Crédito: Chris Butler / Fuente De Ciencia.
La Tierra ha sufrido muchos cambios en su historia de 4.500 millones de años, con algunos tumultuosos giros y vueltas en el camino. Un episodio especialmente dramático parece haber ocurrido hace entre 700 millones y 600 millones de años. Período en que los científicos piensan que el hielo asfixió a todo el planeta, desde los polos hasta el ecuador, dos veces en rápida sucesión.
Las rocas antiguas sugieren que el hielo cubrió por completo nuestro planeta en al menos dos ocasiones. Esta teoría puede ayudar a explicar el surgimiento de la vida compleja que siguió.
Introducción
Los científicos dicen que estos eventos de la Tierra Bola de Nieve habrían allanado el camino para la explosión de vida del Cámbrico que siguió. La evidencia se encuentra en múltiples continentes. Éste es el período en el que los organismos complejos y multicelulares comenzaron a diversificarse y extenderse por todo el planeta
El geólogo de Caltech Joe Kirschvink acuñó el término Tierra de Bola de nieve en 1989. Fusionó ideas en las que algunos geólogos, físicos climáticos y químicos planetarios habían estado pensando durante décadas. Entonces, muchos científicos de la Tierra se mostraron escépticos de que estos eventos cataclísmicos realmente pudieran haber ocurrido. Una creciente evidencia en apoyo de la teoría y los nuevos datos ayudaron a precisar el momento de los eventos. Así, más científicos se han entusiasmado con la idea.
Universidad de Victoria, Columbia Británica.
Crédito: James Provost (Cc By-Nd).
Paul Hoffman , Geólogo de la Universidad de Victoria en Columbia Británica, ha ayudado en la investigación pionera de «Snowball Earth» durante los últimos 25 años. Entre otras cosas, acumuló 50 meses de trabajo de campo en Namibia, donde reunió evidencia de actividad glacial antigua en rocas intercaladas con piedra caliza. La piedra caliza tiende a formarse en las partes más cálidas del océano. Este patrón similar a un sándwich respalda la idea de que los glaciares cubrieron toda la Tierra. Esto sucedió tanto en lugares fríos como cálidos, durante los episodios de «Snowball Earth». Hablamos con Hoffman, quien relató el trabajo de su vida en la Revista Anual de Ciencias de la Tierra y Planetarias. Este trabajo se refiere a la evolución de la teoría de la Tierra Bola de Nieve y qué preguntas quedan. La conversación ha sido editada para mayor claridad y extensión.
¿Cómo se veía el planeta durante Snowball Earth?
El nombre describe su apariencia desde el espacio exterior: una bola blanca reluciente. La superficie del hielo está cubierta principalmente de escarcha y pequeños cristales de hielo que se formaron en el aire frío y seco.Éste está muy por debajo del punto de congelación en todas partes. Los vientos huracanados aúllan en latitudes bajas. Debajo de la plataforma de hielo flotante, un océano oscuro y salobre se agita continuamente por las mareas y los remolinos turbulentos. Son generados por el calor geotérmico que ingresa lentamente desde el fondo del océano.
¿Qué hizo saber a los geólogos que esto podría haber sucedido?
Los geólogos estaban luchando por comprender lo que veían en el registro geológico. Ello es, que no mucho antes de la primera aparición de vida compleja, había evidencia de glaciación incluso en las áreas cálidas de la Tierra. Los geólogos tuvieron dificultades para comprender cómo era posible.
Los depósitos que dejan los glaciares son muy característicos. Parecen cemento arrojado de un camión de cemento. Estas capas de hielo durante la glaciación habrían fluido desde los continentes hacia el océano. Por lo que tenemos muchos depósitos que se formaron en el entorno marino donde se obtienen lo que se conoce como «dropstones». Son guijarros o cantos rodados que están fuera de lugar. Muy a menudo, ves estructuras relacionadas con el impacto, como si la piedra se hubiera caído de alguna manera y luego hundido en el sedimento subyacente. Es difícil imaginar qué, aparte del hielo flotante, podría haber transportado estos escombros. Los árboles, que pueden llevar tierra y piedras al mar en sus raíces, aún no habían evolucionado.
(Se muestra un Penny para escala).
Crédito: Paul Hoffman.
¿Cómo se involucró en el estudio de esta hipótesis?
Sabía de la hipótesis incluso antes de que me interesara trabajar yo mismo en el problema. Joe Kirschvink de Caltech me lo contó unos meses después de que tuvo la idea en 1989, pero nunca hizo nada más con ella en ese momento. Me gustó porque me gustan las ideas, pero había una brecha de credibilidad, así que antes de nuestro trabajo, la hipótesis estaba dormida.
Las condiciones eran muy diferentes a las de cualquier otro momento de la historia de la Tierra. El problema fue que no comprendimos las implicaciones de la hipótesis lo suficiente como para saber si alguna evidencia geológica estaba a favor o en contra. Teníamos que tener modelos climáticos para ver qué sucede realmente en condiciones de bola de nieve, y ese modelo, desarrollado posteriormente, ha sido extremadamente importante.
Mi principal contribución fue argumentar que se trataba de una hipótesis científica creíble. Argumentando, desde diferentes disciplinas dentro de las geociencias, que había mucha evidencia geológica consistente con las predicciones. Como me gusta decir a menudo, las nuevas ideas o hipótesis son como niños pequeños. Es mejor no juzgarlos demasiado pronto porque no sabes cómo serán cuando sean adultos. Muy a menudo, el problema con las nuevas ideas no es que estén equivocadas, sino que están incompletas.
¿Qué desencadenó estos eventos?
Esa es la pregunta del “por qué” y quizás sea la más difícil. No creo que haya consenso al respecto. Hay una serie de factores que contribuyeron, y creo que es útil analizar esto de dos maneras. Primero, ¿cuál fue la condición general que provocó un clima más frío? Ella hizo que la Tierra fuera más susceptible a este fenómeno de crecimiento desbocado del hielo.¿Y entonces cuál fue el detonante inmediato que lo hizo caer al límite?
Las rocas carbonatadas descansan directamente sobre los depósitos glaciares del segundo evento «Snowball Earth». Los carbonatos, se forman solo en partes cálidas del océano. Entonces la yuxtaposición de carbonatos y rocas glaciares, respalda la teoría de que el hielo cubrió todo el planeta durante los episodios de Snowball Earth.
Crédito: Paul Hoffman.
Cuando ocurrieron los eventos de Snowball, el supercontinente Rodinia estaba en proceso de disolución. Un supercontinente es un estado en el que todos los continentes están agrupados juntos, en un grupo. La razón por la que la gente piensa que existe una conexión, es que la ruptura de un supercontinente aumentaría las precipitaciones en las áreas continentales. Eso aumentaría la erosión de las rocas de la corteza. La meteorización de las rocas en realidad consume dióxido de carbono. Entonces daría lugar a menos dióxido de carbono en la atmósfera y, por lo tanto, a un clima más frío.
En cuanto a lo que causó el detonante inmediato, la atención se centró recientemente en una secuencia de erupciones volcánicas muy grandes. tuvieron lugar en lo que ahora es el Ártico alto de Canadá. Estas erupciones ocurrieron hace alrededor de 717 millones y 719 millones de años. Cuando tienes fuentes de fuego, lava que aflora durante un período de semanas o meses, obtienes una fuerte contribución térmica en la atmósfera. Es debido al efecto de calentamiento de esa lava.
Estos afloramientos pueden elevar los aerosoles de azufre a la estratosfera, donde permanecen durante una cantidad significativa de tiempo. Las partículas de gas de azufre reflejan la radiación solar entrante y tienen un fuerte efecto de enfriamiento. Hay una coincidencia en el tiempo entre estas erupciones y el inicio de la primera y más larga de las dos Tierras Bola de Nieve. Entonces se ha postulado que ese pudo haber sido el detonante inmediato.
¿Cómo era la vida en la Tierra en ese momento y cómo cambió como consecuencia de estos eventos?
Ciertamente había bacterias y también había algas y animales primitivos unicelulares, o protistas.
También hay evidencia de que los primeros animales multicelulares se originaron en esta época, probablemente algo así como esponjas. ¿Por qué es una cuestión de especulación? Hay varias ideas al respecto, pero son difíciles de probar. Una idea es que en Snowball Earth, los ecosistemas pueden haber estado más aislados unos de otros. Esta podría ser una situación que sería útil para desarrollar nuevas formas de vida. Particularmente formas de vida que son altruistas, aquellas con células que encuentran que allí, es una ventaja trabajar juntos en lugar de trabajar individualmente. Entonces, un mayor aislamiento de diferentes ecosistemas podría haber permitido que ciertos ecosistemas que tenían una mayor proporción de estos altruistas multicelulares se establecieran.
Crédito: ANU.
¿Cómo recibieron otros geólogos la teoría de la bola de nieve?
Creo que subestimé cuán emocionadas se pondrían las personas al respecto. También subestimé cuán casadas estaban con la idea de que la Tierra nunca ha sido realmente muy diferente de lo que es hoy. En el siglo XIX, costaba creer que la mayor parte continental del Hemisferio Norte estuviera cubierta por una capa de hielo hace 20.000 años. Eso fue tan difícil de aceptar para un geólogo del siglo XIX como lo ha sido Snowball Earth para los geólogos del siglo XX.
Durante mucho tiempo tuvimos mucha evidencia de glaciación en latitudes bajas y en las partes más cálidas de la Tierra. Pero realmente no teníamos una buena idea de las fechas de estos eventos. Fue algo embarazoso. Pero entre 2010 y 2014 esa situación cambió drásticamente. Ahora tenemos estimaciones bastante precisas de dos técnicas de datación muy diferentes, y es impresionante que estén dando resultados muy consistentes. Calcular la escala de tiempo, hizo que la mayoría de los geólogos que trabajan en el problema acepten la hipótesis de la bola de nieve.
Han surgido teorías alternativas a lo largo de los años, incluida la llamada teoría Slushball, una versión menos extrema de Snowball Earth. ¿Cómo ayuda precisar las fechas a resolver estas teorías alternativas?
En el escenario de Slushball, (mezcla de hielo y agua) el dióxido de carbono comenzaría a acumularse muy rápidamente. Entonces la glaciación sería de corta duración y el hielo se retiraría gradualmente. Esto no es lo que vemos en el registro geológico. Ahora sabemos que la primera bola de nieve duró 58 millones de años y eso es completamente inconsistente con la idea de Slushball. Además, vemos que las glaciaciones Snowball terminan de manera extremadamente abrupta. Son seguidas por una clara evidencia de una reversión climática completa y abrupta, un período muy caluroso. Eso no se explica por el modelo Slushball.
No creo que haya otras alternativas que satisfagan la evidencia.
Crédito: Paul Hoffman.
¿Qué otras preguntas quedan?
La datación ha creado una nueva serie de problemas. Una cosa que reveló la datación fue que las dos Tierras Bola de Nieve ocurrieron en rápida sucesión y tuvieron una duración muy desigual. La primero duró 58 millones de años y la segunda solo duró de 5 a 15 millones de años. Entonces, no sabemos por qué existe esta gran disparidad en cuanto a la duración de las glaciaciones. ¿Y por qué fue que hubo un breve intervalo entre los dos? Solo hay alrededor de 10 millones de años en los que no había hielo en absoluto y luego, de repente, el planeta regresó a la Tierra Snowball. Entonces, ¿por qué dos en rápida sucesión? ¿Y por qué no hubo un tercera o un cuarta? Estas son nuevas preguntas que han surgido como resultado de nuestra comprensión del tiempo.
¿Podría volver a suceder en el futuro?
No creo que estemos en una muy buena posición para decir si es probable que suceda en el futuro o no. El futuro es mucho tiempo. Creo que podemos decir que no va a suceder en las próximas decenas de miles de años.
¿Por qué estudiar la historia de la Tierra?
La historia de nuestro planeta es una de las mejores historias. Debido a que vivimos aquí y dependemos de este lugar, creo que es muy importante entender que la Tierra no siempre ha sido como es hoy. Snowball Earth es un ejemplo del tipo de cosas asombrosas por las que ha pasado la Tierra. Nunca lo hubiéramos sospechado si no hubiéramos investigado el registro geológico.
Tratar con Snowball Earth ha sido fantástico; ha sido la experiencia de aprendizaje más intensa de mi vida y nunca anticipé que sería aceptada en mi vida.
¿Y todavía estás en eso, después de 25 años?
Todavía estoy haciendo trabajo de campo en Namibia, a los 77 años. Es simplemente un problema grande y fascinante. Es difícil apartarme.
Fuente: Knowable Magazine.
Artículo original: «The story of Snowball Earth«. Laura Poppick. March 19, 2019.
Material relacionado
El escenario de «Slushball», (mezcla de hielo y agua)
Crédito de la imagen: NASA / JPL / Eric Rignot.
La Geóloga Linda Sohl es Investigadora del Centro de Investigación de Sistemas Climáticos, Universidad de Columbia y el Instituto Goddard de Estudios Espaciales (NASA).
Sohl y sus colegas han tomado modelos climáticos globales, que los científicos usan para predecir hacia dónde se dirige nuestro planeta en el futuro. Modificándolos, los usan también para estudiar dónde ha estado nuestro planeta en el pasado.
Simularon el Período Criogénico (hace 850-635 millones de años). Descubrieron que la temperatura media global de la Tierra podría haber caído 12 grados Celsius por debajo del punto de congelación. Sin embargo, el mundo no se congelaría por completo. Los modelos predicen que la mitad de los océanos permanecerán libres de hielo incluso en estas condiciones extremas. La implicación es que la Tierra resistió convertirse en una bola de hielo sólido en este punto crucial de su historia.
La posición del frente de hielo marino es aproximadamente estable para el año 500 del modelo. Sugiere que no se puede lograr una solución de «bola de nieve dura» para la combinación particular de insolación solar y nivel de CO2 aplicado.
Crédito de la imagen: NASA-GISS / Columbia-CCSR.
El equipo recibió una subvención del elemento de Exobiología y Biología Evolutiva del Programa de Astrobiología (NASA), para explorar otros escenarios de «Snowball Earth». El objetivo es identificar qué factores, como la disposición de los continentes y la circulación oceánica, juegan un papel en impulsar la glaciación o detenerla.
Los resultados podrían influir en las discusiones sobre los límites de habitabilidad alrededor de otras estrellas. Los planetas que contienen agua como la Tierra pueden tener algún mecanismo de defensa natural contra el congelamiento global, y esto podría significar que el agua líquida es más común en el Universo de lo que los astrobiólogos han asumido tradicionalmente. El siguiente artículo lo presenta.
- ‘Snowball Earth’ Might Be Slushy. Michael Schirber. Astrobiology Magazine. Aug 3, 2015.
¿Cómo terminó el período de la Tierra Bola de Nieve?
Hace más de 500 millones de años, nuestro planeta era una bola de nieve gigante que se precipitaba por el espacio. Los glaciares cubrieron el globo hasta el ecuador en uno de los misteriosos eventos «Tierra bola de nieve». Los geólogos creen que ocurrió al menos dos veces en el pasado antiguo de la Tierra. Ahora, los científicos han descubierto que el episodio final de la bola de nieve probablemente terminó en un relámpago hace unos 635 millones de años. Un evento geológicamente rápido que puede tener implicaciones para el calentamiento global impulsado por el ser humano actual.
Ancient ‘Snowball Earth’ thawed out in a flash. Lucas Joel. Science Magazine. Apr. 2, 2019.
Curiosidades
Mirando hacia los exoplanetas
Los planetas bloqueados por mareas gravitatorias en la zona habitable de las estrellas pueden evitar las edades de hielo globales, según un estudio. Este modela la interacción de dónde se forma el hielo y cómo refleja la luz solar. Mientras tanto, un segundo estudio ha encontrado que los planetas que están fuertemente inclinados tienen más probabilidades de experimentar edades de hielo repentinas.
- How Tidally-Locked Planets Could Avoid A ‘Snowball Earth’ Fate. Charles Q. Choi, Astrobiology Magazine. Apr 5, 2018.