Glaciación cuaternaria

La glaciación cuaternaria, también conocida como glaciación del Pleistoceno, es una serie alterna de períodos glaciales e interglaciares durante el período Cuaternario que comenzó hace 2,58 Ma (hace millones de años) y está en curso. Aunque los geólogos describen todo este período hasta el presente como una "edad de hielo", en la cultura popular este término suele referirse al período glacial más reciente, o a la época del Pleistoceno en general. Dado que la Tierra todavía tiene capas de hielo polares, los geólogos consideran que la glaciación cuaternaria está en curso, aunque actualmente se encuentra en un período interglacial.

Durante la glaciación Cuaternaria, aparecieron capas de hielo que se expandieron durante los períodos glaciales y se contrajeron durante los períodos interglaciares. Desde el final del último período glacial, sólo han sobrevivido las capas de hielo de la Antártida y Groenlandia, mientras que otras capas formadas durante los períodos glaciales, como la capa de hielo Laurentide, se han derretido por completo.

Los principales efectos de la glaciación cuaternaria han sido la erosión continental de la tierra y la deposición de material; la modificación de los sistemas fluviales; la formación de millones de lagos, incluido el desarrollo de lagos pluviales alejados de los márgenes del hielo; cambios en el nivel del mar; el ajuste isostático de la corteza terrestre; inundación; y vientos anormales. Las capas de hielo, al aumentar el albedo (la proporción de energía radiante solar reflejada desde la Tierra hacia el espacio), generaron una retroalimentación significativa para enfriar aún más el clima. Estos efectos han dado forma a los entornos terrestres y oceánicos y a las comunidades biológicas.

Mucho antes de la glaciación cuaternaria, el hielo terrestre apareció y luego desapareció durante al menos otras cuatro edades de hielo. La glaciación Cuaternaria puede considerarse parte de una Edad de Hielo del Cenozoico Tardío que comenzó hace 33,9 Ma y continúa.

Descubrimiento

La evidencia de la glaciación cuaternaria se entendió por primera vez en los siglos XVIII y XIX como parte de la revolución científica. Durante el último siglo, extensas observaciones de campo han proporcionado evidencia de que los glaciares continentales cubrían gran parte de Europa, América del Norte y Siberia. Después de muchos años de trabajo de campo, cientos de geólogos compilaron mapas de características glaciares que mapearon la ubicación y orientación de drumlins, eskers, morrenas, estrías y canales de corrientes glaciares para revelar la extensión de las capas de hielo, la dirección de su flujo y los sistemas de canales de agua de deshielo. También permitieron a los científicos descifrar una historia de múltiples avances y retrocesos del hielo. Incluso antes de que se aceptara generalmente la teoría de la glaciación mundial, muchos observadores reconocieron que se había producido más de un avance y retroceso del hielo.

Descripción

Para los geólogos, una edad de hielo se define por la presencia de grandes cantidades de hielo terrestre. Antes de la glaciación Cuaternaria, el hielo terrestre se formó durante al menos cuatro períodos geológicos anteriores: el Paleozoico tardío (360–260 Ma), el Andino-Sahariano (450–420 Ma), el Criogénico (720–635 Ma) y el Huroniano (2.400 Ma). –2.100 Ma).

Durante la edad de hielo del Cuaternario, también hubo fluctuaciones periódicas en el volumen total de hielo terrestre, el nivel del mar y las temperaturas globales. Durante los episodios más fríos (denominados períodos glaciales o glaciales), grandes capas de hielo de al menos 4 km (2,5 millas) de espesor en su máximo cubrieron partes de Europa, América del Norte y Siberia. Los intervalos cálidos más cortos entre glaciares, cuando los glaciares continentales retrocedieron, se denominan interglaciales. Esto se evidencia en los perfiles del suelo enterrado, los lechos de turba y los depósitos de lagos y arroyos que separan los depósitos no clasificados ni estratificados de escombros glaciales.

Inicialmente, la duración del ciclo glacial/interglacial era de unos 41.000 años, pero después de la Transición del Pleistoceno Medio, aproximadamente 1 Ma, se desaceleró a unos 100.000 años, como lo demuestran más claramente los núcleos de hielo de los últimos 800.000 años y los núcleos de sedimentos marinos de el período anterior. Durante los últimos 740.000 años ha habido ocho ciclos glaciales.

Todo el período Cuaternario, que comenzó hace 2,58 Ma, se conoce como edad de hielo porque al menos una gran capa de hielo permanente, la capa de hielo de la Antártida, ha existido continuamente. Existe incertidumbre sobre qué parte de Groenlandia estuvo cubierta por hielo durante cada interglacial. Actualmente, la Tierra se encuentra en un período interglacial, la época del Holoceno comenzó hace 15.000 a 10.000 años; esto ha provocado que las capas de hielo del Último Período Glacial se derritan lentamente. Los glaciares restantes, que ahora ocupan alrededor del 10% de la superficie terrestre del mundo, cubren Groenlandia, la Antártida y algunas regiones montañosas. Durante los períodos glaciales, el sistema hidrológico actual (es decir, interglacial) quedó completamente interrumpido en grandes zonas del mundo y se modificó considerablemente en otras. El volumen de hielo en tierra resultó en un nivel del mar unos 120 metros (394 pies) más bajo que el actual.

Causas

La historia de glaciación de la Tierra es producto de la variabilidad interna del sistema climático de la Tierra (por ejemplo, corrientes oceánicas, ciclo del carbono), que interactúa con el forzamiento externo. por fenómenos fuera del sistema climático (por ejemplo, cambios en la órbita de la Tierra, vulcanismo y cambios en la producción solar).

Ciclos astronómicos

El papel de los cambios orbitales de la Tierra en el control del clima fue propuesto por primera vez por James Croll a finales del siglo XIX. Posteriormente, el geofísico serbio Milutin Milanković elaboró la teoría y calculó que estas irregularidades en la órbita terrestre podrían provocar los ciclos climáticos hoy conocidos como ciclos de Milankovitch. Son el resultado del comportamiento aditivo de varios tipos de cambios cíclicos en las propiedades orbitales de la Tierra.

En primer lugar, los cambios en la excentricidad orbital de la Tierra ocurren en un ciclo de aproximadamente 100.000 años. En segundo lugar, la inclinación o inclinación del eje de la Tierra varía entre 22° y 24,5° en un ciclo de 41.000 años de duración. La inclinación del eje de la Tierra es responsable de las estaciones; cuanto mayor es la inclinación, mayor es el contraste entre las temperaturas de verano e invierno. En tercer lugar, la precesión de los equinoccios, o oscilaciones del eje de rotación de la Tierra, tiene una periodicidad de 26.000 años. Según la teoría de Milankovitch, estos factores provocan un enfriamiento periódico de la Tierra, y la parte más fría del ciclo ocurre aproximadamente cada 40.000 años. El principal efecto de los ciclos de Milankovitch es cambiar el contraste entre las estaciones, no la cantidad anual de calor solar que recibe la Tierra. El resultado es que el hielo se derrite menos que el que se acumula, y los glaciares se acumulan.

Milankovitch desarrolló las ideas de los ciclos climáticos en las décadas de 1920 y 1930, pero no fue hasta la década de 1970 que se elaboró una cronología suficientemente larga y detallada de los cambios de temperatura del Cuaternario para probar la teoría adecuadamente. Los estudios de núcleos de aguas profundas y sus fósiles indican que la fluctuación del clima durante los últimos cientos de miles de años es notablemente cercana a la predicha por Milankovitch.

Composición atmosférica

Una teoría sostiene que la disminución del CO2 atmosférico, un importante gas de efecto invernadero, inició la tendencia de enfriamiento a largo plazo que finalmente condujo a la formación de capas de hielo continentales en el Ártico. . La evidencia geológica indica una disminución de más del 90% del CO atmosférico₂ desde mediados de la Era Mesozoica. Un análisis de las reconstrucciones de CO₂ a partir de registros de alquenonas muestra que CO₂ en la atmósfera disminuyó antes y durante la glaciación antártica, y sustenta una sustancial CO₂ disminuye como causa principal de la glaciación antártica. La disminución de los niveles de dióxido de carbono durante el Plioceno tardío puede haber contribuido sustancialmente al enfriamiento global y al inicio de la glaciación en el hemisferio norte. Esta disminución en las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico puede deberse a la disminución de la ventilación de las aguas profundas del Océano Austral.

de CO₂ también juegan un papel importante en las transiciones entre interglaciales y glaciales. Los contenidos altos de CO₂ corresponden a períodos interglaciares cálidos, y los bajos de CO₂ a períodos glaciales. Sin embargo, los estudios indican que CO
₂ puede no ser la causa principal de las transiciones interglaciar-glacial, sino que actúa como una retroalimentación. La explicación para esto observó CO
₂ variación "sigue siendo una difícil problema de atribución".

Tectónica de placas y corrientes oceánicas

Un componente importante en el desarrollo de las edades de hielo a largo plazo son las posiciones de los continentes. Estos pueden controlar la circulación de los océanos y la atmósfera, afectando la forma en que las corrientes oceánicas transportan el calor a latitudes altas. Durante la mayor parte del tiempo geológico, el Polo Norte parece haber estado en un océano amplio y abierto que permitía que las principales corrientes oceánicas se movieran sin cesar. Las aguas ecuatoriales fluyeron hacia las regiones polares, calentándolas. Esto produjo climas suaves y uniformes que persistieron durante la mayor parte del tiempo geológico.

Pero durante la Era Cenozoica, las grandes placas continentales de América del Norte y América del Sur se desplazaron hacia el oeste desde la Placa Euroasiática. Esto se entrelazó con el desarrollo del Océano Atlántico, que corre de norte a sur, con el Polo Norte en la pequeña cuenca del Océano Ártico, casi sin salida al mar. El Pasaje de Drake se abrió hace 33,9 millones de años (la transición Eoceno-Oligoceno), separando la Antártida de América del Sur. La Corriente Circumpolar Antártica podría entonces fluir a través de ella, aislando la Antártida de las aguas cálidas y provocando la formación de sus enormes capas de hielo. El debilitamiento de la Corriente del Atlántico Norte (NAC) hace alrededor de 3,65 a 3,5 millones de años resultó en un enfriamiento y refrescamiento del Océano Ártico, fomentando el desarrollo del hielo marino del Ártico y precondicionando la formación de glaciares continentales más adelante en el Plioceno. Se ha citado un recambio de quistes de dinoflagelados en el este del Atlántico Norte de aproximadamente ~2,60 Ma, durante MIS 104, como evidencia de que el NAC se desplazó significativamente hacia el sur en ese momento, provocando un enfriamiento abrupto del Mar del Norte y el noroeste de Europa al reducir el transporte de calor. a aguas de alta latitud del Atlántico Norte. El istmo de Panamá se desarrolló en un margen de placa convergente hace unos 2,6 millones de años y separó aún más la circulación oceánica, cerrando el último estrecho, fuera de las regiones polares, que había conectado los océanos Pacífico y Atlántico. Esto aumentó el transporte de sal y calor hacia los polos, fortaleciendo la circulación termohalina del Atlántico norte, que suministró suficiente humedad a las latitudes árticas para iniciar la glaciación del norte. Sin embargo, las simulaciones del modelo sugieren una reducción del volumen de hielo debido a una mayor ablación en el borde de la capa de hielo en condiciones más cálidas.

Colapso de El Niño permanente

Existió un estado permanente de El Niño a principios y mediados del Plioceno. Las temperaturas más cálidas en el Pacífico ecuatorial oriental provocaron un aumento del efecto invernadero del vapor de agua y redujeron el área cubierta por estratos altamente reflectantes, disminuyendo así el albedo del planeta. La propagación del efecto de El Niño a través de ondas planetarias puede haber calentado la región polar y retrasado el inicio de la glaciación en el hemisferio norte. Por lo tanto, la aparición de agua superficial fría en el Pacífico ecuatorial oriental hace unos 3 millones de años puede haber contribuido al enfriamiento global y modificado la respuesta del clima global a los ciclos de Milankovitch.

El ascenso de las montañas

Se cree que la elevación de la superficie continental, a menudo como formación de montañas, contribuyó a provocar la glaciación cuaternaria. El movimiento gradual de la mayor parte de las masas terrestres de la Tierra lejos de los trópicos, además de la mayor formación de montañas en el Cenozoico tardío, significó más tierra a gran altitud y latitud, favoreciendo la formación de glaciares. Por ejemplo, la capa de hielo de Groenlandia se formó en relación con el levantamiento de las tierras altas del oeste de Groenlandia y del este de Groenlandia en dos fases, 10 y 5 Ma, respectivamente. Estas montañas constituyen márgenes continentales pasivos. Se ha especulado que el levantamiento de las Montañas Rocosas y la costa oeste de Groenlandia enfrió el clima debido a la desviación de las corrientes en chorro y al aumento de las nevadas debido a la mayor elevación de la superficie. Los modelos informáticos muestran que tal elevación habría permitido la glaciación mediante un aumento de la precipitación orográfica y el enfriamiento de las temperaturas de la superficie. Para los Andes se sabe que la Cordillera Principal se había elevado a alturas que permitieron el desarrollo de glaciares de valle hace aproximadamente 1 Ma.

Efectos

La presencia de tanto hielo en los continentes tuvo un efecto profundo en casi todos los aspectos del sistema hidrológico de la Tierra. Los más obvios son los espectaculares paisajes montañosos y otros paisajes continentales formados tanto por la erosión como por la deposición glacial en lugar de agua corriente. En un período de tiempo geológico relativamente corto se formaron paisajes completamente nuevos que cubren millones de kilómetros cuadrados. Además, las vastas masas de hielo glacial afectaron a la Tierra mucho más allá de los márgenes de los glaciares. Directa o indirectamente, los efectos de la glaciación se sintieron en todas partes del mundo.

Lagos

La glaciación cuaternaria produjo más lagos que todos los demás procesos geológicos combinados. La razón es que un glaciar continental altera por completo el sistema de drenaje preglaciar. La superficie sobre la que se movía el glaciar fue erosionada y erosionada por el hielo, dejando muchas depresiones cerradas y sin drenaje en el lecho de roca. Estas depresiones se llenaron de agua y se convirtieron en lagos.

Se formaron lagos muy grandes a lo largo de los márgenes de los glaciares. El hielo tanto en América del Norte como en Europa tenía unos 3.000 m (10.000 pies) de espesor cerca de los centros de máxima acumulación, pero se estrechaba hacia los márgenes de los glaciares. El peso del hielo provocó el hundimiento de la corteza, que fue mayor debajo de la acumulación más espesa de hielo. A medida que el hielo se derritió, el rebote de la corteza se quedó atrás, produciendo una pendiente regional hacia el hielo. Esta pendiente formó cuencas que han durado miles de años. Estas cuencas se convirtieron en lagos o fueron invadidas por el océano. El Mar Báltico y los Grandes Lagos de América del Norte se formaron principalmente de esta manera.

Se cree que los numerosos lagos del Escudo Canadiense, Suecia y Finlandia se originaron, al menos en parte, en glaciares. Erosión selectiva de lecho rocoso erosionado.

Lagos pluviales

Las condiciones climáticas que causan la glaciación tuvieron un efecto indirecto en regiones áridas y semiáridas muy alejadas de las grandes capas de hielo. El aumento de las precipitaciones que alimentaron los glaciares también aumentó la escorrentía de los principales ríos y arroyos intermitentes, lo que provocó el crecimiento y desarrollo de grandes lagos pluviales. La mayoría de los lagos pluviales se desarrollaron en regiones relativamente áridas donde normalmente no había lluvia suficiente para establecer un sistema de drenaje que condujera al mar. En cambio, la escorrentía de los arroyos fluyó hacia cuencas cerradas y formó lagos de playa. Con el aumento de las precipitaciones, los lagos de las playas se agrandaron y se desbordaron. Los lagos pluviales fueron más extensos durante los períodos glaciales. Durante las etapas interglaciales, con menos lluvias, los lagos pluviales se redujeron hasta formar pequeñas salinas.

Ajuste isostático

Los principales ajustes isostáticos de la litosfera durante la glaciación cuaternaria fueron causados por el peso del hielo, que deprimió los continentes. En Canadá, una gran zona alrededor de la Bahía de Hudson quedó deprimida por debajo del nivel (moderno) del mar, al igual que el área de Europa alrededor del Mar Báltico. La tierra se ha ido recuperando de estas depresiones desde que se derritió el hielo. Algunos de estos movimientos isostáticos provocaron grandes terremotos en Escandinavia hace unos 9.000 años. Estos terremotos son únicos porque no están asociados con la tectónica de placas.

Los estudios han demostrado que el levantamiento se ha producido en dos etapas distintas. El levantamiento inicial después de la desglaciación fue rápido (llamado "elástico") y tuvo lugar mientras se descargaba el hielo. Después de este ajuste "elástico" fase, la elevación se realiza mediante "flujo viscoso lento" por lo que la tasa disminuyó exponencialmente después de eso. Hoy en día, las tasas de elevación típicas son del orden de 1 cm por año o menos, excepto en áreas de América del Norte, especialmente Alaska, donde la tasa de elevación es de 2,54 cm por año (1 pulgada o más). En el norte de Europa, esto queda claramente demostrado por los datos GPS obtenidos por la red GPS BIFROST. Los estudios sugieren que el rebote continuará durante al menos otros 10.000 años. El levantamiento total desde el final de la desglaciación depende de la carga de hielo local y podría ser de varios cientos de metros cerca del centro de rebote.

Vientos

La presencia de hielo sobre gran parte de los continentes modificó en gran medida los patrones de circulación atmosférica. Los vientos cerca de los márgenes de los glaciares fueron fuertes y persistentes debido a la abundancia de aire denso y frío que salía de los campos de los glaciares. Estos vientos recogieron y transportaron grandes cantidades de sedimentos sueltos de grano fino arrastrados por los glaciares. Este polvo se acumuló en forma de loess (limo arrastrado por el viento), formando mantos irregulares sobre gran parte del valle del río Missouri, Europa central y el norte de China.

Las dunas de arena estaban mucho más extendidas y activas en muchas áreas durante el período Cuaternario temprano. Un buen ejemplo es la región de Sand Hills en Nebraska, que cubre un área de aproximadamente 60.000 km2 (23.166 millas cuadradas). Esta región era un campo de dunas grande y activo durante la época del Pleistoceno, pero hoy está estabilizada en gran medida por una cubierta de pasto.

Corrientes oceánicas

Los glaciares gruesos eran lo suficientemente pesados como para alcanzar el fondo del mar en varias áreas importantes, lo que bloqueó el paso del agua del océano y afectó las corrientes oceánicas. Además de estos efectos directos, también provocó efectos de retroalimentación, ya que las corrientes oceánicas contribuyen a la transferencia global de calor.

Depósitos de oro

Las morrenas y el Till depositados por los glaciares cuaternarios han contribuido a la formación de valiosos depósitos de oro. Este es el caso del extremo sur de Chile, donde la reelaboración de morrenas cuaternarias ha concentrado oro en alta mar.

Registros de glaciaciones anteriores

La glaciación ha sido un evento poco común en la historia de la Tierra, pero hay evidencia de una glaciación generalizada durante la Era Paleozoica tardía (300 a 200 Ma) y el Precámbrico tardío (es decir, la Era Neoproterozoica, 800 a 600 Ma). ). Antes de la actual edad de hielo, que comenzó hace 2 o 3 millones de años, el clima de la Tierra era típicamente templado y uniforme durante largos períodos de tiempo. Esta historia climática está implícita en los tipos de plantas y animales fósiles y en las características de los sedimentos conservados en el registro estratigráfico. Sin embargo, existen depósitos glaciales generalizados que registran varios períodos importantes de glaciación antigua en diversas partes del registro geológico. Esta evidencia sugiere importantes períodos de glaciación anteriores a la actual glaciación Cuaternaria.

Uno de los registros mejor documentados de glaciación precuaternaria, llamada Edad de Hielo Karoo, se encuentra en rocas del Paleozoico tardío en Sudáfrica, India, América del Sur, la Antártida y Australia. Las exposiciones de antiguos depósitos glaciares son numerosas en estas áreas. Existen depósitos de sedimentos glaciales aún más antiguos en todos los continentes excepto en América del Sur. Estos indican que otros dos períodos de glaciación generalizada ocurrieron durante el Precámbrico tardío, produciendo la Tierra Bola de Nieve durante el período Criogénico.

Próximo período glacial

La tendencia al calentamiento que siguió al último máximo glacial, desde hace unos 20.000 años, ha dado lugar a un aumento del nivel del mar de unos 121 metros (397 pies). Esta tendencia al calentamiento disminuyó hace unos 6.000 años y el nivel del mar se ha mantenido comparativamente estable desde el Neolítico. El actual período interglaciar (el óptimo climático del Holoceno) ha sido estable y cálido en comparación con los anteriores, que fueron interrumpidos por numerosas olas de frío que duraron cientos de años. Esta estabilidad podría haber permitido la Revolución Neolítica y, por extensión, la civilización humana.

Según los modelos orbitales, la tendencia de enfriamiento iniciada hace unos 6.000 años continuará durante otros 23.000 años. Sin embargo, ligeros cambios en los parámetros orbitales de la Tierra pueden indicar que, incluso sin ninguna contribución humana, no habrá otro período glacial durante los próximos 50.000 años. Es posible que la actual tendencia de enfriamiento se vea interrumpida por una fase interestatal (un período más cálido) en unos 60.000 años, y que el próximo máximo glacial se alcance sólo en unos 100.000 años.

Basado en estimaciones anteriores de duraciones interglaciares de aproximadamente 10.000 años, en la década de 1970 existía cierta preocupación de que el próximo período glacial fuera inminente. Sin embargo, ligeros cambios en la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor del Sol sugieren un largo período interglacial que durará unos 50.000 años más. Otros modelos, basados en variaciones periódicas de la producción solar, dan una proyección diferente del inicio del próximo período glacial dentro de unos 10.000 años. Además, ahora se considera que el impacto humano posiblemente prolongue lo que ya sería un período cálido inusualmente largo. La proyección del cronograma para el próximo máximo glacial depende crucialmente de la cantidad de CO2 en la atmósfera. Modelos que suponen un aumento de CO
₂ niveles a 750 partes por millón (ppm; los niveles actuales están en 417 ppm) han estimado la persistencia del actual período interglacial durante otros 50.000 años. Sin embargo, estudios más recientes concluyeron que la cantidad de gases que atrapan el calor emitidos a los océanos y la atmósfera de la Tierra impedirán la próxima glaciación (edad de hielo), que de otro modo comenzaría en unos 50.000 años, y probablemente más ciclos glaciales.