Los glaciares cuaternarios , también llamados heladas plio-cuaternarias, son sucesiones de al menos 17 periodos glaciares (periodo inicialmente que va desde 50 000 años y, desde 1,2 Ma , con una periodicidad cercana a 100 000 años) que ocurren regularmente durante 2,58 millones de años (durante el período Sistema cuaternario , último período de la era Cenozoica ), y separados por períodos interglaciares (que duran entre 10 y 20.000 años). Este período es parte de un evento de enfriamiento climático global que ha estado en curso durante más de 50 Ma y constituye el período más frío. Las edades de hielo se caracterizan por el desarrollo de capas de hielo en los continentes, cuya acción ha contribuido en gran medida a moldear los paisajes actuales a través de la erosión glaciar . Estas alternancias dieron como resultado ciclos de extinción seguidos de la recolonización de ambientes que, asociados con la deriva genética , estructuraron profundamente la diversidad genética de cada zona durante sucesivos episodios glaciares.
La fase de formación de la capa de hielo del Ártico comenzó hace unos 2,7 millones de años. Le siguió un lento proceso de enfriamiento global, cuyos inicios ya se pueden encontrar al final del Eoceno . Hace 4,6 millones de años, el istmo de Panamá comenzó a cerrarse, lo que provocó la interrupción de las corrientes oceánicas , lo que entre otras cosas resultó en un aumento de la humedad del aire en el Ártico y, finalmente, en el congelamiento del hemisferio norte.
La Edad de Hielo actual está marcada por breves períodos de calentamiento. Los episodios fríos (glaciaciones) se caracterizan por una extensión masiva de glaciares . Con una duración media de 90.000 años, dominan en gran medida los episodios interglaciares (solo 15.000 años). Estos interglaciares generalmente se establecen rápidamente, mientras que las glaciaciones son muy progresivas. Por lo tanto, el cambio climático rara vez se equilibra: el calentamiento rápido va seguido de un enfriamiento lento y duradero.
El ciclo completo de un interglacial al siguiente dura, en períodos recientes, algo más de 100.000 años; pero esta estimación solo es válida para los últimos 600.000 a 800.000 años. Desde 2,7 millones de años hasta aproximadamente 700.000 años AP, la duración media de un ciclo era de sólo 40.000 años. Debemos relacionar esto con períodos casi tan largos de cambio en la inclinación de la eclíptica (inclinación del eje de la tierra ). El ciclo actual de 100.000 años está relacionado principalmente con variaciones en la excentricidad de la órbita de la Tierra. Actualmente no existe una interpretación satisfactoria de esta alteración en la duración del ciclo.
El interglaciar actual designado en la escala de tiempo geológico como la serie del Holoceno , ya ha durado 11.000 años. Sin embargo, estos episodios, más calientes que los episodios de glaciación, presentan un clima relativamente fresco en una escala de tiempo geológico: la capa de nieve alrededor de los polos y en la cima de las montañas ( nieve eterna ) permanece permanente. Sin embargo, los glaciares no pueden mantenerse en latitudes medias y el clima templado de hoy está establecido allí, con inviernos suaves en particular.
Ahora buscamos las causas del enfriamiento general del planeta desde el Eoceno en la propia geología, siendo además fácilmente explicadas las pequeñas oscilaciones climáticas por las variaciones periódicas de la excentricidad de la órbita terrestre o los ciclos de actividad del Sol.
La investigación de las causas del ciclo de las glaciaciones sigue siendo una de las ramas fundamentales de la paleoclimatología en la actualidad . Está estrechamente relacionado con los nombres de James Croll y Milutin Milanković , ambos basados en la hipótesis del francés Joseph-Alphonse Adhémar , según la cual las alteraciones en la geometría de la órbita de la Tierra serían responsables de glaciaciones periódicas.
Las variaciones de la órbita de la Tierra son consecuencia de la evolución de la distribución de interacciones gravitacionales dentro del sistema Sol-Tierra-Luna . Alteran la forma elíptica de la órbita de la Tierra ( Excentricidad ) alrededor del Sol durante un período de aproximadamente 100.000 años, así como una oscilación del propio eje de rotación de la Tierra (inclinación de la Eclíptica ) durante un período de aproximadamente 100.000 años. de 40.000 años, mientras que el eje de los equinoccios toma la misma posición en la trayectoria elíptica casi cada 25.780 años ( precesión ). Estos “ ciclos de Milanković ” provocan cambios periódicos en la distribución del flujo solar en la superficie de la Tierra.
Inspirado en las ideas del meteorólogo alemán Vladimir P. Köppen , Milutin Milanković formuló en 1941 ( Der Kanon der Erdbestrahlung und seine Anwendung auf das Eiszeitproblem ) la hipótesis según la cual las glaciaciones ocurren siempre que la radiación solar recibida en altas latitudes del hemisferio norte es en un mínimo. Según Köppen, de hecho, el frescor del verano cuenta más que el frío de los inviernos en la formación de los glaciares. Por lo tanto, Milanković buscó la causa de las glaciaciones en las regiones con los veranos más fríos, a saber, las altas latitudes del hemisferio norte.
Para algunos, las variaciones en los parámetros de la órbita de la Tierra (ciclos de Milankovitch) pueden haber sido un factor desencadenante del fenómeno, pero su acción ciertamente fue amplificada por varios factores. Así, los procesos tectónicos y su acción sobre las corrientes marinas se han planteado como una de las causas del inicio del congelamiento de la Antártida y el Hemisferio Norte. Además, el contenido de CO 2 de la atmósfera, que se suma a las oscilaciones térmicas del globo, habría jugado un papel activo, como lo demuestran diversos estudios realizados sobre los núcleos de hielo de 800.000 años de antigüedad extraídos de la Antártida y el Estados Unidos Groenlandia. De esta forma, la caída de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera, como el dióxido de carbono (así como el metano y el óxido nitroso ) explican alrededor de un tercio del descenso de temperatura que provocó las glaciaciones, e incluso la mitad según un reciente informe. estudio. Otros procesos de retroalimentación positiva, como la amplificación del albedo por los casquetes polares o la desaparición de la cubierta vegetal, así como la variabilidad de la humedad atmosférica han mantenido el fenómeno. Las variaciones denominadas "stadial" (enfriamiento efímero durante una era interglacial) e "interestadial" se explican por el acoplamiento con la circulación termohalina .
Hubo dos docenas de oscilaciones climáticas durante la última edad de hielo , durante la cual la temperatura del Atlántico Norte se elevó a 12 ° C durante solo una década. Estos “ eventos Dansgaard-Oeschger ” parecen ocurrir cada 1.470 años, periodicidad que intentamos explicar por la concomitancia de dos ciclos solares : el de 87 años y el de 210 años, ya que 1.470 es el primer múltiplo común. 210 y 86,5 . Durante el interglacial actual, estos eventos de Dansgaard-Oeschger todavía no se repitieron porque las pequeñas variaciones en la actividad solar no fueron suficientes para alterar significativamente la estabilidad de las corrientes del mar Atlántico desde hace 10.000 años.
Inicialmente, la datación de las glaciaciones cuaternarias se basó en la ubicación de los depósitos correspondientes. Se distinguieron por la estructura de capas alternas de sedimentos interglaciares con morrenas glaciales. Pero la comparación y búsqueda de coincidencias entre los depósitos identificados en áreas remotas reveló muchas dificultades. Así, todavía no tenemos certeza sobre la concomitancia de los depósitos de la glaciación de Saale (que afectó al norte de Alemania) y los de la glaciación de Riss , en el espacio alpino . Es por esto que las diferentes regiones de la Tierra conservan su propia división estratigráfica Cuaternaria.
Estas diferentes denominaciones regionales, donde los propios especialistas tienen dificultades para identificar, crean confusión entre el público en general. Así es como el último avance glaciar, que alcanzó su punto máximo hace más de 20.000 años, se denomina " glaciación de Würm " en Francia y otros países alpinos, "glaciación de Devensien" en las islas británicas , " glaciación del Vístula " en Alemania y el norte de Europa, "glaciación de Valdai". ”En Rusia, y finalmente“ Wisconsin Glaciation ”en Norteamérica. Hay tanta diversidad para otras edades de hielo e interglaciares.
Otra dificultad para fechar los depósitos glaciares continentales es que la estratificación no es un proceso continuo. Las fases intensas de sedimentación (como durante la progresión de la capa de hielo ) han sucedido fases sin sedimentación, o incluso fases de erosión. En el norte de Alemania, por ejemplo, no hay ningún sitio donde haya una alternancia completa de sedimentos de las tres fases principales de glaciación y aluvión de episodios interglaciares. Por lo tanto, la verificación cruzada solo puede realizarse mediante la comparación con regiones remotas, lo que puede dar lugar a errores de evaluación.
La subdivisión adoptada internacionalmente para las glaciaciones cuaternarias se basa en las propiedades de los depósitos sedimentarios marinos. Estos sedimentos ofrecen la interesante característica de ser depositados regularmente en bolsas preservadas, lo que permite la deposición de sedimentos tanto en períodos cálidos como fríos.
Un recurso notable para fechar las diferentes etapas de la Edad del Hielo es el comportamiento de los isótopos de oxígeno estables 16 O y 18 O fijados en los microorganismos de los corales ( foraminíferos ). Como el isótopo 16 O es más ligero que el 18 O, está presente en mayor proporción en los depósitos sedimentarios, lo que da como resultado una composición isotópica particular de oxígeno . La captura del isótopo ligero 16 O en los glaciares continentales durante las glaciaciones cargó el océano con isótopos pesados durante estos períodos (efecto de congelación). Así se desarrolló una disciplina específica, la estratigrafía de sedimentos marinos .
La Edad de Hielo se dividió en 103 etapas isotópicas de oxígeno . A los períodos de calentamiento (interestadial o interglacial) se les asigna un número impar y los episodios de congelación se numeran pares. Así, el interglacial contemporáneo se clasifica como Estadio 1 isotópico de oxígeno (abreviado OIS 1 de acuerdo con la denominación internacional Etapa 1 del isótopo de oxígeno ), y el pico de la última glaciación como OIS 2. En previsión del descubrimiento de nuevas variaciones isotópicas posteriores a la adopción de esta clasificación, se planeó intercalarlos con letras con sufijo después del número: ej. “OIS 5e” para el Eem interglacial.
MagnetoestratigrafíaOtra forma muy común de subdividir el Cuaternario es detectar variaciones e inversiones en el campo magnético de la Tierra. Dos claras inversiones del campo magnético ocurrieron en el Cuaternario, una hace 780.000 años y la otra hace 2.580.000 años (el término "inversión" no debe tomarse aquí literalmente, sino como una disminución gradual del campo magnético en un polo, y su incremento correlativo en el otro). Ha habido otras fases de inversión del campo magnético durante grandes edades, como hace 1,77 millones de años. Cuando uno encuentra un indicio de una de estas inversiones, por ejemplo en la orientación de las rocas magnéticas de los depósitos glaciares, es posible fechar estos depósitos. Este método es adecuado para sedimentos continentales y marinos . Así es como la datación del inicio de las glaciaciones es universalmente reconocida por los investigadores: se ubica en la gran inversión del campo magnético ubicada en el límite Plioceno - Cuaternario , hace 2,59 millones de años, y concuerda bien con los primeros avances de los glaciares. en el hemisferio norte.
En Europa central , las glaciaciones llevan el nombre de ríos cuyos lechos marcan generalmente la extensión máxima de la capa de hielo. Mientras que en el sur de Alemania los glaciares se extendían desde los picos alpinos, en el norte de Alemania eran una extensión de la capa de hielo escandinava . A excepción de la última glaciación (de la que aún no se tiene certeza), la extensión de los glaciares en el Arco Alpino y en el norte de Alemania progresó de forma absolutamente sincrónica . Por tanto, los valores propuestos hoy están sujetos a revisiones en el futuro ante los nuevos avances científicos.
Zona alpina (extensión máxima) |
Norte de Alemania (extensión máxima) |
Periodo (en miles de años BP) |
OIS |
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- | Glaciación de Brüggen ( Brüggen ) | aprox. 2200 | ? |
Glaciación de Biber ( Biberbach ) | - | aprox. 1900–1800 o 1500–1300 | OIS 68–66 o OIS 50–40 |
- | Glaciación Eburon ( Éburonne ) | aprox. 1400 | ? |
Glaciación Donau ( Danubio ) | - | aprox. 1000–950 | OIS 28-26 |
- | Ménape glacial ( Menapii ) | 640–540 | ? |
Glaciación de Günz ( Günz ) | - | 800–600 | OIS 20–16 |
Glaciación de Mindel ( Mindel ) | - | 475–370 | OIS 12 |
- | Glaciación de Elster ( Elster Blanc ) | 400–320 | OIS 10 |
Glaciación de Riss ( Riss ) | glaciación del Saale ( Saale ) | 350-120 (Riß), 300-130 (Saale) | OIS 10–6 (Riß), MIS 8–6 (Saale) |
Glaciación de Würm ( Würm ) | glaciación del Vístula ( Vístula ) | 115-10 | OIS 2–4 |
Subdivisiones litoestratigráficas | Equivalente alpino | Equivalente nórdico | Tiempo | Cronología de isótopos | Biozona de mamíferos |
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Tubantian | Würmien | Weichseliano | Frío | SIO 4-2 o SIO 5d-2 | MNQ 26 |
Emian | Interglacial Riss-Würm | Emian | Caliente | WIS 5th | MNQ 25 |
Drenthien | Saalien | Glaciación de Riss | Frío | SIO 10-6 o SIO 8-6 | MNQ 22-24 |
Needien | Interglacial Mindel-Riss | Holsteiniano | Caliente | WIS 11 | MNQ 22 |
Taxandriano | Glaciación de Mindel | Elstérien (o "Günz II" ) | Frío | SIO 10 o SIO 12 | MNQ 22 |
Cromerian | Interglacial de Günz I y II | Cromerian | Caliente | WIS 22-13 | MNQ 21 |
Menapiano | Glaciación de Günz | Menapian y Bavelian | Frío | SIO 31-23 y SIO 22-16 | MNQ 20 |
Waalien | Interglacial Donau-Günz | Waalien | Caliente | MNQ 19 | |
- | Glaciación Donau | Eburonian | Frío | WIS 28-26 | |
Tiglien | Biber-Donau interglacial | Tiglien | Caliente | ||
Amstélien (nl) | Glaciación de Biber | Pretigliano | Frío | SIO 68-66 o SIO 50-40 | MNQ 18 |
Durante las últimas edades de hielo, la capa de hielo y los campos de nieve se han expandido considerablemente, cubriendo alrededor del 32% de la masa terrestre del globo, especialmente en el hemisferio norte: esto era una gran parte de Europa , desde Asia y América del Norte . Actualmente, solo el 10% de la superficie terrestre todavía está cubierta de glaciares.
Las huellas de los glaciares, debido a la erosión glacial, todavía son evidentes, ya sean sitios de grandes dimensiones (por ejemplo, el distrito de los lagos de Mecklenburg , los valles glaciares de Brandeburgo) o de dimensiones modestas que han resistido sorprendentemente las formas. Erosión posterior (por ejemplo, morrenas , hombros, rocas esponjosas). Así, por ejemplo, en los Alpes Marítimos, encontramos sitios de testigos de glaciares que se pueden fechar en OIS 16 y 12.
Durante las glaciaciones del Cuaternario, la extensión de las capas de hielo de la Antártida fue mucho más estable que la del Ártico. Por un lado, se supone que la congelación de la tierra y las plataformas continentales de suave pendiente en el hemisferio norte fue más intensa que en el Océano Antártico. Por otro lado, como el continente antártico ya está congelado en profundidad, la capa de hielo puede extenderse muy poco hacia la superficie. La extensión actual del glaciar está ligada a la caída del nivel del mar.
A lo largo del presente interglacial ( Holoceno ), la capa de hielo se ha reducido considerablemente. Después de un avance final durante la fase de hielo hacia el final del Younger Dryas , el retroceso fue rápido al comienzo del Holoceno, con la desaparición de varios glaciares, notablemente en Islandia y en la península escandinava. Esto se aplica al apogeo del interglaciar (Holoceno), hace poco más de 7.000 años. En ese momento, los glaciares alpinos fueron mucho menores de lo que eran a principios del XX ° siglo . Si varios investigadores admiten que los glaciares de los Alpes o Escandinavia son vestigios de la última glaciación, otros estiman que solo aparecieron durante los últimos 6000 años, varios de ellos sin haber alcanzado su extensión, máxima que hace unos pocos siglos.
La formación de los casquetes polares continentales fijó enormes cantidades de agua. En el apogeo de la última edad de hielo, el nivel del mar era de 120 a 130 m más bajo . Esto fue acompañado por la aparición de varias penínsulas. Se ha descubierto que los mares cerrados y los mares interiores como el Mar del Norte están prácticamente secos. La aparición del estrecho de Bering , que unía el noreste de Asia con América del Norte, resultó ser de importancia decisiva para la evolución de los seres vivos: permitió intercambios faunísticos y florísticos entre los dos mundos y el primer poblamiento de América (según la teoría recibida la XX XX siglo ).
Estas glaciaciones provocan una reanudación de la erosión de los cursos de agua debido a la caída del nivel de base, lo que tiene el efecto de desestabilizar su perfil de equilibrio y provocar la profundización de las formaciones geológicas. Dependiendo de esta erosión, todos los cursos de agua muestran el afloramiento de formaciones geológicas cada vez más profundas (y por lo tanto antiguas) desde aguas arriba hasta aguas abajo. A medida que el nivel del mar sube después de cada fase de glaciación, “la erosión se desvanece y prevalece la sedimentación . Luego se deposita una sucesión de aluviones (antiguos a recientes) en el fondo del valle, formando terrazas fluviales durante la reanudación de la erosión. Dentro de estos depósitos aluviales se alternan niveles más o menos turbosos de gravas, arenas y / o arcillas dependiendo de la dinámica de transporte, la sedimentación se vuelve cada vez más fina a medida que disminuye la velocidad del flujo ” .
Durante las glaciaciones, como resultado de las temperaturas más bajas, las precipitaciones fueron generalmente mucho más bajas que durante los períodos cálidos; pero en realidad esta evaluación enmascara contrastes regionales muy importantes. Mientras que las latitudes polares y medias experimentaron un clima bastante seco, los trópicos podrían experimentar en algunos lugares un clima húmedo. Los desiertos tropicales eran áridos y las tierras tropicales húmedas pequeñas. Pero la cantidad de agua que se puede movilizar en la lluvia en latitudes altas y medias fue mayor durante las glaciaciones que en la actualidad, porque el descenso de las temperaturas y la reducción de la cubierta vegetal redujeron la absorción de agua en la misma cantidad.
El último máximo glacial (LGM) ocurrió hace 21.000 años. La temperatura media global fue de 5 a 6 K más baja que la actual. Sabemos por el gas fijado en el hielo polar que la concentración atmosférica de CO 2 (dióxido de carbono) durante los 800.000 años antes del año 1750 varió entre 180 ppm en periodos fríos (glaciaciones) y 300 ppm en periodos cálidos (interglaciales); desde el año 1750 esta concentración se ha incrementado en un 40% en comparación con los niveles antes de la Revolución Industrial (278 ppm de CO 2 antes de la Revolución Industrial y 390,5 ppm en 2011) - y en un 150% en el metano , otro gas de fuerte efecto invernadero ( 722 ppb de CH 4 en 1750 y 1803 ppb en 2011).
En las últimas etapas de cada glaciación, la temperatura de la tierra se elevó como resultado del aumento natural de la radiación solar y luego, en reacción a este calentamiento inicial, la atmósfera se cargó con gas CO 2 y metano. Esta concentración lleva algunos siglos. El fenómeno es reversible, es decir que cada glaciación va acompañada de una caída en el contenido de gases de efecto invernadero. El aumento de temperatura dicta prácticamente la tasa de concentración de gases de efecto invernadero: las curvas de variación del CO 2 atmosférico y el contenido de metano son prácticamente paralelas a la curva de temperatura durante este proceso. Esta correspondencia de variaciones cronológicas es unívoca y no presenta discontinuidad o cúspide, por lo que para este período geológico, la interacción Sol-temperatura en el suelo de la Tierra parece jugar un papel preponderante.
Una teoría diferente sugirió que la liberación de gases de efecto invernadero conduciría por un proceso de retroalimentación a una desaceleración del calentamiento seguido de una nueva fase de liberación de gases de efecto invernadero, hasta que se alcanzara un estado estable. Finalmente se alcanzó, y el clima y el gas de efecto invernadero la concentración se habría mantenido relativamente estable durante los interglaciares. Este mecanismo de calentamiento natural podría haber explicado entonces el calentamiento global actual, porque se considera que el aumento del contenido de gases de efecto invernadero en la atmósfera, hoy vinculado a la actividad antropogénica, relanza un aumento de la temperatura.
Sin embargo, esta teoría se ve debilitada por observaciones convergentes que muestran que el aumento en el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera sigue, a veces en varios cientos o incluso miles de años, al aumento de la temperatura. Esto se debe al proceso de desgasificación de los océanos, bajo el efecto de la temperatura, que ciertamente podría alimentar bucles de retroalimentación positiva, pero los estudios sobre este último punto son insuficientes por el momento.
Finalmente, según varios investigadores, la radiación solar juega solo un papel subordinado en la fase de calentamiento actual.
Las variaciones climáticas del Cenozoico han marcado de manera decisiva la evolución de los seres vivos. Las alternancias de enfriamiento y calentamiento han confinado a las especies vivas a hábitats específicos. Innumerables especies de plantas y animales han tenido que abandonar su territorio o se han extinguido.
Muchas especies características de este período, especialmente la megafauna, están hoy extintas como el mamut , el mastodonte , el saiga , el tigre dientes de sable , el león cavernario, el oso cavernario , etc., sin contar el Homo heidelbergensis , antepasado del hombre de Neandertal . Después de muchas controversias sobre el origen supuestamente climático de estas extinciones, ahora está comprobado que el hombre, a través de la caza, tuvo un impacto decisivo, si no exclusivo, en su extinción entre -50.000 y -10.000.