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El aumento del oxígeno y el descenso de las temperaturas
Entre los primeros periodos glaciares encontrados hasta ahora en el registro geológico se encuentra la primera glaciación conocida como la Huroniana (hace 2400 y 2100 millones de años).
Al menos una de ellas constituyó lo que los geólogos denominan un evento de la llamada glaciación global (Tierra Bola de Nieve), cuando la superficie del planeta se congeló por completo, o casi por completo. Intercaladas con períodos no glaciales, las edades de hielo se produjeron hace entre 2.400 y 2.100 millones de años, y probablemente fueron el resultado de cambios en la vida microscópica.
Los paleontólogos suponen que cuando la vida microbiana surgió en la Tierra hace más de 3.500 millones de años, los microbios no fabricaban ni necesitaban oxígeno. En cambio, en el momento de la evolución de la vida, la atmósfera de la Tierra era muy diferente a la actual. Aunque los niveles de nitrógeno pueden haber sido similares, otros gases eran mucho más -o mucho menos- abundantes. El dióxido de carbono era entre 10 y 2.500 veces superior a los niveles actuales, y el metano podría haber sido hasta 10.000 veces superior a los niveles actuales. El oxígeno atmosférico era prácticamente inexistente.
Antes de que el oxígeno se acumulara en la atmósfera de la Tierra, nuestro planeta probablemente no tenía el aspecto de un punto azul pálido, sino de un punto naranja pálido. Crédito de la imagen: NASA Astrobiology.
Los científicos debatieron cuándo evolucionaron exactamente los microbios capaces de realizar la fotosíntesis y fabricar oxígeno como subproducto. Las estimaciones oscilan entre 3.500 y 2.500 millones de años. Los primeros productores de oxígeno fueron probablemente los ancestros de las modernas cianobacterias, o algas verde-azules.
Al principio, el oxígeno producido por estos primeros fotosintetizadores probablemente reaccionó con el hierro del océano, depositándose en capas de sedimento oxidado en el fondo marino antes de empezar a acumularse en la atmósfera. Parte del oxígeno reaccionó con el metano, convirtiéndolo en dióxido de carbono y agua. Mientras tanto, las poblaciones de microbios fotosintetizadores seguían creciendo, consumiendo más dióxido de carbono.
Los antepasados de las cianobacterias modernas (algas verde-azuladas) pueden haber sido los primeros productores de oxígeno del planeta Tierra y haber provocado cambios importantes en el clima. Licencia CC del usuario de Flickr Richard Droker.
El dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero, y lo es aún en mayor medida el metano. Cuando las concentraciones atmosféricas de estos gases de efecto invernadero descendieron, las temperaturas globales se desplomaron, sumergiendo al planeta en una serie de edades de hielo. La edad de hielo Huroniana y los periodos no glaciares que la separan duraron probablemente un total de 300 millones de años. Las pruebas sugieren que estas glaciaciones llegaron a cubrir las regiones ecuatoriales al nivel del mar. (Hoy en día hay hielo en las regiones ecuatoriales, pero sólo a gran altura).
Las pruebas geológicas de estas edades de hielo se descubrieron por primera vez en 1907, en depósitos glaciares cerca del lago Hurón. Desde entonces, los geólogos han descubierto más pruebas en otros lugares de Norteamérica, así como en Sudáfrica, Australia occidental y el noreste de Europa.
Encontrada cerca de Whitefish Falls, Ontario, a lo largo de la orilla norte del lago Hurón, esta piedra se encontraba en los sedimentos del fondo marino bajo un glaciar flotante hace unos 2.200 millones de años. Imagen de Precambiran Time-The Story of the Early Earth, foto de D.A. Lindsey, USGS.
La aparición del oxígeno no sólo congeló el planeta, también permitió la evolución de la vida compleja que respiraba oxígeno y formó la capa de ozono de la Tierra, que ayuda a proteger la vida de la dañina radiación ultravioleta.
Una nueva glaciación
El frío brutal volvió a golpear durante el tramo de la historia de la Tierra conocido como Período Criogénico. Al menos dos veces, entre hace 750 y 600 millones de años, la Tierra cayó en una profunda congelación. Dado que los sucesos del Periodo Criogénico se produjeron durante una era geológica más larga conocida como la Era Neoproterozoica, las glaciaciones profundas se denominan a veces glaciación global o superglaciación (Tierras de Bola de Nieve) del Neoproterozoico.
Los científicos siguen debatiendo las causas de las heladas del Neoproterozoico y de los posteriores deshielos. Los volcanes pueden ser la fuerza que empujó al planeta hacia las glaciaciones y al mismo tiempo también los sacó de ellas. Hace unos 750 millones de años, la mayoría de los continentes se agrupaban alrededor del ecuador. Dentro de esta mezcla continental, los geólogos han identificado pruebas de lo que llaman una gran provincia ígnea. "Grande" es un eufemismo: imagina una zona volcánica activa del tamaño de un continente. Las erupciones en esta provincia podrían haber enfriado el planeta de dos maneras.
En Nunavut, Canadá, se conservan evidencias de la gran provincia ígnea que en su día fue ecuatorial y que podría haber dado el impulso al Criogénico. Los sills o bandas -intrusiones de material volcánico en capas rocosas más antiguas- atraviesan rocas más antiguas de color arena. Las bandas en la roca más clara son el resultado del surgimiento de la línea de costa tras la retirada de los glaciares que la cubrían. Imagen de Mike Beauregard, Wikimedia Commons.
Cuando los volcanes liberan dióxido de azufre, el gas se somete a reacciones químicas en la atmósfera para formar sulfatos altamente reflectantes -partículas que bloquean la luz solar, como miles de millones de pequeños espejos. El potencial de enfriamiento de los sulfatos es especialmente fuerte alrededor del ecuador de la Tierra. Asimismo, cuando los volcanes extruyen grandes volúmenes de basalto, la meteorización de las rocas que sigue puede enfriar el planeta. Con el tiempo, la lluvia, el viento y los cambios químicos corroen las rocas volcánicas. El agua de lluvia y el agua subterránea que se filtra a través de las rocas puede disolver el dióxido de carbono, extrayéndolo de la atmósfera y atrapándolo en última instancia como minerales carbonatados, como la piedra caliza.
Si las temperaturas globales descienden lo suficientemente rápido, el hielo comienza a acumularse, y la capacidad del hielo de reflejar la mayor parte de la luz solar hacia el espacio enfría aún más el planeta.
Los geólogos han identificado dos glaciaciones durante el Neoproterozoico: la Sturtiana (hace unos 720 a 660 millones de años) y la Marinoana (hace unos 640 a 635 millones de años). Las capas de roca de estas épocas muestran las pruebas más extensas de glaciaciones extremas encontradas hasta ahora en el registro geológico.
Entre estas glaciaciones profundas, la Tierra parece haber soportado un calentamiento igualmente notable. Este extremo climático también podría deberse a la actividad volcánica.
A largo plazo, las emisiones volcánicas de dióxido de carbono y el agotamiento del dióxido de carbono por la erosión de las rocas pueden controlarse mutuamente. Pero cuando el hielo cubrió la mayor parte del planeta hace cientos de millones de años, la meteorización probablemente se ralentizó cuando las condiciones se volvieron demasiado frías para las precipitaciones intensas. Mientras tanto, el aumento del hielo marino habría reducido el acceso de las cianobacterias a la luz solar en la superficie del océano, reduciendo la fotosíntesis.
Bajo su superficie helada, Encélado, la luna helada de Saturno, podría albergar agua líquida y los ingredientes necesarios para la vida. Si las épocas de hielo más extremas de la historia de la Tierra fueron verdaderos acontecimientos de la Tierra Bola de Nieve (glaciación global, sin océano abierto) nuestro planeta podría haberse parecido a una versión a gran escala de Encélado. Imagen por cortesía de NASA / JPL / Space Science Institute.
Pero los volcanes seguían produciendo dióxido de carbono. Con poca actividad de meteorización de las rocas o fotosintética para retirarlo de la atmósfera, el gas de efecto invernadero se habría acumulado, provocando un aumento gradual de las temperaturas globales. Una vez que las condiciones se calentaron lo suficiente como para derretir el hielo tropical, el aumento de la temperatura se habría acelerado. Tras perder una cantidad importante de hielo que refleja la luz, el planeta habría absorbido mucha más energía del Sol. El gran deshielo subsiguiente podría haber provocado una meteorización tan dramática y rápida que condujera a la segunda glaciación.
Al igual que en la Huroniana, las glaciaciones del Período Criogénico alcanzaron el nivel del mar en el ecuador. Pero el grado de cobertura de hielo del Neoproterozoico (si fue una Tierra Bola de Nieve) continúa siendo un área de investigación constante.
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