La Antártida Oriental alberga la capa de hielo más grande de la Tierra y contiene suficiente agua para elevar el nivel global del mar en 52 metros, si se derritiera por completo. Sin embargo, durante décadas los científicos han desconcertado cómo y por qué se formó esta capa de hielo.
De hecho, hay dos misterios interrelacionados. En primer lugar, la Antártida quedó cubierta de hielo hace unos 34 millones de años (un período conocido como transición Eoceno-Oligoceno), mientras que la región ártica permaneció prácticamente libre de hielo durante otros 25 millones de años aproximadamente.
Los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera estaban cayendo drásticamente en ese momento y desempeñaron un papel importante en la caída de las temperaturas. Pero si ese fue el único factor detrás de la transición, ambos polos deberían haberse enfriado juntos. No lo hicieron.
Esto significa que probablemente algo más estaba dando ventaja a la Antártida.
El segundo misterio es que las temperaturas de la superficie del mar en el Océano Austral permanecieron inesperadamente cálidas durante aproximadamente 10 millones de años después de que se formara la capa de hielo de la Antártida Oriental. Esto no es lo que esperaríamos ver si la capa de hielo se hubiera formado simplemente en respuesta al enfriamiento global, en cuyo caso los océanos circundantes también deberían haberse enfriado considerablemente.
Mi nuevo estudio con colegas del Reino Unido y Alemania, publicado en Science, apunta a una respuesta enterrada muy por debajo de las capas de hielo: las montañas de la Antártida y las fuerzas geológicas en cámara lenta que las construyeron.
Un continente en movimiento
Esta historia comienza hace unos 170 millones de años, cuando la Antártida y África se unieron por última vez como parte del supercontinente Gondwana. Su división envió a la Antártida en una trayectoria hacia el Polo Sur, y esta ruptura masiva también desencadenó una cadena de eventos muy por debajo de la superficie. https://www.youtube.com/embed/lypwH_V5k6c?wmode=transparent&start=0 África y la Antártida se separaron durante el período Jurásico, hace unos 170 millones de años.
Cuando los continentes se rompen, el material caliente del manto de la Tierra brota debajo de ellos, se enfría y luego se hunde. Este movimiento giratorio desestabiliza la base del continente vecino, provocando una serie de inestabilidades similares a lámparas de lava que eliminan trozos de sus raíces profundas, uno por uno.
Estas perturbaciones, llamadas “ondas del manto”, se desplazan debajo de los continentes durante millones de años, viajando más de 1.000 kilómetros a medida que ondulan a través de la roca caliente y pegajosa debajo de la masa terrestre.
Mi equipo de investigación descubrió este fenómeno hace varios años. En dos artículos de Nature, reunimos múltiples líneas de evidencia independientes que apuntaban a la misma conclusión: las ondas del manto pueden desencadenar erupciones volcánicas con diamantes: explosiones violentas que disparan magma desde las raíces profundas de los continentes, a más de 150 kilómetros bajo la superficie.
También descubrimos que estas ondas del manto pueden generar pulsos inexplicables de elevación de tierra lejos de las zonas de ruptura donde originalmente se rompió el continente.
Utilizando modelos informáticos que simulan cómo evolucionan los paisajes a lo largo de decenas de millones de años, ahora hemos rastreado el efecto que estas ondas podrían haber tenido en la Antártida Oriental. Cerca de la costa, la grieta formó un imponente acantilado, llamado escarpa, de más de dos kilómetros de altura.
Cientos de kilómetros tierra adentro, la ola del manto arrancó rocas en las profundidades del continente. Como un globo aerostático que se eleva después de dejar caer su lastre, la tierra que se encontraba arriba se elevó lentamente, creando una vasta meseta y provocando una ola de erosión en todo el paisaje.
El levantamiento no se detuvo ahí. Continuó migrando hacia el interior y tardó aproximadamente 100 millones de años en llegar a las montañas Gamburtsev, a más de 1.500 kilómetros de la costa. Esta cordillera está ahora enterrada bajo 3 kilómetros o más de hielo. https://www.youtube.com/embed/Z45erzWI0cw?wmode=transparent&start=0 Cómo cambió el paisaje de la Antártida Oriental durante un período de 125 millones de años hasta hace 34 millones de años, el punto en el que se formó por primera vez una capa de hielo que abarcaba todo el continente.
La elevación es muy importante para el hielo. La temperatura del aire desciende aproximadamente 1°C por cada 100 metros de elevación ganada, por lo que incluso una elevación adicional modesta puede hacer que una cadena montañosa pierda su nieve cada verano y la conserve durante todo el año.
Hasta hace unos 50 millones de años, la mayoría de las montañas Gamburtsev se encontraban por debajo de 1,5 kilómetros, demasiado bajo para que mucha nieve sobreviviera al verano. Pero nuestros modelos muestran que alrededor de esta época, la ola de elevación (ver video arriba) llegó a esta región montañosa y empujó gran parte del rango por encima de los 2 km. A esta altura, la nieve y el hielo podrían persistir y comenzar a acumularse.
Según nuestros cálculos, hace unos 45 millones de años, suficiente paisaje de la Antártida Oriental había cruzado este umbral como para que los glaciares de montaña se afianzaran y comenzaran a extenderse.
Según otra línea de nuestro análisis, la capa de hielo comenzó a formarse precisamente en ese momento. En el momento de la glaciación continental, las temperaturas globales habían caído desde un máximo de alrededor de 30°C hace 50 millones de años, a cerca de 20°C. https://datawrapper.dwcdn.net/Fr2Sy/4/
Una vez que se formaron los glaciares en las tierras altas, se hicieron cargo dos circuitos de retroalimentación. En primer lugar, el hielo y la nieve reflejan mucha más luz solar que la roca desnuda, por lo que a medida que la capa de hielo creció, enfrió aún más la región circundante. Nuestros modelos sugieren que esto por sí solo redujo las temperaturas globales en alrededor de 1°C.
En segundo lugar, a medida que el aire sobre la Antártida se enfriaba, contenía menos vapor de agua, que es un potente gas de efecto invernadero. Un aire más seco significó una capa aislante más débil sobre la región, lo que permitió que las temperaturas descendieran aún más.
Juntos, estos circuitos de retroalimentación permiten que la capa de hielo se expanda desde sus fortalezas montañosas hasta la costa, fusionándose finalmente en la única capa de hielo que vemos hoy.
Fundamentalmente, el enfriamiento global de aproximadamente 1°C no fue suficiente para congelar el Ártico, ya que las masas terrestres del hemisferio norte no tenían la elevación para cruzar este umbral. Se necesitarían otros 25 millones de años aproximadamente, y niveles de CO₂ y temperaturas globales mucho más bajos, antes de que también se pudieran acumular grandes capas de hielo allí.
El cambio de temperatura que surgió de la formación de la capa de hielo tampoco fue suficiente para hacer que las temperaturas cayeran en picado en los océanos polares alrededor de la Antártida, reconciliando ambos misterios que rodean el origen de su capa de hielo.
Preparando el escenario para las edades de hielo
Nuestro trabajo muestra cómo la geología prepara el escenario para las edades de hielo. La altura del terreno determina si un clima determinado es lo suficientemente frío como para que se forme hielo.
Este concepto es importante para otros eventos climáticos del pasado de la Tierra. Si los procesos profundos de la Tierra pueden condicionar un paisaje para el hielo mucho antes de que el clima se enfríe lo suficiente como para que se formen capas de hielo, es posible que también hayan contribuido a edades de hielo anteriores.
Comprender el crecimiento de las capas de hielo del pasado también puede darnos pistas sobre el futuro. Nuestro estudio muestra que las condiciones necesarias para que se forme una capa de hielo continental son extraordinariamente específicas y requirieron escalas de tiempo geológicas para ensamblarse.
Sin embargo, cuando las capas de hielo se derriten, desaparecen mucho más rápido de lo que se formaron. Y una vez perdidos, no pueden simplemente volver a crecer.
Thomas Gernon, profesor de Ciencias de la Tierra y el Clima, Universidad de Southampton
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