Françoise Clementi

Historia de la Tierra y de su clima

El clima de la tierra depende de multiples factores. En este artículo del blog se da un repaso a los grandes cambios climáticos sufridos por la Tierra desde su formación hasta hoy y sus posibles causas. La historia del clima puede dar unas pistas sobre el cambio climático que sufre actualmente el planeta.
fuente: https://sites.google.com/site/matematicabasicadejulio/1-modulo-1-1

(fuente imagen)

El clima de la Tierra ha sufrido grandes variaciones a lo largo del tiempo y son numerosos los factores que inciden en él.

Los paleoclimatólogos disponen hoy en día de varias técnicas e instrumentos para averiguar como era la Tierra hace millones de años y aunque les resulta más difícil determinar con exactitud los datos de los periodos más alejados en el tiempo, existe un cierto consenso sobre los distintos cambios sufridos por el planeta Tierra desde su formación hace unos 4.500 millones de años (Ma) hasta ahora.

Factores que modulan el clima del planeta

  • el sol
    • desde sus orígenes la radiación del sol va creciendo y aumenta un 10 % cada 10 millones de años.
    • la órbita del sistema solar con respecto al centro de la Galaxia se ha considerado como un probable mecanismo externo que cambia el clima (un año galáctico se estima que dura 303 millones de años).
    • se investiga si existe una correlación entre los periodos de tiempo en los que desaparecen prácticamente las manchas solares debido a una disminución del magnetismo solar y el enfriamiento del clima terrestre.
  • los parámetros orbitales de la tierra
    • son los Ciclos de Milankovitch que podrían causar cambios en el clima debido a:
      • los cambios en la órbita terrestre alrededor del Sol.
      • los cambios de inclinación del eje de rotación que fluctúa entre 22 y 24.5º.
      • la oscilación del eje de la Tierra.
  • la composición de la atmósfera
    • la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera:
      • la concentración de CO2 en la atmósfera ha cambiado, desde las 7.000 partes por millón (ppm) hace aproximadamente 500 millones de años hasta las 180 ppm durante las glaciaciones de los últimos dos millones de años presentando episodios de aumento y descenso continuos.
        • la concentración del CO2 que era de 280 ppm a mitad del siglo XVIII, alcanza actualmente 408 ppm.
    • la quema de combustibles fósiles, las erupciones volcánicas, los incendios forestales son las principales fuentes de emisiones de CO2.
    • el CO2 es capturado por los océanos y por la vegetación debido al proceso de fotosíntesis teniendo en cuenta que:
      • cuanto más cálidos estén los océanos, menos CO2 absorben.
      • un clima demasiado cálido también debilita los árboles y el proceso de fotosíntesis.
  • las corrientes oceánicas:
    • las corrientes oceánicas superficiales mueven las aguas desde el ecuador hasta los polos, llevando aguas cálidas a zonas más frías, y viceversa llevan aguas frías de los polos a zonas más cálidas.
    • estos intercambios contribuyen a mantener el equilibrio térmico del planeta.
  • la deriva de los continentes (tectónica de placas).
    • cuando los continentes chocan, la actividad volcánica aumenta.
    • la formación de supercontinentes y su posterior dislocación modifican las corrientes oceánicas.
    • desde la creación de la Tierra se piensa que han podido formarse unos supercontinentes cada 500 millones de años.
  • La expansión de los bosques
    • tienden a enfriar el clima.
  • las inversiones magnéticas
    • cuando se produce una inversión magnética, el campo magnético terrestre que sirve de escudo protector de la Tierra contra las radiaciones cósmicas se va debilitando durante siglos, lo cual puede afectar al clima, a la capa de ozono y a la biosfera.
    • la última inversión se produjo hace unos 42.000 años.

Múltiples factores que interactúan entre ellos son los que determinan el clima de la Tierra y cualquier previsión a futuro resulta bastante azarosa.

Historia del clima

El planeta Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y durante unos 500 millones de años (Ma), la Tierra era una masa incandescente con cráteres volcánicos y una atmósfera sulfurosa.

Hitos relevantes

  • – 4.000 Ma.
    • se formaron océanos debido al agua procedente de asteroides, cometas y protoplanetas.
    • aparecen las primeras cortezas continentales.
    • el sol era entonces débil pero el calor de la tierra y los gases de efecto invernadero en concentración elevada mantuvieron el agua en estado líquido.
  • – 3.500 Ma.
    • se formó el campo magnético de la Tierra que es un escudo protector de la atmósfera.
    • unos primeros organismos unicelulares desarrollaron un proceso de fotosíntesis generando oxígeno.
  • – 3. 000 Ma.
    • la interacción del oxigeno (O2) con la radiación UV produjo la formación de la capa de ozono (O3) que protege la tierra de las radiaciones UV y empezó el desarrollo de la vida en el planeta.
  • – 2.400 Ma.
    • se produce una 1ª gran glaciación, denominada Huroniana.
      • son varias las hipótesis sobre sus causas:
        • el aumento del oxígeno originado por las bacterias primitivas (microorganismos fotosintéticos) pudo producir la ruptura del equilibrio de los gases de efecto invernadero en la atmósfera.
        • el impacto de un meteorito.
        • la Tierra pudo atravesar una densa nube interestelar de polvo cósmico.
    • esta glaciación duró unos 300 millones de años y es posible que la tierra se haya cubierto completamente de hielo formando una «bola de nieve» provocando la extinción masiva de los seres vivos anaerobios.
    • la actividad volcánica y el aumento de gases de efecto invernadero desencadenaron el final de esta glaciación.
  • – 2.100 Ma.
    • aparecen los primeros indicios de organismos pluricelulares.
    • se inicia un periodo de calentamiento que se mantendrá durante 1,5 Ma.
    • decrece la radioactividad de la Tierra.
  • 2.000 Ma.
    • formación del supercontinente «Colombia«
      • la expulsión de nuevos materiales del manto terrestre por debajo de la corteza oceánica provoca el desplazamiento lento pero constante de los continentes, los cuales se van acercando y separando en unos procesos que pueden durar hasta 500 Ma (deriva continental).
      • Estos cambios periódicos producen cambios en el clima:
        • al modificar el trayecto de las corrientes oceánicas.
        • al provocar la formación de montañas cuando chocan entre ellas las placas tectónicas
  • – 1.500 Ma.
    • aparecen las primeras células eucariotas.
    • empieza a fracturarse el supercontinente Colombia.
    • pudo producirse una era glacial (-1.200 Ma).
  • – 1.100 Ma.
    • calentamiento del clima e inicio de vida multicelular.
    • formación del supercontinente «Rodinia» que reunía gran parte de la tierra emergida del planeta en el hemisferio sur.
    • Rodinia habría sido completamente estéril.

Rodinia

fuente imagen: https://supercurioso.com/rodinia/
  • – 800 Ma.
    • se fractura Rodinia debido a movimientos magmáticos de la corteza terrestre acompañados por una fuerte actividad volcánica.
    • la «ruptura del supercontinente Rodinia facilitó un aumento de las precipitaciones y la meteorización rápida de las rocas volcánicas, reduciendo los niveles de gases de efecto invernadero suficientemente para que se inicie una glaciación. El aumento de la actividad volcánica también introdujo en el medio marino nutrientes biológicamente activos, que pueden haber jugado un papel importante en el desarrollo de los primeros animales marinos.
  • – 700 Ma.
    • segunda gran glaciación, o bola blanca, con el ecuador cubierto de hielo (glaciación del Criogénico).
  • – 600 Ma.
    • se produce un calentamiento debido a partículas y CO2 procedentes de erupciones volcánicas intensas.
    • sube la concentración de CO2.
    • presencia de seres unicelulares en el mar.
    • posible formación del supercontinente Pannotia:

  • – 540 Ma.
    • aumenta el número de organismos multicelulares (explosión cámbrica).
    • la concentración del CO2 en la atmósfera pudo haber alcanzado los 7.000 ppm.
    • Pannotia empieza a dislocarse en 4 continentes provocando un aumento del nivel del mar y cambios en el clima.
  • – 440 Ma.
    • 3ª gran glaciación que dura 40 Ma (Andina-Sahariana).
      • la Amazonia y África se encontraban cubiertas de hielo.
      • se produce la 1ª extinción masiva (80% fauna marina), quizás debida al descenso del nivel del mar por la glaciación y la falta de oxígeno.
  • – 420 Ma.
    • empieza la era de los peces y de algunos vertebrados.
    • la tierra se hizo más verde.
  • – 400 Ma.
    • los continentes se encuentran en el sur con escasa vegetación.
  • – 370 Ma.
    • se produce la 2ª extinción masiva (Devónica).
      • el 80 % de las especies acuáticas desaparece.
      • se desconocen las causas exactas.
  • – 350 Ma.
    • empieza el periodo del Carbonífero.
    • se forman grandes bosques de árboles gigantes.
    • durante este periodo la concentración del CO2 en la atmósfera baja de los 1.500 ppm hasta 350 ppm, una concentración muy similar a las actuales. El clima se enfría progresivamente.
    • los árboles quedaron sepultados enterrando el carbono.
      • una biomasa enorme de plantas fue enterrada. se explica esta gran concentración por la incapacidad entonces de las bacterias y hongos a descomponer la lignina y la celulosa, componentes de la madera.
      • fue el origen de la formación del carbón.
    • el nivel de oxígeno es entonces del 35 %.
    • al final del periodo empieza la 4ª gran glaciación (Kairo).
    • las temperaturas medias globales en el período Carbonífero temprano eran cálidas (≃ 20º)
    • pero el enfriamiento a mitad del Carbonífero redujo la temperatura media global a una similar a la actual.
    • Como en el cuaternario actual, se produjeron alternancias de periodos glaciares y cálidos.
  • – 310 Ma.
    • formación del supercontinente Pangea
      • una gran parte de las tierras se encuentran en el hemisferio sur,
      • es el supercontinente que fue el origen de la actual estructura continental tras la dislocación que se realizó en varias etapas.

Pangea


fuente: redhistoria.com
  • – 250 Ma.
    • un vulcanismo enorme durante 5 Ma causó la presencia de partículas tóxicas en la atmósfera (azufre) provocando lluvias ácidas y falta de oxígeno en la atmósfera.
    • formación del suelo oceánico
    • debido a este vulcanismo intenso se produce la 3ª extinción masiva, una crisis biológica con desaparición de animales marinos (84%) y terrestres (70%).
  • – 240 Ma.
    • durante 30 Ma, el clima se mantiene cálido y árido en el interior de Pangea.
      • sube el nivel del mar.
      • sin hielo en los polos.
    • aparecen los dinosaurios.
  • – 210 Ma.
    • la progresiva ruptura de Pangea provoca un clima global más húmedo que permanecerá durante unos 60 Ma.
    • los mares y océanos perdieron profundidad y ganaron extensión.
      • el nivel del mar sube.
      • la temperatura global es más cálida.
  • – 200 Ma (inicio periodo Jurásico).
    • 4ª extinción producida por un fuerte vulcanismo.
      • cambios en la composición atmosférica, asociados con lluvias ácidas.
      • 52 % de la especies acuáticas desaparecen por la acidificación de los océanos.
      • solo quedaron los crocodilomorfos, los pterosaurios y los dinosaurios.
  • – 180 Ma.
    • el clima húmedo y cálido dio lugar a una exuberante vegetación y una abundante vida.
    • emerge una gran cantidad de nuevos dinosaurios.
  • – 145 Ma.
    • empieza el periodo Cretácico con un clima similar al anterior.
    • la temperatura global se encuentra entre los 6 y 12º C (la actual está en torno a 15º C).
    • la vida terrestre se diversifica.
    • se forman grandes yacimientos de carbón.
    • en el mar de Tetis, el micro-plancton fue el origen de los yacimientos de petróleo.
  • – 65 Ma.
    • inicio de la era Cenozoica – época del Paleoceno.
    • el porcentaje de CO2 baja.
    • se enfría el clima.
    • baja el nivel del mar.
    • se produce la 5ª extinción masiva y las tres cuartas partes de las especies de plantas y animales de la Tierra desaparecen.
      • está extinción pudo ser provocada por el impacto de un asteroide en el Golfo de México y por unas intensas erupciones volcánicas que abarcaron una extensión de 500.000 km2 en el centro oeste de la India.
  • – 56 Ma (época del Eoceno).
    • clima tropical.
    • surgen las plantas modernas
    • mamíferos grandes (osos, hipopótamos, …).
    • la temperatura del agua oceánica era de unos 12º C.
  • – 55 Ma.
    • por la deriva de los continentes se juntan África, India y Arabia.
    • los gases procedentes de las erupciones volcánicas producen un calentamiento del clima.
      • máximo térmico global.
        • la temperatura media terrestre aumentó en 6º C,
        • aumento del nivel del mar
        • calentamiento de los océanos​
        • mayor concentración de CO2 en la atmósfera (1.000 ppm).
        • extinción marina por falta de oxigeno en el agua.
      • existencia de bosques en los polos.
    • los continentes adquieren el formato actual
    • se forman unas cadenas montañosas las cuales absorben el CO2 debido al proceso de meteorización.
    • la temperatura inicia un descenso al final de esta época.
  • – 34 Ma (época del Oligoceno).
    • se produce un enfriamiento progresivo por procesos naturales.
    • ocurre la 5ª glaciación.
      • causas:
        • separación Antártico de Australia y Patagonia y creación de una corriente oceánica circular en el antártico.
      • la temperatura del agua oceánica baja a 6º C.
      • los bosques tropicales están en regresión.
    • aparición de las primeras plantas herbáceas con flores.
    • surgen nuevos mamíferos.
  • – 23 Ma (Mioceno temprano).
    • el clima es relativamente cálido.
  • – 16 Ma / -10Ma (Mioceno medio).
    • enfriamiento con aparicion de masas de hielo en la Antártida.
    • la temperatura media del planeta descendió unos 12ºC.
    • clima moderado
    • espacios abiertos y secos en África.
    • nuevas familias de mamíferos y aves.
      • rinocerontes, gatos, camellos, caballos, grandes simios.
    • Los hominídos colonizan el suelo de bosques y selvas y consumen semillas, tubérculos y raíces.
  • – 5 Ma (Plioceno).
    • clima cálido
      • temperatura 3º C superior a las actuales.
      • incremento del CO2 a 400 ppm.
      • subida del nivel del mar (+ 30 m sobre cota actual).
      • temperatura de los océanos más alta que ahora (2 o 3º C).
      • desecación del Mediterráneo por acumulación de sal.
      • hielo en el polo norte y bosques de hayas en el polo sur.
    • algunos periodos de enfriamiento.
    • aumenta la aridez en vastas regiones de Asia y África.
  • – 3 Ma (final Plioceno).
    • clima frío y seco.
    • aparece la especie Homo australopithecus, el posible antepasado del género Homo.
    • aparecen varios géneros de los mamíferos y los moluscos recientes.
    • se forma el istmo de Panamá, provocando el Gran Intercambio Americano de animales entre el Norte y el Sur.
    • las sabanas se extienden por todo el mundo, los desiertos en el este de Asia y se inicia la desertificación del Sahara.
  • – 2,5 – 0,1 Ma (Pleistoceno).
    • inicio del periodo cuaternario
      • gran inestabilidad climática
      • glaciación en el hemisferio norte
      • megafauna: mamuts, leones cavernarios, rinocerontes lanudos, renos, caballos.
      • ciclos climáticos de 40.000 años (periodo de variación de la oblicuidad de la Tierra).
  • – 0,8 Ma.
    • empieza la edad de hielo
      • período de alternancia glacial-interglaciar de unos 100 000 años, que se corresponde con los cambios en la excentricidad e inclinación orbitales.
      • esta alternancia sigue hasta la fecha con intervalos de periodos interglaciares de unos 30.000 años de duración y glaciares de 70.000.
    • presencia del Homo habilis.
  • – 0,1 Ma.
    • empezó hace aproximadamente hace cien mil años la glaciación de Würm.
    • durante este periodo se producen diferentes variaciones entre adelanto y retroceso de los glaciares.
    • El punto máximo de esta glaciación fue hace aproximadamente dieciocho mil años.
      • los hielos llegaron hasta los trópicos.
      • al reducirse el nivel del mar muchas zonas quedaron unidas y facilitaron desplazamientos de poblaciones
        • América del Sur con la Tierra de Fuego.
        • Japón con Corea.
        • el estrecho de Bering era transitable
        • Escandinavia y parte de Gran Bretaña estaban cubiertas de hielo.
    • al final del Pleistoceno se produce una extinción de grandes mamíferos (mamuts) y de especies humanas de Homo sapiens (Neandertal).
  • – 12.000 años / actualidad (Holoceno).
    • clima actual caracterizado por su estabilidad.
    • surge la civilización humana.
    • 10 % de la Tierra está cubierto de hielo.
  • – 450 -150 años.
    • hubo una pequeña Edad de hielo entre los años 1550 y 1850 en el hemisferio norte.
      • posibles causas:
        • a lo largo de la pequeña edad de hielo, el mundo experimenta una actividad volcánica elevada con emisión importante de partículas y de gas SO2. Cuando este gas alcanza la estratosfera, se convierte en partículas de ácido sulfúrico que reflejan los rayos del sol, reduciendo la cantidad de radiación que alcanza la superficie de la tierra.
        • otra hipótesis relacionaba este enfriamiento con una casi desaparición de las manchas solares durante parte del periodo que se acabó descartando.
  • – 150 años.
    • revolución industrial
    • aumento progresivo del CO2
    • aumento de la población en la Tierra
  • hoy (año 2022).
    • la concentracion de CO2 de 400 ppm es la más alta de los últimos 20.000 años.
    • aumento de las temperaturas:
      • temperatura media global de la Tierra: 15º C.
        • 6º C menos que hace 55 Ma.
      • temperatura superficial media de los océanos: 17º C
      • derretimiento de hielos en montañas y polos.
    • inicio de la 6ª extinción de especies debida a la actividad humana.

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