órbita del planeta. También sugirió que los efectos orbitales fueron amplificados por diversos mecanismos de retroalimentación, como la fusión de los reflectores de calor de nieve y hielo, y los cambios en las corrientes oceánicas.
Croll obtuvo muchos detalles erróneos, sin embargo, estaba en el camino correcto. A principios del siglo XX, el astrónomo serbio Milutin Milankovitch, concluyó que la luz del sol canicular en el hemisferio norte debió ser el factor decisivo, y se pasó años calculando minuciosamente cómo había cambiado en los últimos 600.000 años. Sus ideas no fueron aceptadas en su momento, pero en los años de 1970, los estudios de unos núcleos de sedimentos oceánicos revelaron que los avances y retrocesos de las edades de hielo, efectivamente coincidían con los «ciclos de Milankovitch«.
Sin embargo, aún quedaban muchos enigmas. Para empezar, los cambios en la luz solar eran pequeños. Incluso en caso de su amplificación, el calor solar sería absorbido por el planeta conforme el hielo y la nieve se derretían, así que, con ello resultaba difícil relatar la magnitud de los cambios globales. Es más, cuando el sol estival aumentaba en el hemisferio norte, también disminuía en el hemisferio sur. Esto ha llevó a Croll a sugerir que las glaciaciones se alternaban entre los hemisferios: cuando se congelaba el norte se descongela el sur y viceversa. Pero quedaba clara que el mundo entero se había calentado aproximadamente en la misma época.
La respuesta a este rompecabezas pareció salir en la década de 1980, cuando se extrajeron unos núcleos de hielo de la Antártida, los cuales revelaron una correlación sorprendentemente cercana entre los niveles atmosféricos de dióxido de carbono y la temperatura.
«Durante el último millón de años, podemos ver que ambos suben y bajan juntos, y también en cada edad de hielo, casi a un ritmo perfecto», señala Jeremy Shakun de la Universidad de Harvard. «Es tan hermosa la correlación como la misma naturaleza.»
Si los niveles de CO2 se había elevaron poco después de que el deshielo comenzara en el norte, eso explicaría por qué el hemisferio sur comenzó a calentarse demasiado. También serviría de ayuda para explicar la magnitud de los cambios. Pero esta prometedora idea la desmontaba un gran problema: desde hacía una década, quedó claro que el calentamiento de la Antártida empezó unos pocos cientos de años antes de que los niveles de CO2 comenzaran a aumentar. De tal manera, mientras los sofocantes niveles de CO2 calentaban el planeta (ahora se cree que fueron los responsables de aproximadamente la mitad del calentamiento cuando la edad de hielo terminó), tampoco fueron la causa inicial. «Hubo algo que originó el calentamiento de la Antártida», indica Daniel Sigman, de la Universidad de Princeton.
El enigma del polen
Este no era el único misterio. En la década de 1930, los estudios de los sedimentos que contenían polen de la flor alpina Dryas octopetala y otras plantas, sugerían que casi tan pronto como empezó el calentamiento en Europa, de repente volvió a enfriarse de nuevo. Esta fase fría, llamada la Dryas Antigua o el ‘Intervalo misterioso’, duró desde alrededor de 17.500 años a 14.700 años atrás. Los núcleos de hielo más tarde mostró Groenlandia enfría al mismo tiempo.
No obstante, durante este período la Antártida se calentó de forma constante. «A una escala más detallada, el sur parece calentarse antes de que el norte», comenta Sigman; pero, ¿qué hacía que el hemisferio sur se calentara, aunque el hemisferio norte se enfriara? Debido a los cambios orbitales o al aumento del nivel de CO2, no podía ser, pero pudo ser debido a las cambiantes corrientes oceánicas.
Cuando las enormes capas de hielo comenzaron a derretirse hace 19.000 años, impresionantes cantidades de agua dulce se vertieron en el Atlántico Norte (ver diagrama más abajo). Los estudios de los sedimentos marinos de la costa del Mar de Irlanda, por ejemplo, muestran que el nivel del mar se elevó unos 10 metros en tan sólo unos pocos cientos de años (Science, vol 304, p 1141).
Hoy, en el Atlántico Norte, el agua salada procedente de los trópicos se enfría, se vuelve muy densa hundiéndose hasta el fondo. Estas aguas profundas y frías fluyen hacia el hemisferio sur, en tanto que el agua caliente de la superficie -incluyendo la Corriente del Golfo-, fluye hacia el norte. Este sistema de corrientes se denomina circulación termohalinadel Atlántico.
Las enormes cantidades de agua dulce que se vertieron al mar hace 19.000 años se diluyeron en el agua salada, por lo que es menos denso. El resultado fue una ralentización de la circulación de vuelta. La prueba llegó en 2004, a partir de un estudio de los sedimentos oceánicos. La ratio de dos elementos pesados, que indicaban la velocidad de la corriente profunda, mostró que la circulación de vuelta casi se había parado hace unos 17.500 años (Nature, vol 428, p 834).
La consecuencia de esto fue una especie de efecto oscilante. Cuanto menos calor llegaba al norte a través de las corrientes superficiales, tanto más se enfriaba. Las regiones tropicales y subtropicales del hemisferio sur, en cambio, comenzaban a calentarse ya que perdían menos calor que no iba hacia el norte. Esto explica muchos hallazgos desconcertantes. La desaceleración de la corriente del Atlántico, también puede ayudar a explicar por qué los niveles de CO2 aumentaron durante el gran deshielo (ver diagrama siguiente).
En la década de 1990, la búsqueda de la fuente del CO2 se centraba en el Océano Austral. Los isótopos de sedimentos oceánicos sugieren que durante la edad de hielo una enorme reserva de CO2 se estaba acumulando en las aguas profundas. Se cree que la ausencia de mezcla vertical, junto con la cubierta de hielo marino, atrapó el gas. Durante el deshielo, sin embargo, el océano lo volvió a liberar y gran parte de las emisiones de CO2 se escaparon a la atmósfera.
La confirmación llegó a principios de este año, gracias a un muy detallado análisis isotópico del CO2 atrapado en los hielos de la Antártida. «El CO2 debió haber venido de las profundidades del océano», comentó un miembro del equipo Jochen Schmitt, de la Universidad de Berna en Suiza.
El aumento de la mezcla vertical del Océano Austral está ahora ampliamente aceptado como subyacente a la liberación de CO2. En 2009, por ejemplo, Bob Anderson, del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty, en Nueva York, informó que en el Océano del Sur se ha observado un gran aumento en el crecimiento de plancton con conchas de sílice durante el Dryas Antiguo, cuando el hemisferio sur comenzó el calentamiento (Science, vol 323 , p 1443). A medida que el crecimiento de estos organismos se queda limitado por la cantidad de sílice disuelto que existe en las aguas superficiales, los aumentos deben venir de la corriente ascendente de agua rica en sílice y otros nutrientes.
Pero, ¿qué los causa? Hay dos ideas. Sigman apunta a que la Antártida empezó el calentamiento casi al mismo tiempo que las aguas del sur del ecuador. Por sí misma, el cierre de la corriente atlántica sólo habría calentado las aguas de las zonas tropicales, no las lejanas de la Antártida. En 2007, su equipo propuso que cuando el transportador Atlántico cerró, fue sustituido por una circulación de vuelta local de las aguas que rodean la Antártida. Estas densas aguas superficiales se hundieron y las aguas profundas se llenaron, liberando calor y CO2. «Eso explicaría tanto el calentamiento de la Antártida como el aumento de CO2», dice Sigman.
Anderson y sus colegas, sin embargo, piensan que el aumento de ascenso del agua fue impulsado por los cambios en los vientos. La Tierra tiene distintas bandas de vientos prevalentes, dirigidos por las diferencias de temperatura entre los polos y los trópicos, junto con la rotación del planeta. Sus posiciones pueden cambiar cuando cambian las diferencias de temperatura.
Durante la edad de hielo, la banda de vientos del oeste del hemisferio sur, que los marineros llaman los cuarenta rugientes debido a su latitud, estarían más al norte. El efecto oscilante se desplazó hacia el sur, sobre el Océano Antártico, calentando la Antártida y entremezclándose con el mar de todo el continente helado. En particular, la corriente circular impulsada por el viento provocaría más el ascenso en la región menos profunda, entre América del Sur y la Antártida.
Aunque los detalles están aún en debate, el panorama ahora parece claro. «Todavía hay un cierto desacuerdo acerca de los procesos que ocurren en la Antártida, como la finalización de la última edad de hielo», señala Anderson. «Pero al menos las características más generales están bien aceptadas.»
A principios de este año, Shakun y sus colegas se unieron para revelar muchas de estas líneas de investigación con un análisis de 80 diferentes registros de la temperatura y la composición de la atmósfera, recogidas de los últimos 22.000 años (Nature, vol 484, p 49). Su trabajo al menos confirma la secuencia de acontecimientos que pusieron fin a la edad de hielo, a saber:
Alrededor de hace 20.000 años, las capas de hielo norteñas se habían extendido tan al sur que sólo un pequeño aumento en la luz solar producía una extensa fusión. Conforme el agua dulce se vertía en el Atlántico Norte, la circulación de vuelta se fue cerrando, enfriando el hemisferio norte, pero calentando el hemisferio sur. Estos cambios se debieron principalmente a una redistribución del calor, hace unos 17.500 años, la temperatura media global había aumentado sólo un 0,3 °C.
El cambio de vientos o corrientes, o ambas a la vez, trajeron entonces el agua más profunda a la superficie del Océano Austral, y es liberó el CO2 que habían quedado atrapado desde hace miles de años. Dado que los niveles atmosféricos subían por encima de 190 partes por millón, todo el planeta comenzó a calentarse. El lejano norte fue el más lento en responder; sin embargo, hace alrededor de 15.000 años, cuando los niveles de CO2 se acercaron a 240 ppm, y la circulación atlántica de vuelta se aceleró de nuevo, las temperaturas comenzaron a dispararse. La recuperación de la circulación del vuelta tuvo el efecto contrario en el hemisferio sur: el calentamiento se estancó y se detuvo la liberación de CO2.
Hará unos 12.900 años, el efecto oscilante volvió de nuevo. Las temperaturas de las latitudes del norte se desplomaron repentinamente y se enfriaron durante unos 1.300 años. Esta ola de frío, denominada Dryas Reciente, se cree que fue causada por un colosal lago de agua derretida en América del Norte, que tenía más agua que todos los Grandes Lagos juntos, que inundaron de repente el Atlántico cerrando una vez más la circulación del vuelta.
El océano austral, por su parte, comenzó a liberar CO2 de nuevo. Los niveles de la atmósfera se dispararon a 260 ppm, haciendo que el planeta se calentara rápidamente en los siguientes milenios. Hace unos 10.000 años, la Tierra ya se había transformado. El hielo se había retirado, el mar se había levantado y nuestros antepasados aprendían a cultivar.
Técnicamente, sin embargo, la edad de hielo en realidad no había terminado. El hielo avanzó y retrocedió varias veces en los últimos millones de años, pero un poco de hielo siempre se ha mantenido en los polos. Tal vez no por mucho tiempo. Tan sólo necesitó un pequeño aumento de la luz del sol y un gradual aumento de 70 ppm de CO2 para derretir las grandes capas de hielo que una vez cubrieron Eurasia y América. Desde los albores de la era industrial, los niveles se han ido incrementado en 130 ppm y continúa haciéndolo. Si aún no ha bombeado suficiente CO2 a la atmósfera para derretir las capas de hielo en Groenlandia y la Antártida, no tardará muho.
Afortunadamente para nosotros, aún puede tardar miles de años el que las últimas grandes capas de hielo desaparezcan por completo. Si esto ocurre, quizás un día alguien en la Antártida se encuentre agujeros enormes en el lecho de roca, tallados por el agua del deshielo, y reflexionen sobre alguna otra transformación dramática del planeta.
– Imagen 1) BBC 2) Fin edad de hielo y 3) Temperaturas edad de hielo. Las dos últimas de NewScientist.com
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