La historia del clima

En mi indagación personal sobre el tema del Cambio Climático he intentado aprender algo sobre el pasado del clima, desde el principio de la Tierra hasta el presente. Como resultado he escrito este texto. Es un resumen donde trato de mostrar una panorámica de la evolución del clima terrestre y de las causas de los cambios que ha habido.

En 1837 el suizo Louis Agassiz presentó un trabajo de campo en los Alpes y demostró que hubo épocas pasadas en que los hielos, los glaciares, se extendieron mucho más allá de su ubicación actual, épocas que se llamaron glaciaciones. Agassiz no había sido el primero en postular esa teoría. Después se descubrió que una gran placa de hielo que ocupaba el Norte de Europa se había llegado a extender hasta el Norte de Alemania, alcanzando la zona que hoy ocupa Berlín. También en Norteamérica se localizaron las huellas de otro casquete de hielo que llegó hasta el territorio de la actual ciudad de Nueva York.

Muchos habrán visto huellas glaciares, como las que hay en el Pirineo, se trata de valles en forma de U, de morrenas frontales o laterales, de rocas estriadas o aborregadas, de grandes bloques de roca aislados, de lagos,... También hay huellas indirectas de los glaciares, son las terrazas fluvioglaciares.

Los glaciares de valle de los Pirineos, en su vertiente sur, cubrieron varias decenas de kilómetros, finalizando, en la mayor parte de los casos, entre 700 y 900 m de altitud, con espesores de hielo cercanos a los 500 m, excepcionalmente 900 m en las cubetas de sobreexcavación.

Como en otros fenómenos de la historia natural, en el caso de las glaciaciones las pruebas están ahí, visibles y abundantes, pero hizo falta una observación adecuada y un estudio riguroso para interpretarlas, por eso menciono al ilustre Louis Agassiz.

Las huellas glaciares son uno de los indicadores de la evolución del clima terrestre. Con el tiempo se han estudiado otros muchos, como por ejemplo los sondeos de los hielos, bien sea de la Antártida, de Groenlandia o de montañas tropicales, los sondeos de sedimentos del fondo marino, el estudio de los anillos de los árboles, los documentos escritos, y desde finales del siglo XVIII las medidas instrumentales de las variables meteorológicas.

Con todo ello se ha desarrollado la Paleoclimatología, la ciencia que estudia el clima de otras épocas. Según Wikipedia, la enciclopedia libre de Internet, versión en inglés, la Paleoclimatología es el estudio del cambio climático durante toda la historia de la Tierra.

Hoy en día conocemos bastante de la evolución de las temperaturas, de las precipitaciones y de otras variables climatológicas, aunque quedan bastantes incertidumbres, lo mismo que ocurre respecto a las causas de esas variaciones.

El variable clima terrestre

Nota: utilizo el término era glacial para referirme a una época de millones de años durante la cual hay una disminución de la temperatura global de la Tierra y en alguno de los polos o en ambos se forman casquetes continentales de hielo. Periodos glaciales son periodos más fríos durante las eras glaciales, y periodos interglaciales son periodos más cálidos durante ella. El término glaciación lo uso en ambos sentidos, como era y como periodo glacial. (A veces se utiliza el término edad de hielo, que dejo para la película infantil).

La edad de la Tierra es de unos 4500 millones de años (Ma), la vida apareció en ella hace unos 3800 Ma, y los homínidos hace unos 4 Ma.

La Tierra primitiva tardó unos 700 Ma en moderar sus altas temperaturas, debidas al intenso bombardeo de meteoritos y a la elevada radiactividad inicial. Después, a pesar de que el Sol le enviaba una energía menor, algo más de un 20 % menos que hoy en día, las temperaturas en la Tierra fueron relativamente altas, es de suponer que por el efecto invernadero de una atmósfera con una concentración elevada de CO2, producido por el vulcanismo. Además, a partir de hace unos 3500 Ma hubo también una elevada concentración atmosférica de metano, debido a la acción masiva de bacterias productoras de metano, lo cual contribuyó a ese elevado efecto invernadero de la Tierra joven.

Después la Tierra ha pasado al menos por cinco eras glaciales, épocas de temperaturas bajas y formación de casquetes de hielo en los polos (Figura 1). La primera fue hace entre 2700 y 2300 millones de años, es la llamada Glaciación Huroniana, y se supone que pudo ser producida por diferentes factores, como el aumento de tamaño de los continentes y la disminución del CH4 atmosférico al reaccionar con el O2 producido por las bacterias fotosintéticas. La segunda era glacial se produjo hace entre 750 y 580 millones de años, al final de Precámbrico, afectó a casi todo el planeta y sus causas son discutidas. La tercera sucedió en el Ordovícico, hace 450 Ma, duró sólo 20 Ma, de ella hay huellas en el Sáhara, su causa fue la situación del supercontinente Gondwana en el Polo Sur, y produjo una gran extinción masiva de los seres vivos.

La cuarta era glacial fue hace entre 350 y 250 Ma en los periodos Carbonífero y Pérmico, de ella hay huellas en Sudamérica, Sudáfrica, Australia,..., ya que el supercontinente de Gondwana se fue desplazando sobre el Polo Sur. Entre sus causas está la reducción del CO2 atmosférico por la formación de carbón y de carbonatos y la disminución del vulcanismo. En ella hubo avances y retrocesos de los hielos, como en el Cuaternario, pero de mayor duración. Hubo más de 40 periodos glaciares y los correspondientes interglaciares.

En la actualidad la Tierra está en una era glacial, con un continente permanentemente helado: la Antártida. Esta era comenzó a gestarse hace unos 34 Ma, cuando la Antártida se separó de Sudamérica y se formó la fría Corriente Marina Circumpolar Antártica, que aisló el continente de la influencia de otras corrientes marinas más cálidas. Después comenzó a acumularse el hielo, en un proceso discontinuo, probablemente la Antártida estuvo descongelada entre hace unos 22 Ma y hace unos 13 Ma.

Según Jhon C. Crowell ha habido más eras glaciales y de mayor duración. De cualquier forma, desde hace millones de años estamos dentro de una de ellas.

También hubo en la historia de la Tierra épocas en que las temperaturas medias fueron notablemente más altas, por ejemplo en el Paleozoico Inferior, entre 600 y 430 Ma. Las temperaturas globales medias de unos 22ºC permitieron un gran desarrollo de las especies de seres vivos que se conoce como la Explosión Cámbrica. Más adelante, en el Cretácico, la época de los dinosaurios, se estima que la temperatura global media de la superficie terrestre pudo alcanzar valores entre 20 y 24ºC, frente a los 15ºC que tenemos hoy en día. Esta diferencia fue mayor en las latitudes medias y altas, donde las aguas oceánicas estaban entre 10 y 20ºC más cálidas que ahora.

Se considera que las épocas cálidas han estado asociadas a emisiones volcánicas masivas y la consiguiente elevación de la concentración atmosférica de CO2, a la formación de supercontinentes con clima continental, o a altos niveles de metano en el aire, debido a la abundancia de pantanos o por la liberación de metano de los fondos oceánicos.

En cuanto a las precipitaciones, se piensa que en general han sido mayores a escala mundial en los periodos cálidos, por la mayor evaporación y la mayor capacidad de la atmósfera para almacenar y transportar humedad. Por el contrario, en las glaciaciones hubo más aridez y aumentaron las zonas de tundra y los desiertos.

Hace entre 3 y 2,5 Ma se acentuó el enfriamiento. Desde entonces se suceden periodos glaciales en que se forman casquetes de hielo en Norteamérica y en el Norte de Eurasia, y periodos interglaciales en que esos mantos desaparecen. La oscilación térmica de los ciclos glaciales ha ido aumentando, sobre todo en el último millón de años. La periodicidad ha ido variando desde 40.000 años hace 2,5 Ma a 80.000-120.000 años a partir de hace 600.000 años.

Así pues, en los últimos 400.000 años ha habido cuatro periodos glaciales (Figura 2), separados por periodos cálidos de unos 10.000 años llamados interglaciales. Ahora estamos en un interglacial.

Hace 125.000 años empezó el anterior periodo interglacial, el Eemiense, y hace 115.000 años la última glaciación, llamada Würm o Wiscosin. Durante ella hubo periodos de enfriamiento progresivo, que acabaron con episodios de suelta masiva de icebergs al océano Atlántico, los episodios Heinrich. Luego había periodos de calentamiento brusco. Del análisis de los sondeos de hielo de Groenlandia se pueden distinguir más de veinte de estos calentamientos abruptos, en unas decenas de años, durante el último periodo glacial. En el Último Máximo Glacial, hace 18.000 años, las aguas de los océanos estaban unos 120 metros más bajas que ahora y los casquetes de hielo cubrían buena parte de Norteamérica y el Norte de Eurasia. Las precipitaciones fueron en general menores, hubo un avance de los desiertos y un retroceso de las zonas boscosas.

Hace 18000 años (figura 3) comenzaron a ascender las temperaturas. Hace unos 12500 años hubo un periodo de enfriamiento que duró unos mil años, el Younger Dryas. Tras el posterior calentamiento, hace 11500 años, las temperaturas han variado poco, fueron un poco más cálidas hace entre 6000 y 4500 años, el llamado Máximo del Holoceno, y luego fueron descendiendo ligeramente. Después de 800 d.C., en el llamado Periodo Cálido Medieval los vikingos llegaron a colonizar algunas costas de Groenlandia. La Pequeña Edad del Hielo fue un enfriamiento que tuvo lugar entre los años 1550 y 1850 aproximadamente. En el siglo XX ha habido unas décadas iniciales de calentamiento, luego ha habido otras de enfriamiento, entre 1940 y 1970, y las últimas han sido de notable calentamiento, así el año 1998 fue el más cálido del siglo XX.

La gráfica de temperaturas globales del último milenio que presenta el Informe del IPCC (El Panel Internacional del Cambio Climático) del año 2001, llamada Gráfica de Mann o el “Palo de Hockey” probablemente no es muy acertada, ya que no recoge suficientemente las variaciones que hubo en el Periodo Cálido Medieval y en La Pequeña Edad de Hielo. A este error le han hincado el diente los críticos al Calentamiento Global. Al parecer, el IPCC está estudiando este tema con cuidado con vistas a su próximo informe.

Las causas de los cambios climáticos

La tectónica de placas, o sea la dinámica de las placas de la litosfera debida a la convección en el manto terrestre, influye en la aparición de casquetes polares y las correspondientes eras glaciales de dos formas. La primera es por la ubicación de un continente en alguno de los polos, donde puede irse acumulando nieve que se transforma en hielo y llega a formar un casquete polar de kilómetros de grosor. La otra situación tectónica favorable es la ubicación de masas continentales en la zona tropical que impiden una fuerte corriente oceánica ecuatorial, entonces las corrientes marinas forman circuitos que llevan agua cálida hacia altas latitudes, donde la evaporación aumenta y el aire cargado de humedad permite unas precipitaciones suficientes de nieve, necesarias para la formación del casquete polar. Por ejemplo hace 3,5 millones de años se cerró el Istmo de Panamá, impidiéndose la corriente que había entre los océanos Atlántico y Pacífico. A partir de entonces aumentó la Corriente del Golfo, que se dirige desde el Caribe hacia el Atlántico Norte, permitiendo el aporte de humedad que favoreció la formación de casquetes polares en el Hemisferio Norte.

Además, la tectónica de placas hace posible y regula el ciclo geoquímico del carbono. Cuando aumenta la actividad tectónica, es mayor el vulcanismo y la emisión de CO2, con el consiguiente calentamiento del clima. La elevación de cordilleras puede ser causa de enfriamiento del clima, además de alterar la circulación atmosférica, ya que al haber más tierras elevadas hay una mayor erosión de las rocas, el agua de lluvia lleva CO2 disuelto que reacciona con los minerales y como consecuencia disminuye el CO2 atmosférico.

Las variaciones orbitales de la Tierra, debidas a la atracción gravitatoria de los otros planetas, estarían asociadas a la aparición de los periodos glaciales, los últimos han sucedido aproximadamente cada 100.000 años. Son los llamados Ciclos de Milankovitch. Hay tres tipos de variaciones: de la inclinación del eje de rotación de la Tierra, con un periodo 41.000 años, la precesión de los equinoccios, o giro del eje de rotación, con un periodo de 23.000 años y la variación de la excentricidad de la órbita (que se hace más o menos elíptica) con un periodo de unos 100.000 años. El resultado es la variación de la insolación que reciben las diversas latitudes del planeta. Milankovitch consideró que lo más decisivo en el comienzo de un periodo glacial era un mínimo de insolación en las latitudes altas del Hemisferio Norte durante el verano, lo cual impediría que se fundiese toda la nieve caída en el invierno anterior, que se iría acumulando en forma de hielo. Como el hielo refleja en mayor medida los rayos solares, se dice que tiene mayor albedo, el enfriamiento se reforzaría.

Así pues, en una primera mirada a la historia del clima de la Tierra es tentador adoptar una visión cíclica, relacionando las eras glaciales de millones de años con las fases de la tectónica de placas de formación de supercontinentes y su posterior fragmentación, y asociando los periodos glaciales de miles de años que se suceden dentro de las eras glaciales con las variaciones de la órbita terrestre cuyos periodos son conocidos.

Pero las cosas son algo más complejas. En un enfoque más evolutivo hay que considerar la variación del propio Sol, que ha aumentado su intensidad alrededor de un 30 % en 4500 millones de años. También hay que tener en cuenta la evolución de la vida, la vegetación ha modificado el albedo terrestre y los seres vivos han cambiado la composición de la atmósfera, interviniendo además en la regulación de los niveles de CO2 y CH4 atmosféricos.

Ha podido haber épocas de gran aumento del CO2 atmosférico y consiguiente efecto invernadero por vulcanismo masivo. También ha podido haber grandes aumentos de la concentración de metano en la atmósfera, ya sea por el aumento de zonas pantanosas o por liberación de metano de los fondos marinos, de los llamados hidratos de metano. Se sabe también que las caídas de grandes meteoritos producen oscurecimiento del cielo y consiguiente enfriamiento, pero son episodios de corta duración.

Se sabe del importante papel de la circulación oceánica termohalina, que transporta aguas frías del Atlántico Norte y Sur al resto de los océanos por los fondos oceánicos. La Corriente del Golfo lleva agua muy salada que al enfriarse cerca del Ártico se hunde y desciende por el fondo del Atlántico llegando hasta los océanos Índico y Pacífico, donde las aguas emergen. Según Wallace Broecker, el sistema climático en su configuración actual tiene dos modos de funcionamiento: el interglacial y el glacial, en el modo interglacial la corriente termohalina funciona como la conocemos hoy en día, y en el glacial está reducida o alterada. Esa corriente tiene un periodo de unos mil años, podría tener su propia dinámica o verse afectada por aportes masivos de agua dulce de menor densidad en latitudes altas, lo cual disminuiría el hundimiento de las aguas. La alteración de la corriente termohalina pudo ser la causa del episodio de enfriamiento llamado El Joven Dryas, hace 12500 años.

La variación del número de manchas solares y por tanto de la radiación solar se relaciona con las variaciones de temperatura del último milenio. Cuando aumentan las manchas solares aumentan también las fáculas, que son estructuras más pequeñas y numerosas, y que aparecen más brillantes que el resto de la superficie solar. El efecto global es un muy ligero aumento de la radiación emitida por el Sol. El número de manchas solares varía en ciclos de unos 11 años, con una variación del 0,1 % de la irradiancia solar. Es mayor la variación de la actividad solar en periodos mayores e irregulares, de entre 80 y 200 años, estas variaciones afectan al clima. Así, por ejemplo la Pequeña Edad del Hielo se asocia al Mínimo de Maunder: durante la segunda mitad del siglo XVIII se observaron muy pocas manchas solares. Al final de la Pequeña Edad de Hielo hubo el Mínimo de Dalton, fue a principios del siglo XIX y duró unos 30 años. Durante el resto del siglo XIX hubo un ligero ascenso de la actividad solar, un pequeño descenso a principios del siglo XX y posteriormente ha ido en aumento hasta ahora.

Por último, parece ser que el incremento de los gases invernadero debido a la actividad humana está empezando a alterar el clima.

Mirando al futuro

Ya es frecuente leer, y yo comparto, que con la emisión creciente de gases invernadero a la atmósfera, la humanidad ha puesto en marcha un experimento planetario de resultados inciertos, los cuales nos afectarán a nosotros y a buena parte del resto de los seres vivos.

En esta situación, el estudio de la Paleoclimatología adquiere una mayor relevancia, para que nos pueda ayudar a prever qué va a pasar y tal vez nos dé argumentos para reducir las emisiones.

Ninguna situación anterior es igual a la actual, pero del estudio de otros periodos se puede obtener una mejor comprensión del sistema climático. Además, la aplicación a situaciones del pasado de los modelos climáticos, desarrollados para calcular el alcance del Cambio Climático actual, puede ayudar a mejorarlos, ya que los resultados se pueden comparar con los registros existentes del clima.

Anotaré algunos puntos sobre los que, a mí entender, la investigación paleoclimática podría incidir, para dar alguna luz sobre nuestro futuro próximo:

- La comparación entre los ritmos de los cambios actuales y los ocurridos en los últimos cientos o miles de años. - La investigación sobre los periodos cálidos más próximos: el Periodo Cálido Medieval, el Máximo del Holoceno y el Periodo Interglacial Eemiense. - La frecuencia e intensidad de fenómenos meteorológicos extremos en otras épocas. - La dinámica de la circulación oceánica termohalina. - Los cambios abruptos del clima. - El conocimiento de posibles “puntos débiles” del sistema (zonas inestables de la Antártida, depósitos de hidratos de metano,...). - Y la relación entre los cambios climáticos y las extinciones masivas de especies de seres vivos en el pasado.

Bibliografía

- “Historia del clima de la Tierra”. Antón Uriarte. Servicio Central de Publicaciones del Gobierno Vasco. Vitoria 2003. - “Cambios climáticos. Una aproximación al Sistema Tierra”. Javier Martín Chivelet. Ediciones Libertarias. Madrid 1999.

Páginas web

- http://wdc.cricyt.edu.ar/paleo/es/primer.html Introducción a la Paleoclimatología, en español. Página de la NOAA. Tiene enlaces. - http://earth.usc.edu/geol150 Página de Cambio Climático de la Universidad del Sur de California, con abundantes ilustraciones. En inglés. - http://ennedi.free.fr/ennedi8.html Cuando llovía en el Sáhara. En francés. - http://homepage.mac.com/uriarte/ Página de Antón Uriarte, similar a su libro.