El alocado clima de nuestro planeta

¿Aprendiste en el colegio que el año tiene cuatro estaciones? Estás harto de que te acusen de haber contribuido al cambio climático del planeta y tu primo el físico te da la razón. Pero, por Dios, que desde la primera atmósfera terrestre hasta nuestros días el clima de la Tierra ha ido evolucionando. Si os apetece, empezamos a dar un repaso a la evolución del clima.

¿El principio? Pues el clima de los primeros mil millones de años de nuestro planeta sigue siendo algo hipotético. Poco después la formación de la Tierra, la primera atmósfera, rápidamente barrida por los vientos solares, se componía de hidrógeno, argón, nitrógeno, neón y helio.

Poco a poco, la desgasificación del abrigo terrestre dio nacimiento a una atmósfera primitiva rica en vapor de agua (hasta un máximo de alrededor de un 20%). La Tierra entonces se enfrió progresivamente. El agua en forma de vapor (las temperaturas eran superiores a 100°C) comenzó a condensarse. Debían caer terribles trombas de agua sobre el planeta. Estas lluvias son la causa de los océanos.

Y aparece por primera vez el efecto invernadero. Otra característica del tiempo de esta etapa primigenia tiene que ver con el fuerte calor. Pero el responsable de estas altas temperaturas no es el Sol ciertamente, cuya intensidad luminosa era inferior al 30% de su valor actual. No, hacía calor debido a un importante efecto invernadero. Ya que la atmósfera primitiva, mucho más densa que hoy, era rica en metano, dióxido de azufre, amoníaco y, además del vapor de agua, en dióxido de carbono (CO2).

Ahora bien el CO2 es un gas de efecto invernadero: atrapa, en la atmósfera, las radiaciones infrarrojas que la Tierra devuelve normalmente al Sol. La energía de estos rayos cautivos contribuye entonces a formar una especie de calefacción. ¡Sin este efecto invernadero, la Tierra se congelaba a temperaturas de -18 °C!

En algunos centenares de millones de años, estas masas de agua disuelven el CO2 atmosférico. El efecto invernadero disminuye poco a poco, como la temperatura. El clima se estabiliza entonces y el caldo primitivo que constituyen los océanos permiten la aparición de la vida, hace 3,8 mil millones de años.

¡Hace 3,8 mil millones de años, algunos centenares de millones de años después del nacimiento el planeta, la vida aparece en forma de bacterias anaerobias (no utilizando el oxígeno) en océanos donde la temperatura se acerca probablemente a los 70°C! Cien millones de años más tarde, aparecen las algas azules. Las cianobacterias, cuya prueba de existencia tenemos actualmente en los estromatolitos comienzan a producir oxígeno a partir del gas carbónico del océano. El oxígeno así liberado por la actividad de estos primeros seres vivos en primer lugar es movilizado por la oxidación de compuestos abundantes sobre la superficie del planeta. A raíz de que el exceso de dióxido se libera en la atmósfera. Hace 2,5 mil millones de años, este gas alcanza probablemente un valor próximo a su concentración actual (21%) en el aire.

Durante estos millones de años el gas carbónico es almacenado y absorbido por los océanos: la composición de la atmósfera cambia y el efecto invernadero disminuye. La temperatura media de la atmósfera se reduce entonces, a pesar de un aumento concomitante de la actividad solar del 30%. Los primeros glaciares aparecen hace alrededor de 3 mil millones de años.

Además, cuando la cantidad de oxígeno en la atmósfera se vuelve suficientemente importante, bajo la acción de la radiación solar, una capa de ozono (O3) se forma en la alta atmósfera. Filtrando la radiación ultravioleta, permite a la vida colonizar la tierra firme.

La Tierra conoce probablemente sus primeros grandes periodos de frío hace 2,3 mil millones de años, en la glaciación huroniana. El clima se enfría durante algunos millones de años y los casquetes polares se juntan lentamente en el trópico. El hielo refleja buena parte de los rayos solares, que son reenviados a su origen sin calentar la tierra. El enfriamiento se acelera. Los glaciares ganan el Ecuador. Los océanos se congelan, probablemente sobre 800 a 1000 metros de profundidad.

Imagen: Cyanobacterias en Universe Review

Las causas y explicaciones a esta situación no quedan claras. El efecto invernadero continua disminuyendo y con él, las temperaturas. La proliferación masiva de los cyanobacterias redujo drásticamente la concentración en gas carbónico de la atmósfera. Por otra parte, la actividad interna de la Tierra se calmó, implicando una disminución del vulcanismo y del gas carbónico que genera.

A eso habría que añadir, aunque los investigadores no están muy de acuerdo sobre esta teoría, una reducción de la intensidad luminosa. Ahora bien, el Sol de este tiempo irradiaba ya un 20% de energía menos que hoy. En el momento de la primera glaciación, hace 2,3 mil millones de años, el sistema solar habría pasado a través de regiones “polvorientas” del espacio. Esta mayor densidad de “basura” galáctica habría disminuido la energía solar recibida por la Tierra.

Un largo invierno que dura más de 450 millones de años. He aquí el segundo gran período de frío de la historia del planeta. Este plazo de tiempo sobre todo se caracteriza por la glaciación Varanger: ocurrida hace 610 millones de años, y que dura treinta millones de años, la Tierra es una bola de nieve cósmica. Las temperaturas caen a -50°C. Todos los continentes están cubiertos de hielo, así como una gran parte de los océanos. Los mantos glaciares se extienden hasta Ecuador.

Imagen: Eje planeta Tierra en The shape of Plante Earth de Mathematical Imagery by Jos Leys

Pero la Tierra rectifica, ¿cómo explicar este fenómeno? Nuestro planeta hace una rectificación extraña sobre su propio eje. Este cambio el ángulo entre el eje de rotación de la Tierra y el perpendicular al plan de la órbita terrestre alrededor del sol pudo cambiar el clima. En efecto, como todos los que hicieron la educación general básica saben, la oblicuidad de la Tierra es responsable de los cambios de estación. Determina también qué parte del planeta es fría y qué parte es caliente. En la actualidad, este oblicuidad es de 23,27°; los polos son las zonas más frías y el Ecuador la más caliente. Si la oblicuidad sobrepasaba los 54°, se invertiría la situación.

Contrariamente, una disminución de inclinación corresponde a veranos menos calientes y a inviernos menos fríos, configuración que permite el desarrollo de los mantos glaciares y en consecuencia de las glaciaciones.

Un fenómeno astronómico pudo añadirse a la fiesta: la variación de la órbita de la Tierra. En efecto, los grandes planetas del sistema solar, Jupiter y Saturno, perturban los movimientos orbitales del globo terráqueo. Según una periodicidad aproximadamente de 100.000 años, la elipse formada por la órbita terrestre se compensa en cerca de 18 millones de kilómetros, lo que modifica la distancia de la Tierra al Sol. Y el clima.

Hace 65 millones de años, la Tierra está en pleno período interglaciar. El calor es tal que las temperaturas polares varían entre 10 y 20°C y los mantos glaciares desaparecieron. Las palmeras llegan hasta Alaska mientras que el nivel de los mares sube 200m más que el nivel actual. Brutalmente, el clima se enfría, implicando extinciones en masa, entre los que “pican billete” están los dinosaurios.

Foto: Impactos astronómicos en Ruinas Humanas

Esta vez, ni el Sol, ni los fenómenos gravitacionales se cuestionan. Los especialistas señalan más bien el dedo el vulcanismo o la caída de un meteorito. Estos dos acontecimientos inducen en efecto una misma consecuencia: el oscurecimiento del cielo a causa de la proyección de polvo en la atmósfera.

En el caso del vulcanismo, millones de toneladas de ceniza pululaban en nuestra atmósfera. Los gases resultantes de este polvo se transforman en partículas finas de sulfato que permanecen mucho tiempo en la atmósfera, formando una nube que se distribuye progresivamente alrededor de la Tierra.

Esta cobertura atmosférica opaca filtra la luminosidad y el calor del sol. Un largo invierno se instala durante largo tiempo. Cuando el cielo se abre por fin, la temperatura del aire, rico en gases de efecto invernadero, sube rápidamente.

Durante tres millones de años, la Tierra entró en una nueva era glacial. En la escala geológica, glaciaciones y períodos más clementes alternan bajo el efecto de fenómenos de origen solar, astronómicos, atmosféricos o tectónicos. La presencia masiva de hielo, en forma de casquetes de varios kilómetros de grosor que se extienden desde los polos a las regiones continentales, caracteriza las eras frías. Glaciares aparecen a baja altitud y a latitudes bajas.

Y no es todo: las precipitaciones abundan y el termómetro baja. En cuanto al nivel del mar, baja ya que una gran cantidad de agua se encuentra bajo forma sólida en los glaciares.

Sin embargo, el clima de una era glacial no es necesariamente uniforme: períodos interglaciares pueden alternar con períodos de helada. Incluso en el corazón de una glaciación el termómetro no deja de alternar periodos de calor y frío. Hace 18.000 años, la Tierra cruza un máximo glacial. El nivel de los océanos desciende 130 metros. Ocho mil años más tarde el clima vuelve a cambiar y los glaciares continentales comienzan a retirarse.

Actualmente se cuentan hasta cuatro grandes glaciaciones en la historia del planeta, pero cada una de ella está constituida por diferentes periodos glaciales e interglaciares. Desde el final de la última gran glaciación hace 18000 años, el clima es más clemente y relativamente estable. 15°C reinan, por término medio, sobre el conjunto del planeta. Esta suavidad permitió a las sociedades primitivas de cazadores y cosechadores sedentarizarse y desarrollar la agricultura y la ganadería.

Con algunas divergencias de temperatura a pesar de todo: entre la mitad del siglo XV y la mitad del siglo XIX, en la Pequeña Edad de Hielo, las condiciones climáticas, en todo el globo, han sido sensiblemente más frías que hoy, del orden de 1°C. Mientras que en la Edad Media, hacía alrededor también calor que hoy. Con todo, y aunque sea pueda ser difícil de creer, estamos en período interglaciar de una glaciación. No obstante el enfriamiento no se hace en un siglo. La vuelta de los hielos no se espera hasta dentro de varias decenas de millares de años en el planeta.

Para que la Tierra se transforme en una gigantesca bola de nieve basta con una reducción de unos pocos grados en la temperatura media del planeta. Con 5 °C menos, el nivel del mar bajaría 100 metros aproximadamente: se podría cruzar a pie de Francia a Inglaterra. En cuanto a Europa del Norte, quedaría cubierta por un enorme glaciar.

Evolución de la temperatura del planeta en los últimos mil años. Fuente: Portal Eureka

En 150 años, la Tierra ha aumentado su temperatura en 0,6 °C. El fenómeno es importante en el hemisferio septentrional donde la cobertura de nieve disminuyó un 10% y donde los glaciares de los Alpes perdieron un tercio de su superficie. Este calentamiento es mucho más preocupante en las latitudes árticas.

Otro índice de esta subida de las temperaturas está constituido por el aumento del nivel de los océanos. Según algunos expertos, se elevaría al año de 1 a 1,5 mm., lo que representa 10 a 20 cm en total para el siglo XX. Esta subida principalmente se debería a la dilatación de las masas oceánicas bajo el efecto del recalentamiento general.

¿Normal o inquietante? Que las temperaturas “jueguen” en el planeta no tiene nada de nuevo. En cambio, que el clima cambie demasiado deprisa no es un fenómeno habitual en la historia del planeta. El ritmo de las evoluciones más rápidas es en efecto de algunos grados en 10.000 años, mientras que los modelos preven una evolución de algunos grados en un siglo. Es 50 a 100 veces más rápido de lo esperado. Esta vez, la naturaleza no parece tener la culpa. ¿Los responsables? Probablemente los gases de efecto invernadero enviados a la atmósfera por las actividades humanas. En particular, el metano, emitido entre otras cosas por los arrozales y la cría intensiva de ganados. Pero sobre todo el gas carbónico (CO2) resultante de la combustión del petróleo, y del carbón.

Ciertamente, la mitad del CO2 emitido como consecuencia de la actividad humana es absorbido por el océano y la biosfera, pero la otra mitad, se acumula año tras año en la atmósfera y contribuye al aumento de la temperatura, atrapando las radiaciones emitidas por la Tierra.

El recalentamiento que hemos comenzado corre el riesgo de continuar. Si las emisiones de CO2 siguen a este ritmo el porcentaje de este gas habrá aumentado un 40% en 2100. Aunque parásemos la emisión completamente, sería necesario un siglo para que el CO2 emitido sea absorbido por los océanos.

Ahora bien, mientras tanto, habrá contribuido a hacer aumentar la temperatura. Esta subida del termómetro iráseguida de una subida de la humedad de la atmósfera. El agua así habrá atrapado aún más aún la radiación, por lo tanto la temperatura habrá aumentado más aún.

Si esta hipótesis parece plausible, sigue siendo delicado prever con exactitud las consecuencias climáticas para cada región del mundo. La subida de temperatura debería ser más fuerte a los polos que en Ecuador. El Ártico debería así ganar 4 a 7 °C en los próximos cien años. Según los modelos, el recalentamiento se manifestaría aún más sobre los continentes que sobre los océanos, la noche que el día y más en invierno que en verano. El régimen hidrológico debería ser modificado por la aceleración del ciclo evaporación-precipitación. Al igual que las corrientes marinas.

Por otra parte, si la temperatura aumenta, el nivel del mar seguirá elevándose hasta cerca de un metro a medio plazo, con el consiguiente retroceso de las costas de 100 metros y la inundación de las bajas altitudes como Bangladesh, las Maldivas y Nueva York.

Otra cosa parece adquirida, es el carácter repetitivo de acontecimientos meteorológicos entonces excepcionales. Por supuesto, estos cambios rápidos tendrían un impacto en el hombre, y también en todas las especies vivas del globo. Un recalentamiento de 1°C se traduciría en un desplazamiento hacia el norte de 180 km de las superficies de distribución de las especies. Con las consiguientes extinciones…

Foto Tierra Primigenia: Portal Educativo de la Xunta de Galicia