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La Tierra bola de nieve
Verónica Alfaro Vila
Constantino García Ares
Andrea Lagoa Núñez
Carmen López Díaz
Sergio Martínez Domínguez
1º de Biología, Geología
10/11/2015
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Índice:
1. Introducción.
1.1. ¿Qué es la Tierra bola de nieve?
1.2. Cronología geológica del suceso.
1.3. Formulación de la hipótesis.
1.4. Discusión y controversia: diferentes hipótesis sobre la Glaciación global.
1.5. Contexto de formación de la Tierra Bola de Nieve.
1.5.1. Rodinia.
1.5.2. Atmósfera.
2. Mecanismo generador: teoría de P.Hoffman.
2.1. Proceso de formación de la Glaciación global: origen y causas.
2.2. Final de las sucesivas glaciaciones.
2.3. Mantenimiento cíclico de las glaciaciones. Duración de las glaciaciones.
2.4. El fin de la Glaciación global: la fragmentación de Rodinia y la ruptura del ciclo.
2.5. Sedimentos y rocas característicos del Criogénico.
Nota: las evidencias ligadas a este proceso se incluyen en su explicación. Otras evidencias se
resaltarán en el apartado 4.
3.Consecuencias.
3.2. Consecuencias paleoclimáticas.
3.3. Consecuencias para la biosfera: la biota de Ediacara.
4. Otras evidencias.
4.1. Formaciones de hierro bandeadas (BIF's).
4.2. Evidencias basadas en isótopos radioactivos.
5. Bibliografía.
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1. Introducción.
1.1. ¿Qué es la Tierra bola de nieve?
La Tierra bola de nieve (conocida en inglés como Snowball Earth) o Glaciación global es una
teoría paleoclimática que defiende la existencia de una o varias glaciaciones globales, es decir,
que cubrieron de hielo por completo la Tierra, durante el período Criogénico.
1.2. Cronología geológica del suceso.
El periodo Criogénico se sitúa a finales del eón Proterozoico dentro de la era
Neoproterozoica, y abarca el periodo temporal 850~635Ma, aunque otros autores proponen
otra data final situada en los 580Ma, fecha que coincide con la edad de los fósiles de la biota
de Ediacara más antiguos encontrados actualmente, que abren el siguiente periodo
(Ediacárico). El inicio del Criogénico se marca mediante la datación de los sedimentos
glaciares más antiguos de la época utilizando isótopos radioactivos. Su final, que da paso al
periodo Ediacárico, se define mediante la datación con isótopos radioactivos de los depósitos
carbonatados “cap-dolostone” formados tras las glaciaciones características de este periodo.
1.3. Formulación de la teoría.
La formulación actual de la Tierra bola de Nieve se atribuye a Paul Hoffman y colaboradores
(Hoffman et al., 1998). No obstante, es una teoría que se ha ido gestando a lo largo de 50 años
en la que participaron numerosos investigadores de campos muy variados. Cabe destacar que
el primer investigador en emplear el término Tierra bola de nieve fue J.L.Kirschvink en el año
1992.
1.4. Discusión y controversia: diferentes hipótesis sobre la Glaciación global.
Hoy por hoy, la teoría más aceptada sobre la Glaciación global es la anteriormente citada
(Hoffman et al.,1998), si bien todavía existe una acusada controversia respecto al número y
duración de glaciaciones durante este periodo: se cree que hubo 2 o 4 episodios glaciares
(existen indicios que apuntan hacia ambas hipótesis, aunque actualmente la mayoritaria es la
primera), algunos de alcance global y otros no. Algunos autores rechazan el carácter global de
cualquiera de estas glaciaciones, reduciéndolas a episodios glaciares locales. Otros sostienen
que existieron cuatro glaciaciones sucesivas que no se expandieron globalmente, si no que
formaron glaciares continentales de gran tamaño que se extendieron hasta el ecuador en
algunos casos, por lo que según esta hipótesis los océanos no se congelaron.
A pesar de que hoy en día existe consenso sobre el mecanismo generador de estos episodios
gélidos (se acepta el propuesto por Hoffman y colaboradores), en el pasado se propusieron
numerosas hipótesis sobre el mismo actualmente descartadas:
1. La órbita de la Tierra sería muy elíptica, lo que ocasionaría grandes contrastes térmicos
entre invierno y verano. Así, se sucederían numerosas glaciaciones muy extensas durante el
invierno seguidas de periodos interglaciares en verano.
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2. La inclinación del eje terrestre respecto a su plano de órbita sería muy acusada (entre 54º y
60º), por lo que los polos serían más calientes que el ecuador, que se convertiría en la zona
más fría del planeta. Esto explicaría la presencia de sedimentos glaciares en zonas que en la
época se situaban en el ecuador. Esta hipótesis está completamente descartada ya que el eje de
giro de la tierra es prácticamente constante debido a la acción estabilizadora ejercida por la
fuerza gravitacional de la luna. En definitiva, no se consiguió explicar este supuesto cambio
brusco en el eje terrestre.
A través del análisis de los datos paleomagnéticos ambas hipótesis pueden ser refutadas ya
que éstos muestran que las sucesiones de sedimentos carbonatados del Neoproterozoico se
formaron a bajas latitudes, lo que indica que el gradiente climático meridional no se invirtió,
fenómeno que hubiese tenido lugar si el eje de rotación del planeta hubiese sido muy oblicuo.
1.5. Contexto de formación de la Tierra Bola de Nieve.
1.5.1. Rodinia.
Rodinia es un elemento clave en la teoría
de la Glaciación Global puesto que su
disposición paleogeográfica fue la
causante última de la misma. La
disposición paleogeográfica de Rodinia
fue reconstruida por Paul Hoffman
basándose en el paleomagnetismo (las
rocas deben presentar una orientación
acorde a los datos paleomagnéticos de la
época) y en la correlación de unidades
geológicas (el paleorelieve debe ser
continuo).
Rodinia comienza a ensamblarse hace
aproximadamente 1.300 Ma, y no termina
de hacerlo hasta 300 Ma después. En su
formación,
primero
colisionaron Figura 1. Configuración paleogeográfica de Rodinia
Laurentia y Báltica, lo que produjo la antes de su fragmentación hace 750 Ma. El orógeno de
Greenville se representa en marrón oscuro, y las zonas de
formación, hace 1.100 Ma del orógeno de
fractura con franjas negras. (Cengage, 2013)
Greenville, una cadena montañosa de
elevada altitud y de gran longitud (ronda los 5000 km). Posteriormente chocó la Antártida
contra Laurentia, formando en el impacto numerosos orógenos conectados entre ambos
continentes, lo que se conoce como la conexión del SWEAT. Rodinia comenzó a fragmentarse
(Figura 1), aproximadamente, 750 Ma atrás, y no terminaría de hacerlo completamente hasta
150 Ma más tarde. Es necesario señalar que otras fuentes proponen otras datas de estos
fenómenos.
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1.5.2. Atmósfera.
La atmósfera neoproterozoica presentaba una mayor concentración de CO2, lo que provocaba
un mayor efecto invernadero (temperatura global más alta) y lluvias ácidas más intensas, lo
que intensificaba la meteorización química. No existía una capa de ozono que protegiese al
planeta de las radiaciones ultravioleta, por lo que parte del O 2 libre de esta atmósfera
primitiva, todavía muy escaso, se disociaba en oxígeno elemental y ozono (O3) como
consecuencia del impacto de este tipo de radiación. La atmósfera pasa de ser reductora a
oxidante durante el Proterozoico debido al O2 liberado por procesos fotosintéticos, de
meteorización y de disociación fotoeléctrica. Al inicio de este periodo el nivel de O 2 se
correspondía con el 1%, mientras que al final, antes de los episodios glaciares del Criogénico,
el nivel ya se situaba en el 10% (Figura 4).
2. Mecanismo generador: teoría de P. Hoffman.
2.1. Proceso de formación de la Glaciación global: origen y causas.
Hace 750 Ma aproximadamente, las masas continentales de Rodinia, que comenzaban a
fragmentarse, se situaban en latitudes medias y bajas, por lo que su posición paleogeográfica
bloqueaba las corrientes cálidas que circulaban desde el ecuador hasta los polos provocando
un descenso de su temperatura. Además, debido a esta posición ecuatorial de Rodinia se
acelera la meteorización química de diversos silicatos al recibir mayor radiación solar. A
través de este proceso los silicatos absorben CO 2 procedente de la atmósfera o de las intensas
lluvias ácidas de la época (el CO2, emitido mayoritariamente por volcanes, reacciona con el
vapor de agua atmosférico produciéndolas) que se transforma en CaCO3 según la reacción
CO2+CaSiO3→CaCO3+SiO2, provocando una disminución del efecto invernadero, lo que se
traduce en un descenso brusco de la temperatura de la tierra, que alcanza los -40 ~ -50ºC de
media (-20ºC en el ecuador, -80ºC en los polos). La disminución del efecto invernadero fue
intensificada por la actividad fotosintética, que estaba cobrando protagonismo durante este
periodo, provocando un mayor enfriamiento global y una oxigenación progresiva de la
atmósfera.
Debido al descenso de temperatura provocado por los mecanismos citados, se comienzan a
formar capas de hielo en los mares de ambos polos, que además producen una mayor bajada
de las temperaturas debido al efecto albedo, por el que el hielo, al ser muy claro, refleja gran
parte de las radiaciones y, por tanto, gran parte del calor procedente del sol; provocando la
aceleración de la extensión de los hielos por la superficie terrestre hasta entrar en contacto
cerca del ecuador. De hecho, el efecto albedo es tan intenso que una tierra completamente
helada reflejaría mediante el mismo un 70% de la radiación solar, y se intensifica a bajas
temperaturas debido a un cambio en la estructura cristalina del hielo formado que produce una
mayor reflexión de la radiación solar. Además, una vez que la expansión de los hielos ha
rebasado una latitud crítica de 30ºN y S, ésta se intensifica debido a un incremento de la
retroalimentación del efecto albedo (Kirschvink,1992; Hoffman et al.,1998). Así, la Tierra
quedó cubierta por una capa de hielo que rondaba entre los 3 km de espesor en los polos y los
1.5km en el ecuador.
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2.2. Final de las sucesivas glaciaciones.
La formación de estos glaciares globales conduce a su autodestrucción ya que bloquea dos
fenómenos, explicados anteriormente, que tienden a absorber gran cantidad de CO2 de la
atmósfera ya que están aislados de la misma por las capas de hielo: fotosíntesis y
meteorización química de silicatos. La ausencia de estos dos procesos aumenta la
concentración de CO2 en la atmósfera de manera exponencial debido a que no se consume, lo
que se traduce en un gran aumento del efecto invernadero y, por tanto, de la temperatura
global del planeta, que acaba provocando la fusión de los hielos. Ésta se ve acelerada debido a
una disminución muy acusada del efecto albedo producida por la reducción de la superficie
helada, por lo que la tierra acepta más energía proveniente de las radiaciones solares. Esto
ocasiona un contraste climático muy acusado, pasando de temperaturas por debajo de -40ºC a
otras que llegan a los 50ºC en un tiempo que, a escala geológica, es ínfimo. Así, se pasa de un
clima glacial a uno cálido con un potente efecto invernadero.
Cabe destacar que el final de las sucesivas glaciaciones globales también fue desencadenado
por la intensa actividad volcánica de la época, que liberó a la atmósfera grandes cantidades de
CO2 y CH4, gases causantes del efecto invernadero, lo que desencadenó una subida global de
la temperatura y la consecuente fusión de los hielos, provocando un aumento notable del nivel
del mar.
2.3. Mantenimiento cíclico de las glaciaciones. Duración de los episodios glaciares.
Estos episodios glaciales globales se mantuvieron cíclicamente debido al mantenimiento de la
posición paleogeográfica ecuatorial de Rodinia, lo que provocaba la aparición de una nueva
glaciación tras el fin de otra gracias al mecanismo explicado anteriormente. Lo más probable
es que este ciclo se haya repetido dos veces entre hace 850 y 580 Ma, aunque, como ya
comentamos, hay autores que defienden la existencia de 4 periodos glaciares dados por este
ciclo. De hecho, el propio Hoffman se debate entre estas dos posibilidades. Estos dos periodos
glaciares de denominan Glaciación de Sturtian y Glaciación de Varangian/Marinoan, y su
inicio y duración son fruto de una gran controversia. La primera se sitúa en torno hace
760/730 Ma y finaliza hace 700 Ma. El segundo episodio se inicia hace 665/650 Ma y termina
hace, aproximadamente, 635 Ma.
2.4. El fin de la Glaciación global: la fragmentación de Rodinia y la ruptura del ciclo.
El ciclo de repetición de las glaciaciones se mantendría intacto hasta que la fragmentación de
Rodinia avanzase, es decir, hasta que su posición paleogeográfica se alejase del ecuador,
deteniendo la aceleración de la meteorización química y restaurando las corrientes oceánicas
cálidas. Por tanto, ya no habría una disminución de los niveles de CO2 ni, por tanto, de la
temperatura global, por lo que no se originaría una nueva glaciación, produciéndose así la
ruptura del ciclo y la estabilización climática. Se cree que la intensa actividad volcánica que
tuvo lugar durante las glaciaciones por debajo de las capas heladas propició una
fragmentación más rápida de Rodinia.
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El último episodio glaciar (Glaciación de Varanger/Marinoan) termina hace 635 Ma
aproximadamente con la fusión de unos hielos bajo los cuales ya se situaba una Rodinia
fragmentada en grandes masas continentales que provocó el fin del ciclo.
2.5. Sedimentos y rocas característicos del Criogénico.
Lógicamente, la mayoría de los sedimentos y rocas característicos del periodo Criogénico son
de origen glaciar, aunque existen otras formaciones del mismo sin esta procedencia. Las
tillitas son rocas sedimentarias formadas por la litificación de tills como consecuencia de su
enterramiento, compactación y cementación. Los tills son depósitos de sedimentos muy
variados y desordenados de origen glaciar entre los que destacan arcillas, arenas, gravas y
cantos rodados.
Así, estos sedimentos y rocas son los más
comunes de este periodo y, aquellos que
se encuentran en zonas que, en la época,
se localizaban en el ecuador o cercanas a
éste (paleolatitud superior a 60º)
sustentan enormemente la teoría de la
Tierra bola de nieve (W.B.Harland,
1984). Se encuentran tills pertenecientes
al periodo Criogénico (Figuras 2 y 3),
datados entre 900 y 600 Ma, distribuidos
por todo el globo exceptuando la
Antártida en zonas como Noruega, donde
se encuentran los primeros depósitos de
este periodo (depósitos de Varanger),
África, Groenlandia, Sudamérica, Europa
y Australia. Según algunos autores, estos
depósitos
posiblemente
representan
cuatro glaciaciones (Anguita, 2002).
Figura 2. Localización de depósitos de tillitas y BIF's
procedentes de la Glaciación de Marinoan.
(http://www.snowballearth.org/index.html)
La masiva emisión de CO2 efectuada por Figura 3. Localización de depósitos de tillitas y BIF's
la intensa actividad volcánica de este procedentes de la Glaciación de Sturtian.
periodo y el gran aumento de las (http://www.snowballearth.org/index.html)
temperaturas tras el final de las glaciaciones provocó la formación de grandes depósitos de
calizas carbonatadas sobre las tillitas glaciares (en inglés se conocen como “cap-dolostone”)
extendidos por todo el globo que marcan el inicio del periodo Ediacárico. A través de la
datación de estos depósitos empleando isótopos radioactivos se confirma que tienen una edad
muy similar, indicio de que tuvo lugar una desglaciación sincrónica y rápida.
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3.Consecuencias:
3.1. Consecuencias paleoclimáticas.
Durante la fusión de los hielos, los rayos
UVA reaccionaron con la superficie del
hielo (H2O) produciendo gran cantidad
de agua oxigenada (peróxido de
hidrógeno), que se descompone
liberando O2 y oxigenizando la
atmósfera
según
la
reacción:
2H2O2→2H2O+O2. De este modo,
aumenta notablemente su concentración
en la atmósfera hasta alcanzar casi el
21% actual (Figura 4).
Figura 4. Concentración de oxígeno en la atmósfera a lo
largo de la Historia de la Tierra. Se observa una gran
oxigenación de la atmósfera durante los periodos glaciales
del Criogénico. (http://www.snowballearth.org/index.html)
3.2. Consecuencias para la biosfera: la biota de Ediacara.
La biodiversidad de este periodo es difícil de determinar ya que su registro fósil es muy
escaso e incompleto. No obstante, las formas de vida presentes antes y después de las
glaciaciones están determinadas: por ejemplo, está claro que ya existían organismos
eucariotas antes de las glaciaciones.
Los periodos glaciares del Criogénico tuvieron un doble impacto sobre la biosfera. Por una
parte, provocaron una extinción masiva prácticamente inmediata debido al clima extremo que
los caracterizó y a la disminución del nivel de CO2, lo que redujo la productividad y la
biodiversidad de los organismos fotosintéticos, que vino acompañada de un descenso de la
concentración de O2 que provocó la muerte de numerosas formas de vida aerobias. La vida
estuvo cerca de desaparecer. No obstante, existen varias hipótesis para explicar su
supervivencia bajo las capas heladas: la vida pudo preservarse en las fuentes hidrotermales
(fumarolas negras), en lagos subglaciares o en pequeñas charcas de agua líquida formadas
cerca de los volcanes debido al calor que éstos emanan. Las formas de vida aerobias pudieron
preservarse de dos maneras: los organismos fotosintéticos pudieron realizar la fotosíntesis en
zonas donde la capa de hielo era muy fina o en donde estuviese fragmentada (Hoffman et al.,
1998). Ambos ambientes estarían bien oxigenados, permitiendo la supervivencia de los
organismos aerobios.
Por otra, en este periodo aparecen, aproximadamente hace 580Ma, las primeras formas de
vida pluricelulares complejas de gran tamaño, con morfologías inusuales en la biosfera actual,
denominadas fauna o biota de Ediacara (Figura 5). A pesar de su nombre, en realidad no está
determinado si se trata de formas de vida pertenecientes a la fauna o a la flora (Seilacher,
1992). De hecho, este autor llega a proponer que son organismos eucariotas evolucionados
que constituyeron otra rama del árbol de la vida posteriormente extinta.
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Estos
organismos
que
habitaban los fondos marinos
formarían
ecosistemas
“ideales” en los que no
habría
depredación
ni
organismos
carroñeros,
nutriéndose a partir de la
filtración
del
agua.
Posiblemente, la aparición de
estos organismos esté ligada Figura 5. Organismos de la biota de Ediacara. Las barras representan
a la Tierra bola de nieve: tras 10cm, por lo que se observa que algunos, como Dickinsonia, de casi un
metro de longitud, eran de gran tamaño. (Seilacher, 1992)
la
acusada
extinción
desencadenada por las glaciaciones, tuvo lugar un fenómeno de radiación evolutiva que le
abrió las puertas a nuevas formas de vida como lo fueron las ediacáricas.
4. Otras evidencias.
4.1. Formaciones de hierro bandeadas (BIF's).
Las formaciones de hierro bandeadas consisten en la alternancia de láminas milimétricas o
centrimétricas de hierro oxidado y sílex originadas debido a la reacción del hierro y del silicio
con el O2 atmosférico. Cobran sentido dentro de la hipótesis de la Tierra bola de nieve al ser
una evidencia de la poca cantidad de O2 presente en los océanos debido a su aislamiento con
la atmósfera. Así, en una tierra helada no se oxidaría el hierro, formando bandas no oxidadas.
Tras el fin de cada una de las glaciaciones se oxidaría parte del mismo debido al aumento de
O2 en la atmósfera, por lo que se formarían bandas oxidadas. La presencia de esta alternancia
entre bandas oxidadas y no oxidadas en estas formaciones cuya antigüedad se corresponde
con los periodos glaciares e interglaciares testifica que tuvieron lugar.
4.2. Evidencias basadas en isótopos radioactivos.
La datación con isótopos radioactivos, que mejoró mucho en los últimos años, permite datar
de manera muy precisa fósiles y sedimentos de numerosos periodos geológicos. Dentro de la
Tierra bola de nieve, esta herramienta permite datar los sedimentos y fósiles del periodo
Criogénico mediante los isótopos δ13C, 87Sr, 86Sr y δ34S estableciendo relaciones entre ellos
para determinar, por ejemplo, la duración de las glaciaciones, la evolución de la biodiversidad
o cómo ocurrió el proceso de fragmentación de rodinia y así poder inferir que efectos
ambientales tuvo. Cabe destacar que los datos obtenidos en base a esta herramienta apuntan a
que fueron dos los episodios glaciares de gran magnitud durante el Criogénico.
El descenso brusco en la concentración del isótopo δ13C en este periodo, que se observa a
través del análisis de los depósitos carbonatados y de las tillitas (Hoffman et al., 1996),
testifica lo próxima que estuvo la vida a su extinción: al disminuir el número de organismos
vivos se reduce el consumo de 12C, por lo que la concentración de δ13C se diluye.
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