Un Planeta de Hielo

Durante la mayor parte de la historia de la Tierra predominaron climas cálidos, en ocasiones sin presencia de hielo en su superficie y otras veces existieron eras de hielo de cortos periodos de tiempo. Nuestros ancestros se enfrentaron a veces a climas helados, pero nada parecido a lo que generó hace millones de años: un planeta de hielo. 

En un período de tiempo conocido como el Neoproterozoico (hace 750 millones de años atrás), predominó una edad de hielo tan intensa que hasta las zonas ecuatoriales se congelaron.

La Tierra se transformó en una bola de nieve cósmica durante un largo periodo de tiempo. La temperatura alcanzó unos –50°C, transformando a nuestro planeta en una esfera helada con glaciares de unos 1000 metros de espesor que cubrían la mayor parte de su superficie.  

Varios indicadores paleoclimáticos sugieren que este período duró algunos millones de años y que durante el mismo la superficie terrestre se cubrió por completo de hielo. Si hubiéramos tenido la posibilidad de visitar la Tierra desde el espacio en aquel entonces, nos hubiéramos encontrado con una ¨Tierra Blanca¨ parecida a una bola de nieve. Esto es debido a que el planeta estuvo sometido a temperaturas extremas, las más bajas de toda su historia. De ahí el nombre de este período geológico dentro del Neoproterozoico conocido como «Criogénico».

El debate entre los científicos se centra en si realmente la glaciación de este periodo fue global o se localizó en zonas más o menos extensas, pero sin cubrir todo el planeta. Lo que parece claro es que durante ese período se sucedieron varias etapas de enfriamiento intenso que hicieron avanzar los hielos hasta lugares tropicales, es decir cercanos del ecuador, donde normalmente predominaron climas cálidos.  

Particularmente, algunos descubrimientos llamaron mucho la atención: 

• El hallazgo de grandes depósitos de «Tillita» una roca sedimentaria formada al compactarse el till glaciar (sedimento depositado directamente por glaciares) en zonas del planeta de baja latitud (zonas cercanas al ecuador) y próximas al nivel del mar a lo largo del planeta. 
• El descubrimiento de carbonatos sedimentarios de origen marino y típico de regiones tropicales, conocidos como cubiertas carbonáticas inmediatamente por encima de estos depósitos glaciales. 

Para entender el porqué del asombro sobre estos hallazgos, es necesario comprender la distribución de los glaciares a lo largo de la historia de la Tierra y en la actualidad: los glaciares que hoy se encuentran cerca del ecuador sobreviven solo a alturas superiores a los 5000 metros sobre el nivel del mar, refugiados en lo alto de las montañas. Es por este motivo que la evidencia encontrada sobre la presencia de glaciares a nivel del mar y en áreas ecuatoriales es tan sorprendente.

Por otra parte, las rocas carbonáticas se forman típicamente en mares cálidos y poco profundos como las Bahamas actuales. Lo llamativo del hallazgo es que estas capas de rocas carbonáticas parecen haberse acumulado justo después de que los glaciares retrocedieron. La pregunta que deambulaba entre los científicos y que luego pudo ser respondida gracias al trabajo de un experto en climatólogía, era la siguiente: Si la Tierra era lo suficientemente fría como para congelarse por completo, ¿Cómo logró calentarse nuevamente y tan solo en algunos cientos de años? 

Paralelamente a estos hallazgos, un grupo de físicos y climatólogos realizaban un modelo matemático del clima en la tierra. Mikhail Budyko, un climatólogo ruso, encontró una explicación para la presencia de glaciares en zonas tropicales mediante ciertas ecuaciones matemáticas que describen la forma en que la radiación solar interactúa con la superficie de la tierra y la atmósfera para controlar el clima.

Budyko descubrió que algunas superficies geográficas reflejan más la energía del sol que otras, una característica conocida como albedo. La nieve blanca refleja más la radiación solar y por ello tiene un alto albedo, mientras que el agua de mar, de color más oscuro y refleja relativamente menos, tiene un albedo bajo. En general podemos decir que la superficie terrestre tiene valores variables de albedo que dependen de los tipos y distribución de las diferentes superficies: llanuras o bosques con vegetación, desiertos o campos de hielo, entre otras causas.

Cuanta más radiación es reflejada, menor energía es absorbida y menor será la temperatura global, entonces la Tierra se vuelve más fría. Por lo que se forma más hielo y nieve, que tienen un alto albedo y enfrían la atmosfera (bajan la temperatura), y eso alimenta el ciclo, perpetuando su propia existencia. Este efecto de retroalimentación es conocido como feedback positivo del hielo-albedo, el cual actualmente ayuda a los glaciares a crecer.

Las simulaciones de Budyko además revelaron algo extraordinario: esta retroalimentación puede salirse de control cuando el hielo llega a formarse en latitudes inferiores a unos 30º hacia el Norte o hacia el Sur del ecuador, es decir en zonas donde actualmente se encuentran países como Marruecos, México, Uruguay o Sudáfrica. La presencia de hielo en estas áreas generaría un aumento desmedido del albedo ya que la luz solar golpearía una superficie más grande por grado de latitud. Los resultados de esta simulación mostraron una retroalimentación tan fuerte que las temperaturas de la superficie que predecía este modelo llegaron a ser tan bajas que como resultado tendríamos un planeta totalmente congelado.

Snowball Earth– Teoría de la Tierra como bola de nieve.

Con el desarrollo y estudio de este modelo climático cada uno de los misteriosos hallazgos comenzaron a tener sentido, y finalmente se desarrolló una teoría: la Teoría de «Tierra como bola de nieve» conocida en inglés como «Snowball Earth».

Esta teoría postula que durante la temprana edad de la Tierra se dieron ciertas condiciones favorables para el desarrollo de glaciaciones globales, gracias a varios factores concatenados, entre ellos el predominio de masas continentales en latitudes medias y bajas. Recordemos que mientras este escenario helado transcurría hace millones de años, en la superficie de la Tierra existía solo un supercontinente llamado Rodinia, ubicado en latitudes cercanas al ecuador. Esto aumentó el albedo en las regiones subtropicales, donde las nubes son menos importantes. Además, se sumó el efecto del albedo de nuevos sectores continentales ahora expuestos por causa del descenso del nivel del mar como consecuencia de la formación de grandes masas de hielo producto de la glaciación.

Por otra parte, el Ciclo del Carbono* (el termostato natural de la Tierra) se vio alterado gracias a las masas continentales presentes en regiones tropicales. Estas aumentaron la tasa de meteorización de silicatos consumiendo así mayor cantidad de dióxido de carbono (CO2), lo que también colaboraría en la disminución de la temperatura del planeta.

Estos efectos generaron una sinergia que habría producido el crecimiento de casquetes de hielo hasta el ecuador, estimulados por una retroalimentación positiva, ya que, al crecer los glaciares, aumentaría aún más el albedo y en consecuencia disminuiría más la temperatura. 

Pero nada dura para siempre… algunos científicos lograron responder lo que a otros les inquietaba: ¿Cómo logró el planeta calentarse nuevamente y de una manera tan abrupta? Aunque este proceso de enfriamiento parecería irreversible, la proporción de dióxido de carbono (CO2) tanto en la atmósfera como en los océanos se habría incrementado rápidamente. Algunos científicos afirman que la actividad volcánica logró fundir la capa de hielo que se habría formado durante la ¨Tierra Blanca¨ gracias a un poderoso efecto invernadero que fue contrarrestando la pérdida de calor fugado desde la superficie helada hacia el espacio. 

 Este aumento en la concentración de CO2 en la atmósfera habría superado un umbral crítico, y de esta manera lograría revertir el proceso de enfriamiento, provocando luego un período de deglaciación.

Esto es evidenciado, según los científicos, con la presencia de gruesas capas de rocas carbonáticas ubicándose de manera abrupta sobre depósitos glaciales, lo que indicaría un cambio climático muy repentino, de un clima glacial a otro tropical.  Algunas estructuras conservadas en las rocas de carbonatos encontrados al suroeste de África, en  Namibia, indicaron que estos se acumularon extremadamente rápido, quizás en sólo unos pocos miles de años. Estas secuencias de gruesas rocas carbonáticas son la consecuencia de un efecto invernadero extremo. Pero, ¿cómo llegaron a formarse allí?

 Con toda la superficie terrestre congelada, sería necesario una atmosfera con altísimas concentraciones de dióxido de carbono para subir las temperaturas al punto de generar la fusión, es decir el derretimiento, de los casquetes glaciares, como ya lo hemos explicado.  

Una vez iniciado el derretimiento, el agua comenzaría a cubrir nuevamente la superficie del planeta generando océanos, los cuales al tener una baja reflexión de la luz del sol permiten que el albedo comience a ser menor, favoreciendo las condiciones para que la temperatura comience a aumentar.

Del mismo modo, cuando se reanudó la evaporación de agua desde los océanos, esta contribuyó a calentar el ambiente ya que el vapor de agua también es un potente gas de efecto invernadero. Además, se reactivaría el ciclo del agua, con las lluvias torrenciales ayudando a eliminar parte del dióxido de carbono del aire, en la forma de ácido carbónico disuelto en el agua, que erosionaría rápidamente las rocas que ahora quedaron expuestas al comenzar a derretirse los glaciares. Los productos de la erosión química se acumularían rápidamente en el agua de los océanos, lo que llevaría a la precipitación de sedimentos ricos en carbonatos, los cuales se acumularían rápidamente en el fondo marino y luego se convertirían en rocas nuevamente, volviendo a funcionar el Ciclo del Carbono.

Gracias a teorías como la postulada en este artículo, o la del Ciclo del Carbono detallada en un artículo anterior, podemos apreciar cómo en los pequeños detalles, en las pequeñas variables ambientales, está la posibilidad para romper la estabilidad climática y desencadenar resultados catastróficos. Deberíamos preguntarnos como especie qué cambios estamos forzando en el ambiente y qué consecuencias pueden traer los mismos en un futuro próximo (o con suerte, lejano) de nuestra existencia. Debemos reflexionar seriamente sobre nuestras acciones, y analizar con rigurosidad científica sus posibles consecuencias en las décadas o siglos por venir.

La vida en un planeta congelado

Para la época de la Tierra como bola de nieve existía un tipo de vida muy simple y acotada. Como es sabido, todos los animales descendieron de las primeras Eucariotas, aquellas células con un núcleo definido que resguarda en su interior el material genético de la misma. Estas aparecieron hace unos 2 mil millones de años atrás. Para el momento del episodio de Snowball Earth, no habían evolucionado más allá de los protozoos unicelulares y las algas filamentosas.

A pesar del intenso y helado clima que podría haber terminado con la vida en la Tierra, las 11 subdivisiones básicas que abarcan a todos los animales que alguna vez habitaron nuestro planeta, surgieron dentro de una estrecha ventana de tiempo después del evento de bola de nieve.

Al parecer, el prolongado aislamiento genético y la presión selectiva debido a las temperaturas extremas de una tierra como bola de nieve podrían ser responsables de esta explosión de nuevas formas de vida.

Como se observa en la figura, la ¨explosión¨ de la vida coincide justo después del evento Snowball Earth. Muchos científicos creen que este evento actuó como filtro en donde algunos animales perecieron y otros, como los que se desarrollaron de las eucariotas, permitieron la evolución de la vida como la conocemos hoy en día. 

Nos encontramos viviendo en un período interglacial, todavía faltan unos 80000 años para el pico de la próxima edad de hielo, sin embargo aún no se conoce con certeza cuales son los mecanismos que producen un desvío del clima hacia condiciones catastróficas como las relatadas en este artículo. 

 Breve resumen del Ciclo del Carbono: 

Normalmente el suministro de carbono emitido por los volcanes (como gas dióxido de carbono o CO2) se compensa por la erosión de rocas de silicatos: En la descomposición química de estas rocas se convierte el dióxido de carbono en el compuesto químico bicarbonato, que es transportado hacia los océanos. Allí el bicarbonato se combina con calcio y otros iones para producir sedimentos ricos en sales de carbonatos, que almacenan una gran cantidad de carbono. Luego estos son soterrados, generando magma y produciendo nuevamente rocas silicaticas cerrando el ciclo.