En busca de las huellas de la evolución climática de la Tierra

2023/05/22 Naroa Martínez Braceras - EHUko Geologia Departamentuko ikerlari doktorea Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Geologia
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Afrontar el cambio climático que se está produciendo es uno de los grandes retos de la sociedad actual. Los científicos han construido varios modelos climáticos para predecir la evolución de las condiciones climáticas como consecuencia del calentamiento de la Tierra. El futuro anunciado no parece nada bueno. Si las tasas de emisión de gases de efecto invernadero no disminuyen significativamente, se espera que la temperatura media mundial aumente entre 1,5 y 2 ºC en las próximas décadas. En este sentido, los expertos predicen una serie de efectos perjudiciales como el aumento de la desertización, la intensificación de las épocas lluviosas, el aumento del nivel del mar y la desaparición de ciertos seres vivos. Las noticias a nivel mundial han puesto de manifiesto que algunas de estas conclusiones están en camino. Pero, ¿cómo predecir el impacto de este calentamiento en la dinámica del clima terrestre? Para construir el escenario climático del futuro, es imprescindible sumergirnos en la historia climática de nuestro planeta para analizar la influencia que tuvieron los episodios climáticos extremos anteriores.

Figura 1: Longitud y resolución de los tiempos que pueden mostrar los archivos climáticos. Ed. Adaptado de Ruddiman 2007.

Aunque tenemos registros instrumentales de algunos parámetros climáticos que llegan al siglo XIX, los miles de millones de años de la Tierra quedan en nada. Entonces, ¿cómo podemos retroceder en el tiempo para saber cómo era el clima de la antigua Tierra? En ello se basa la paleoclimatología. Los paleoclimatólogos investigan cómo era un clima muy antiguo, su origen y sus consecuencias, analizando archivos naturales como sondeos de hielo, sedimentos de lagos y mares y rocas sedimentarias. Las características físicas, químicas y biológicas que muestran estos registros ayudan a resolver las condiciones climáticas de diferentes épocas. No existe un registro que abarque la evolución paleoclimática de toda la historia geológica. La integración de señales paleoclimáticas de diferentes orígenes ha permitido profundizar en la historia climática de la Tierra. Cada archivo tiene sus propias características y dependiendo del intervalo de edad y de la resolución con la que se desea investigar, se seleccionan unos u otros materiales. Por ejemplo, aunque los sondeos de hielo proporcionan registros muy fiables y precisos, sólo permiten estudiar en los últimos millones de años.

Numerosos estudios paleoclimáticos relacionados con el cambio climático actual se han centrado en los últimos 2,59 millones de años de la historia de la Tierra, el período Cuarternario. En esta época se produjeron, entre otras, glaciaciones conocidas para todos. Sin embargo, según las predicciones de los modelos climáticos, el rápido calentamiento presente y futuro no tiene parangón en el pasado más próximo. Se prevé que si se mantienen las emisiones actuales de gas, el clima en 2150 será similar al de la época del Eoceno (hace 56 millones de años). Durante el eoceno, la temperatura media de la superficie registró un máximo, 13 ° C más caliente que la actual. Las concentraciones y temperaturas de los gases que aumentan el efecto invernadero eran tan altas que el hielo de los polos desapareció. Estas cálidas épocas del planeta Tierra asociadas a las altas concentraciones de gases de efecto invernadero se denominan greenhouse (invernaderos en inglés). El Eoceno ha sido el último periodo greenhouse de la historia de la Tierra, pero en épocas más antiguas, como la mitad del Cretácico (hace 95 millones de años), las condiciones fueron similares. En estas cálidas épocas, además de ser cálido en el clima general, se registraron episodios climáticos asociados a crecimientos rápidos y bruscos de temperatura que podrían ser análogos al actual cambio climático. Como ejemplo, el máximo térmico que dio comienzo al período Eoceno (PETM: Paleocene-Eocene Thermal Maximum) o episodios oceánicos anóxicos del medio Cretácico (OAE: Oceanic Anoxic Event).

2. Imagen. Evolución de las temperaturas medias de los últimos 65 millones de años respecto a las actuales. Se observan las principales tendencias climáticas, como el enfriamiento medio general que se ha mantenido hasta la actualidad, así como el aumento de temperatura previsto por los modelos ante las diferentes situaciones de emisión. Ed. Burke et al. Adaptado del trabajo 2018.

Según lo visto, son especialmente interesantes las secuencias paleoclimáticas que superan los decenas de millones de años. Los registros paleoclimáticos de estas edades se han analizado frecuentemente en series sedimentarias. Los sedimentos son partículas sólidas que se forman, transportan y acumulan como consecuencia de los procesos y fenómenos que afectan a la atmósfera, la hidrosfera y la biosfera. A menudo se depositan en masas de agua sosegadas que contienen restos mineralizados (conchas, trozos de esqueleto, etc.) de los organismos que habitan en ellas. La composición física (tamaño de grano, estructuras sedimentarias...), química (isótopos estables, contenido de minerales, composición química..) y el contenido de fósiles son reflejo de las condiciones climáticas del entorno. Encontrar sedimentos de decenas de millones de años no es fácil. Además, para conservar bien la señal climática, los registros deben mostrar una sedimentación continua y constante, sin influencia de la intensa actividad tectónica que la distorsione.

En buen camino, las condiciones mencionadas pueden encontrarse en masas de agua tranquilas, lagos y mar abierto. Es de suponer que los sedimentos marinos que se acumulan a cientos o miles de metros de profundidad pueden hablar poco de las condiciones climáticas de la superficie terrestre. Sin embargo, parte de los sedimentos acumulados en el mar profundo tienen su origen en el continente, ya sea transportados por el viento o adultos por las corrientes de agua. Otra parte, a menudo la principal, tendrá un origen marino. La fracción más importante de origen marino está constituida por caparazones y esqueletos mineralizados microscópicos de los organismos que habitan. Estos seres vivos dependen también de las condiciones físico-químicas de la superficie oceánica que produce el clima, por lo que en ocasiones son capaces de registrar los cambios en el clima. En algunos sondeos sedimentarios realizados en el golfo de Bizkaia, por ejemplo, el estudio de las características físicas y químicas de los organismos microscópicos y sedimentos marinos ha permitido observar la evolución climática ocurrida en los últimos 140 mil años.

Aunque los sedimentos del golfo de Bizkaia no han permitido estudiar edades muy antiguas, la investigación de los sedimentos submarinos ha permitido reconstruir la señal paleoclimática de 100 millones de años. Para conseguir registros más largos y antiguos se ha tenido que alejar cientos de kilómetros de la costa y sumergirse bajo una columna de agua de otros metros. La realización de sondeos de varios metros en estas condiciones requiere de un soporte tecnológico muy avanzado. Como es imaginable, esta infraestructura no está al alcance de todos los investigadores. Por lo tanto, si no podemos estudiar uno de estos sondeos oceánicos, ¿no es posible estudiar el antiguo paleoclima? ¡Por suerte sí!

Existe otro tipo de registro más accesible y que permite el estudio de menores: rocas sedimentarias. Las rocas sedimentarias son sedimentos endurecidos y compactados hasta convertirse en rocas. Los sedimentos se transforman en roca debido a los movimientos de los fluidos intergranulares que se producen cuando los sedimentos quedan enterrados y a la presión ejercida por los sedimentos más jóvenes que se acumulan sobre ellos. Gracias al levantamiento tectónico, hoy podemos encontrar en la corteza terrestre rocas muy antiguas formadas a gran profundidad en el subsuelo. Estas rocas permiten el estudio de registros de más de 100 millones de años de antigüedad, incluyendo el archivo paleoclimático. Además, las rocas conservan la deriva de los continentes que ha sufrido el planeta Tierra, la actividad tectónica, los fenómenos alienígenas, las extinciones y manifestaciones de los seres vivos y las respuestas de otros muchos aspectos geológicos. Desafortunadamente, cuanto más antiguas sean las rocas, mayor puede ser la influencia de los procesos post-apilados que pueden transformar la señal climática original de la roca. Por tanto, las secuencias de rocas deben ser estudiadas en profundidad, seleccionando cuidadosamente las muestras y los parámetros a analizar.

En nuestra región, desde las puntas de las montañas hasta los acantilados, predominan las rocas sedimentarias. Estas rocas están formadas por materiales acumulados en la depresión sedimentaria denominada cuenca Cantábrica Vasca. En la cuenca se acumuló un registro sedimentario de aproximadamente 250 a 35 millones de años. Los esfuerzos tectónicos que provocaron la sublevación de los Pirineos han permitido hoy encontrar afloradas estas rocas sedimentarias. Por tanto, para estudiar los afloramientos formados por antiguos sedimentos, sólo gastaremos un poco de gasolina y botas de montaña.

3. Imagen. Flysch de Zumaia, sucesión geológica de millones de años de sedimentos acumulados en el mar profundo. En él tenemos registros de referencia de diferentes eventos geológicos, así como paleoclimáticos, como el PETM. Ed. Naroa Martínez Braceras

En la cuenca del Cantábrico Vasco se han encontrado numerosas secuencias geológicas ideales para la realización de estudios paleoclimáticos que han sido claves para el conocimiento de algunos fenómenos climáticos que afectaron a escala mundial. En algunos afloramientos de nuestra costa se pueden encontrar secuencias de rocas acumuladas a gran profundidad submarina en los períodos de greenhouse antes mencionados. Ejemplos de ello son las secuencias de rocas que afloran en Deba-Zumaia o en Uribe Kosta, que se caracterizan por estar formadas por miles de capas de tablestacas y seguidas lateralmente. Estas capas son similares a las páginas del libro que conserva la historia paleoclimática de la Tierra y permiten conocer la evolución del clima antiguo a través de la lectura de diversos parámetros físicos, químicos y biológicos contenidos en ellas. En Zumaia contamos con un excelente registro de PETM submarino de referencia mundial que ha atraído a investigadores de diferentes países. En Bizkaia, en los acantilados que van desde Sopelana hasta Punta Galea, además de aflorar los registros parciales de PETM, se han identificado otros registros de eventos climáticos más débiles ocurridos a nivel mundial en el Eoceno, importantes para conocer bien la variabilidad del clima terrestre. Además, se han encontrado registros únicos de la OAE central del Cretácico en las plataformas continentales de media profundidad de la cuenca Vasco-Cantábrica, hoy en día en afloramientos de Aralar, Pagasarri o Oeste de Cantabria.

Bibliografía

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