teorías para las causas de glaciaciones.

GLACIACIONES Y SUS
CAUSAS
Cedomir Marangunic, Ph. D.
TEMAS DE LA SESIÓN
™ LAS GRANDES GLACIACIONES EN LA HISTORIA DE LA TIERRA.
™ POSIBLES CAUSAS QUE LAS ORIGINARON.
VARIACION DEL GLACIAR
SAN RAFAEL, 1905 – 2006
(5’ lat = 9215 m)
BLOQUES ERRATICOS EN UNA MORRENA DE LA PAMPA MAGALLANICA
VARIACION DEL GLACIAR RINCONADA OESTE,
ANDES DEL CENTRO DE CHILE
Superficie del glaciar en 1955 = 548.590 m2
Superficie del glaciar en 2009 = 467.695 m2
Reducción de superficie 1955 – 2009: natural = 15%
Al 2009 se convirtió en glaciar de roca.
SISTEMAS DE MORRENAS EN LA PAMPA MAGALLANICA
EL RETROCEO DE LOS GLACIARES Y GLACIACIONES
™ La gran mayoría de los glaciares en el mundo, se encuentran en un
proceso de retroceso con reducción de su masa y volumen, lo que
en términos glaciológicos se denomina “balance de masa negativo”.
™ El proceso de retroceso de los glaciares se conoce desde más de
dos siglos.
™ La disminución de masa se está produciendo, de manera
intermitente, desde el ápice de la última glaciación del Cuaternario,
ocurrido aproximadamente 18.000 años atrás (21.000 a 15.000).
™ La disminución de masa ocurre como respuesta de los glaciares a
cambios climáticos globales debidos a causas naturales, a las
cuales se adicionan causas antrópicas significativas en el último
siglo.
¿COMO SE RECONSTRUYE EL CLIMA?
™Anillos de los árboles: espesor y número.
™Testigos (núcleos) de hielo extraídos con sondajes desde glaciares.
™Sedimentos oceánicos: según la relación oxígeno 16 – oxígeno 18
que se encuentra en la columna de organismos muertos.
™Dataciones con carbono 14 de material orgánico.
™Muestras de polen encontradas en depósitos de fondo lacustre y en
los basurales de ratas de bosques o de desierto (packrat middens).
™Variaciones en el espesor de la película de barniz desértico (de
arcillas y otros) que cubre las rocas que se encuentra en regiones
áridas.
™Variaciones presentes en los depósitos de turberas.
™El registro de rocas sedimentarias.
Formación de la Tierra aprox. 4,5 mil millones de años atrás.
LAS EDADES DE HIELO EN LA TIERRA.
Las principales edades frías
en la Tierra, identificadas
según depósitos glaciales
(tilitas, varves, bloques
erráticos) y estrías glaciales
en el basamento rocoso.
ot
r
P
La altura de las barras indica,
la intensidad de los períodos
glaciales (son más bien
especulaciones para las
glaciaciones entre 2,2 y 2,4
mil millones de años atrás).
Durante la glaciación “Bola
de Nieve”, los océanos se
congelaron casi íntegramente
durante 200 millones de
años.
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En el Pleistoceno (último
millón de años) ocurrieron
cuatro edades de hielo.
( 1 billon de años = mil millones)
Miles de millones de años antes del presente
EVIDENCIAS DE LAS GLACIACIONES EN EL PASADO.
™ Dos glaciaciones en el Precámbrico (o Proterozoico Temprano); presencia de
tilitas, varves, estrías, en la formación Gowganda (Lago Huron) de 2,5 a 2,0 M
millones de años
™ ”Bola de nieve”, tilitas 800-750 millones de años en formaciones de todos los
continentes excepto Antártica. Evolución de plantas con clorofila (algas azul
verdosas); producen fotosíntesis y oxígeno libre a partir de CO2, y ozono que
refleja la radiación solar en onda corta.
™ Tilitas de 400-300 millones de años (Permo-Carbonífero, Gondwana) – Africa en
el Polo Sur, amplias tilitas.
™ Débil evidencia para glaciación en el Devónico.
™ Glaciaciones del Cuaternario, el último millón de años.
EXTENSIÓN DE LA GLACIACIÓN PERMO-CARBONÍFERA.
Durante la glaciación Permo-Carbonífera, las masas terrestres de la Tierra estaban unidas
formando el supercontinente Pangea, que se muestra visto desde el Polo Sur hacia
latitudes mayores. Los actuales continentes sureños – África, Australia y Sur América
(incluida India) – estaban agrupados juntos con la Antártica cerca del Polo Sur, en una
masa terrestre denominada Gondwana. La sábana de hielo se extendió hacia el Norte, a lo
menos hasta la latitud de 40º Sur. MacDougall, 2003.
VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LAS AGUAS
OCEÁNICAS ¿Y DE LA TIERRA?, EN LOS ULTIMOS 60
MILLONES DE AÑOS.
Mas alta
Temperatura
Gráfico basado en análisis
de isótopos del oxígeno en
fósiles de sedimentos
marinos profundos. Ha
habido un gradual descenso
de temperatura desde
aproximadamente 55
millones de años atrás, con
una especialmente brusca
caída entre los 40 y 35
millones de años atrás y,
nuevamente, en los últimos
millones de años cuando
comenzaron las
glaciaciones en la Antártica
y en el hemisferio Norte.
Mas baja
Tiempo en millones de años
VARIACIÓN DE LA TEMPERATURA DE LAS AGUAS
OCEÁNICAS ¿Y DE LA TIERRA?, EN LOS ULTIMOS 60
MILLONES DE AÑOS.
Mirando este gráfico, si bien las
tendencias recientes del
clima son razones para
preocuparnos, en particular
por las evidencias que
señalan a los humanos
como responsables de parte
de
ellas,
el
“cambio
climático” no es un concepto
nuevo para la Tierra.
Temperatura
Mas alta
Según la figura aún estamos en
una era glacial, y han
existido
eras
de
temperaturas mucho más
cálidas que las que nos
preocupan actualmente.
Mas baja
Tiempo en millones de años
LAS GLACIACIONES DEL
CUATERNARIO:
Extensión de la cubierta de
hielo durante las
glaciaciones del último
millón de años
EL SISTEMA CUATERNARIO
™ Es el ápice de la secuencia de eventos en la historia de la Tierra.
™ Incluye lo que ocurre hoy en día. Permite entender el pasado geológico.
™ Abarca grandes cambios climáticos.
™ Los cambios climáticos, por causa y efecto, se relacionan con:
- Aparición y desaparición de grandes masas de hielo,
- Cambios de suelos helados a temperados y viceversa,
- Fluctuaciones en el nivel de lagos y mares,
- Modificaciones en la circulación atmosférica y oceánica,
- Alteraciones en la posición de los ríos,
- Subsidencias y elevaciones de terrenos (asociadas a masas de hielo),
- Importantes cambios ecológicos.
EL CUATERNARIO
El Cuaternario se caracteriza por la aparición sobre la superficie de la Tierra de las
grandes sábanas de hielo, y la influencia de estas masas de hielo en todos los
ecosistemas. Este conocimiento se adquirió paulatinamente mediante los aportes de
varios científicos, entre los que cabe mencionar, como hitos de la historia del
Cuaternario, los siguientes:
™ RESPECTO
A LA EVOLUCION DE ORGANISMOS,
Desnoyers (1829): El Cuaternario son los estratos de la cuenca de Paris.
sobrepuestos a estratos Terciarios (de Primario, Secundario y Terciario).
Lyell (1830): Creó la época Reciente (hoy Holoceno), desde la presencia del hombre.
Reboul (1833): El Cuaternario son los estratos con fósiles de especies vivientes.
Lyell (1839): Aplicó el término Pleistoceno a estratos con más de 70% de especies
vivientes. Dividió efectivamente el Cuaternario en Pleistoceno y Reciente.
Haug (1907): Señaló que la base del Pleistoceno es la base del Cuaternario; aparecen
en Europa el Elephas y el Equus.
™ RESPECTO A CAMBIOS CLIMATICOS:
o Forbes (1849): Pleistoceno = Época Glacial.
o Morlot (1856): Subdividió el Pleistoceno en dos épocas glaciales.
o Se comenzó a subdividir el Pleistoceno, y el Cuaternario, en unidades glaciales y
no-glaciales.
o Penck y Bruckner (1909): Las glaciaciones europeas son 4 – Gunz, Mindel, Riss y
Würm (la más nueva)
o Luego, en Norte America, también 4 glaciaciones – Nebraskan, Kansan, lllinoian y
Wisconsin (la más nueva).
TEORÍAS PARA LAS CAUSAS DE GLACIACIONES.
A.
DISTRIBUCIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR.
1)
Deriva de los polos (Wegener, 1900). Glaciares se forman cuando las áreas polares son
tierra (desconocía el polo Norte).
2)
Precesión de los equinoccios (Croll, 1868). Ocurre en ciclos de 21.000 (19.000 a 23.000)
años. Hoy, veranos en hemisferio Sur coinciden con mayor cercanía al sol.
Invierno
X
Verano
hemisferio Sur hoy
3)
Oblicuidad de la eclíptica (Croll, 1868). Hoy inclinación del eje terrestre con respecto al sol
es de 23º1/2, cambia +/- 2º1/2 cada 40.000 años. Inviernos más fríos cuanto más grande es
la inclinación.
23º1/2
4)
Eccentricidad de la órbita terrestre alrededor del sol. Varía en ciclos de 98.000-102.000
años. Más elíptica .... estaciones más marcadas .... inviernos más fríos.
5)
Teoría astronómica (Milankovic, 1930). Combinación de precesión, oblicuidad y
eccentricidad.
TEORÍAS PARA LAS CAUSAS DE GLACIACIONES.
B. VARIACIONES DE LA ENERGÍA SOLAR.
B.1. EMISIÓN VARIABLE DESDE EL SOL.
1)
Enfriamiento del sol (circa 1790) gradual en 5 billones de años, desde la
creación “instantánea”.
2)
Enfriamiento de la Tierra (circa 1800). El calor heredado del sol se disipa
lentamente. Condiciones glaciales aparecen tras 3 billones de años.
3)
Fluctuación de la constante solar (Abbott, 1920). 1,94 cal/min/cm2 cambia
entre 0,5 y 3%. Produce 2º a 4º de cambios de temperatura en la Tierra.
4)
Variaciones cíclicas de las manchas solares (Willett, 1950), en ciclos de 11,
43 y 263 años. Se correlaciona en fase con fluctuaciones climáticas cada
124.399 años.
TEORÍAS PARA LAS CAUSAS DE GLACIACIONES.
B.2. BLOQUEO DE LA ENERGIA SOLAR POR MATERIA EN EL ESPACIO.
5)
Nubes opacas (“hoyos”) en la galaxia son cortinas de polvo cósmico
(Menzel, 1945).
6)
Dióxido de carbono (Chamberlin, 1890). Permite el paso de la radiación
solar, pero atrapa la radiación infrarojo emitida por la Tierra. Varía hasta
20x en lugares y tiempo. Frío cuanto más bajo el CO2.
7)
Vapor de agua. Abundante y variable (0,2 a 2 % de la atmósfera). Atrapa el
rojo e infrarojo emitido por la Tierra. Menos frío cuanto más abundante.
8)
Polvo volcánico (Humphreys, 1925). Erupciones originan nubes de polvo
en la estratósfera, por 2 o más años, que absorben principalmente el
ultravioleta solar. Más frío, hasta 5ºC.
9)
Tormentas (Huntington, 1910). Mas calor intensifica el cinturón de
tormentas .... produce 10% más de nubes .... reduce 6º la temperatura.
10) Nubosidad (Simpson, 1925). Más calor .... mayor circulación y evaporación
.... más nubosidad. Frío y húmedo inicial, luego cálido y húmedo.
11) Ozono. Absorbe principalmente la energía de onda corta (solar).
TEORÍAS PARA LAS CAUSAS DE GLACIACIONES.
C.
EFECTOS TOPOGRÁFICOS DE EVENTOS DIASTRÓFICOS.
C.1. CONFIGURACIÓN DE TIERRAS Y MARES.
1)
Deriva Continental (Wegener, 1900). Gondwana .... un gran continente, gran glaciación
antigua, en un centro polar.
2)
Continentalidad (Brooks, 1930). Mares extensos, veranos más fríos.
3)
Deriva oceánica (Ewing y Donn, 1954). Mar polar abierto .... humedad y nieve sobre
continente .... nivel del mar baja .... circulación oceánica se interrumpe (entre Noruega y
Groenlandia) .... se forma hielo en el polo Norte. Luego, glaciares no se nutren .... retroceso
glaciar.
4)
Circulación oceánica profunda (Salisbury, 1890). Evaporación ecuatorial .... corrientes
cálidas densas descendentes .... circulan al Norte .... polos más cálidos y ecuador más frío.
Opuesto hoy en día.
5)
Deriva de la corteza terrestre (Hapgood). Tierras y montañas en los polos causa
glaciaciones. Desbalance eccéntrico de casquete fuerza la corteza a nueva posición ....
deglaciación.
6)
Extensión de la plataforma de hielo de la Antártica. Si son chicas .... humedad y nieve en el
interior continental .... crecen. Si son grandes .... interior continental seco .... glaciares
retroceden.
TEORÍAS PARA LAS CAUSAS DE GLACIACIONES.
C.
EFECTOS TOPOGRÁFICOS DE EVENTOS DIASTRÓFICOS.
C.2. ELEVACIÓN DE MONTAÑAS.
7)
Episodios aperiódicos de formación de montañas. Aumenta la precipitación orográfica, se
inician glaciares de montaña .... más frío provoca glaciación.
8)
Elevaciones continentales cíclicas (Landes, 1950). En una tierra en contracción océanos
más profundos y continentes más elevados .... glaciaciones. Colapso de continentes ....
reducción de cotas ... deglaciación.
TEORÍA DE MILANKOVIC,
EL MOTOR DE LAS GLACIACIONES
Actualmente se acepta a la Teoría de Milankovic como el motor
principal de las glaciaciones, influyendo en el origen de otros
procesos importantes como la mayor, o menor, presencia de CO2,
metano y vapor de agua en la atmósfera y en la circulación
oceánica profunda. También se acepta como importante para el
inicio de una glaciación la presencia de una masa continental, y
montañas, en una posición polar.
La teoría de Milankovic se basa en las variaciones cíclicas de tres
parámetros:
™ La eccentricidad de la orbita terrestre,
™ La pr4cesión de los eccinocios,
™ La oblicuidad de la eclíptica.
ECCENTRICIDAD DE LA ORBITA TERRESTRE.
L
La órbita de la tierra alrededor del sol varía desde un círculo casi exacto (eccentricidad =
0,0005) a una forma ligeramente elongada (eccentricidad = 0,0607); actualmente es 0,016.
Ocurre en un ciclo de 98.000 años. El perihelio (más cerca del sol, 142.700.000 km) se
produce aprox. El 3 Enero, el aphelio (151.800.000 km) aprox. 4 Julio; la insolación
aumenta 6,4 % de Julio a Enero.
La eccentricidad influye en las diferencias estacionales: si el hemisferio está más próximo
al sol en invierno, el invierno es menos severo. Si está más próximo en verano, este es
más cálido.
ECCENTRICIDAD = 0
ECCENTRICIDAD = 0,5
OTROS DATOS DE INTERÉS DE LA ORBITA TERRESTRE.
La distancia Sol-Tierra es 1 U.A. (una Unidad Astronómica es igual a la
distancia promedia entre el Sol y la Tierra, es decir, 149.675.000 km).
Como resultado de ese larguísimo camino, la Tierra marcha por el espacio a
la velocidad de 29,5 kilómetros por segundo, recorriendo en una hora 106.000
kilómetros, o 2.544.000 kilómetros cada día.
LA PRECESIÓN DE LOS EQUINOCCIOS.
La precesión es el cambio en la orientación (o dirección) del eje de rotación de la tierra.
™
Es causada por un balanceo del eje terrestre. Al ser la Tierra un elipsoide de forma irregular
aplastado por los polos, la atracción gravitacional del Sol y de la Luna sobre el
ensanchamiento ecuatorial provocan una especie de lentísimo balanceo en la Tierra durante su
movimiento de traslación.
™
El eje de los polos terrestres va describiendo un cono de 47º de abertura cuyo vértice está en el
centro de la Tierra. Este movimiento puede compararse con el balanceo de un trompo que, al
girar su eje, oscila lentamente mientras se traslada por el espacio.
™
El cambio en la dirección del eje modifica las fechas del perihelio y el afelio, lo que incrementa
los contrastes de estaciones en un hemisferio, y los reduce en el otro. Hoy la Tierra está más
cerca del sol en el verano del hemisferio Sur.
Una vuelta
precesión
años.
completa de
toma 25.767
OBLICUIDAD.
Es la variación de la inclinación del eje terrestre con respecto al plano orbital. La
inclinación varía entre 22,1° y 24,5° (promedio 23,5°, Kautman, 2002). La oblicuidad
cambia en un ciclo de aprox. 40.000 años. Mayor inclinación significa estaciones
más marcadas (veranos más cálidos e inviernos más fríos), y viceversa. Veranos
fríos pueden incrementar la acumulación de nieve en altas latitudes. Actualmente
el movimiento de los trópicos hacia el ecuador y de los círculos polares hacia los
polos es de 1,4 km/siglo, mintras que la oblicidad disminuye aprox. 120 cm/siglo.
Variación en la oblicuidad axial
LA TEORÍA DE MILANKOVIC.
Empleando las tres variables orbitales Milankovic formuló un modelo matemático que calculó
diferencias latitudinales en la insolación y las correspondientes temperaturas para
600.000 años antes de 1800 (gráfico de más abajo).
Su teoría concluye que las sábanas polares varían en tamaño como respuesta a la insolación
en altas latitudes; empleó la latitud de 65°N para desarrllar el modelo. La teoría sufrió en
la década 1940-1950 por desajustes entre dataciones con Carbono-14 que mostraban un
retardo del enfriamiento con respecto a la insolación, y con avances glaciales de alta
frecuencia. La teoría renació en la década de 1960 y hoy tiene amplia aceptación.
Gráfico
de
variaciones
orbitales
para
300.000
años,
calculadas
por
Berger y Loutre (1991).
LOS CICLOS DE MILANKOVIC Y LAS GLACIACIOONES
DEL CUATERNARIO.
Los ciclos de Milankovic se estima tienen un efecto en el clima de la Tierra. En la
figura de abajo, la variable “solar forcing” (aprox. Insolación) combina los ciclos
de precesión, oblicuidad y eccentricidad, y muestra un sincronismo con los picos
de estadios glaciales.
LAS GLACIACIONES DEL CUATERNARIO.
Si bien la variación de la temperatura con un enfriamiento de los océanos se
inició cerca de 55 millones de años atrás, el enfriamiento que condujo a las
glaciaciones del Cuaternario comenzó cerca de 2,5 millones de años atrás
siendo más evidente en las regiones polares. Pero, la formación en cuatro
oportunidades durante el Cuaternario de las grandes sábanas de hielo se
produjo en poco más del último millón de años, y son las glaciaciones
denominadas inicialmente en Europa como: Wurm, Riss, Mindel y Gunz. En
Estados Unidos de Norte América estas cuatro glaciaciones se denominan,
de la más reciente a la más antigua:
™Interglacial presente (la situación actual)
™Glaciación Wisconsin (se inició hace aprox. 120.000 años y persistió hasta el
Holoceno) - Wurm
™Interglacial Sangamon
™Glaciación Illinoian - Riss
™Interglacial Yarmouth
™Glaciación Kansan - Mindel
™Interglacial Aftonian
™Glaciación Nebraskan - Gunz
Cambio de clima en los últimos
tres millones de años de la Tierra y
las cuatro glaciaciones del
Cuaternario.
FIN
GLACIACIONES Y CAUSAS
GLACIOLOGO TIPICO GOZANDO DE LA MONTAÑA