Los Climas Del Cuaternario_TONNI

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Volumen 8 - Nº45 - MARZO/ABRIL 1998

Revista de Divulgación Científica y Tecnológica de la Asociación Ciencia Hoy

ARTICULO. Los climas del cuaternario: Causas y concecuencias

Eduardo Tonni; Alberto Cione; Ricardo Pasquali

Las evidencias geológicas y paleontológicas permiten reconstruir los cambios climáticos ocurridos en el pasado geológico. Durante el Cuaternario tardío,época geológica que abarca los últimos 780.000 años, el clima mundial fue afectado por ciclos glaciales. La influencia de factores astronómicos puede

explicar la distribución temporal de esos ciclos. Una de las consecuencias que el enfriamento global provocó en America del Sur, fue que especies adaptadas a condiciones frías migraran hacia el Norte. Así, durante los momentos en que los climas eran más rigurosos, en lo que hoy es la provincia de Buenos Aires,

habitaban mamíferos ahora patagónicos.

LOS CICLOS DE MILANKOVITCH

La existencia de períodos glaciales (llamados también glaciaciones) fue inferidapor primera vez en 1837 por el biólogo suizo-norteamericano Louis Agassiz.Agassiz obtuvo datos geológicos que indicaban que las glaciaciones de losAlpes se habían expandido en el pasado a las tierras bajas que los circundaban.Esto lo llevó a sugerir que, en un tiempo geológico no muy lejano, el climahabría sido mucho más frío que el actual. Esta hipótesis se vio reforzada porestudios realizados por el mismo investigador en Escocia y los Estados Unidos.

En 1842, el matemático francés Joseph Adhémar sugirió que las glaciacionespodrían haberse originado por factores astronómicos que causaron una

disminución en la cantidad de irradiación que la Tierra recibe del Sol.

En lo que sigue se analizarán algunos de estos mecanismos.

Durante la década de 1860, el escocés James Croll, un científico autodidactaque se desempeñaba como conserje del Andersonian College and Museum deGlasgow, presentó una novedosa teoría para explicar las glaciaciones. Lavisión de Croll, que está resumida en su libro El clima y las épocas, se basó enlos cálculos que había realizado el astrónomo francés Urbain Leverrier parapredecir las variaciones de la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededordel Sol. De acuerdo con Croll, las complicadas interacciones gravitatorias en el

sistema solar hacen que la forma de la órbita terrestre cambie de modo regulary previsible, pasando de ser casi circular a una forma de elipse algo estirada.



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Fig 2

Cambio ciclico de la forma de la órbita terrestre

Según este científico, cuando la órbita es circular, se expresan las condicionescálidas características de un período interglacial; mientras que la órbitaalargada corresponde a los períodos glaciales. Croll sostenía que si losinviernos eran fríos la nieve podía acumularse con mayor facilidad y, de estemodo, reflejaría la radiación solar incidente manteniendo a la Tierra fría. Si

durante los inviernos del Hemisferio Norte la Tierra estaba lejos del Sol -lo quesucede cuando la órbita tiene forma alargada-, debería producirse unaglaciación.

Entre las décadas de 1920 y 1930, el astrónomo yugoslavo Milutin Milankovitchcalculó, laboriosamente, las variaciones en lacantidad de radiación solar que recibe la Tierradebidas a cambios en los movimientos detraslación y de rotación del planeta, y propuso unmecanismo astronómico para explicar los ciclosglaciales basado en tres factores. El primer factor

es la inclinación del eje de rotación terrestre. Alaumentar su ángulo, las estaciones resultan másextremas en ambos hemisferios (veranos máscálidos e inviernos más fríos). Actualmente, el ejede la Tierra está desviado 23,44 grados conrespecto a la vertical; esta desviación fluctúa entre21,5 y 24,5 grados a lo largo de un periodo de41.000 años. (Figura 1). Un segundo factor queacentúa las variaciones entre las estaciones es la

forma de la órbita terrestre. Con un período de, aproximadamente, 100.000años, la órbita se alarga y acorta, lo que provoca que su elipse sea másexcéntrica y luego retorne a una forma más circular. La excentricidad de la órbita terrestre varía desde el 0,5%, correspondiente a una órbitaprácticamente circular; al 6% en su máxima elongación. Cuando se alcanza laexcentricidad máxima, se intensifican las estaciones en un hemisferio y semoderan en el otro. (Figura 2).



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Fig 3 Movimiento de precesión del eje de rotación

terrestre

El tercer factor es la precesión o bamboleo del eje de rotación de la Tierra, quedescribe una circunferencia completa, aproximadamente, cada 23.000 años. Laprecesión determina si el verano en un hemisferio dado cae en un punto de laórbita cercano o lejano al Sol. El resultado de esto es el refuerzo de las

estaciones, cuando la máxima inclinación del eje terrestre coincide con lamáxima distancia al Sol. Cuando esos dos factores tienen el mismo efecto enuno de los hemisferios, se tienen efectos contrarios entre si en el hemisferioopuesto. (Figura 3).

Milankovitch, además, incorporóuna idea del climatólogo alemánWladimir Köppen en la teoríaastronómica. Esta fue la sugerenciade que la causa inmediata de unaglaciación se debe a la reducción

de la irradiación solar en verano,con la consiguiente disminución dela fusión de los hielos formados enel invierno, y no a una sucesión deinviernos rigurosos, como pensaba

Croll. Los ciclos predichos por lateoría de Milankovitch fueronconfirmados, experimentalmente,por Cesare Emiliani en la década

de 1960. Este investigador utilizó el oxígeno presente en el carbonato de calcio

de los caparazones de microfósiles del fondo oceánico para calcular lastemperaturas del último millón de años de la vida de la Tierra, midiendo laabundancia de los distintos isótopos del oxigeno.

LOS TESTIGOS DE HIELO DE VOSTOK

Hace unos años, un grupo franco-ruso pudo identificar la composiciónatmosférica durante los períodos de expansión y retroceso de los glacialesrealizando determinaciones en el hielo antártico en las cercanías de la baseVostok. El hielo es perforado perpendicularmente a la superficie y las muestrasque se extraen llamadas testigos conservan en su interior burbujas de aire

entrampado que se estudian. Se pudo, así, obtener información que seremonta a los últimos 160.000 años. Investigaciones similares se realizaron enGroenlandia.

Los primeros resultados, publicados en 1987 en la revista Nature, indicanfluctuaciones de temperaturas de hasta 10 grados. También muestran la formaen que variaron las concentraciones de algunos gases atmosféricos con latemperatura a lo largo de ese intervalo. Se comprobó que cuando lastemperaturas eran más elevadas, la concentración de dióxido de carbono en laatmósfera era mayor. Estos resultados, sin embargo, no pueden discriminar sila elevación de temperatura es causada por el incremento de la concentración

de dióxido de carbono o si este es provocado por el aumento de la temperatura.



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En 1997, el mismo equipo de investigadores anunció nuevos resultados, queextendieron la información a más de 400.000 años atrás. En el gráficopublicado por estos científicos se observan claramente los ciclos de 23.000,41.000 y 100.000 años.

En ese estudio, las temperaturas del pasado se estimaron determinando laabundancia de deuterio -un isótopo natural del hidrógeno- en el hielo. Esta seexpresa mediante un parámetro representado por la letra griega delta. Otroindicador de las temperaturas del pasado fue la variación de la conductividadeléctrica del hielo. Ambos parámetros muestran variaciones en función deltiempo, coincidentes con los resultados obtenidos por otros investigadores quemidieron la cantidad del oxígeno 18, un isótopo estable del más abundanteoxígeno 16, en las microconchillas fosilizadas de los organismos unicelularesmarinos denominados foraminíferos.

LA INFLUENCIA DE LOS CICLOS DE LA ACTIVIDAD SOLAR

Las manchas solares son zonas oscuras sobre la superficie del Sol, cuyostamaños pueden superar varias veces al de la Tierra. Existen registros chinosde observación de manchas solares a simple vista, desde hace más de dos milaños. Inicialmente, las manchas solares se atribuyeron a objetos interpuestosentre el Sol y la Tierra, como pájaros o los planetas interiores, Mercurio yVenus. La creencia en el carácter perfecto del Sol era tan grande que incluso elgran astrónomo alemán Johannes Kepler, en 1607, atribuyó la visión a simplevista de una mancha solar al tránsito de Mercurio delante del Sol.

Las observaciones telescópicas iniciales de las manchas solares se realizaronalrededor de 1610, casi simultáneamente en distintos países europeos. Galileofue el primero en atreverse a rebatir la teoría del paso de planetas por delantedel Sol y a proponer que las manchas ocurren en el propio disco solar.

En 1908 George EIlery Hale, del Observatorio de Monte Wilson, demostrómediante técnicas espectroscópicas, que todas las manchas solares se hallanasociadas a fuertes campos magnéticos, varios miles de veces más intensosque el terrestre.

Habitualmente, las manchas solares aparecen en pares que poseen polaridadmagnética opuesta, una norte y otra sur, como si fueran los polos de ungigantesco imán. Del mismo modo, como las lineas de fuerza entre dos polosmagnéticos se hacen visibles espolvoreando limaduras de hierro sobre unahoja de papel colocada encima de un imán, los altísimos campos magnéticosentre un par de manchas solares se visualizan por la luz que emite la materiaaltamente ionizada que se orienta en el campo magnético del par de manchas.

La actividad del Sol también se manifiesta por otros fenómenos magnéticos,como las fulguraciones y el viento solar, que proyectan partículas subatómicashacia el espacio interplanetario y es responsable de buena parte de la radiación

cósmica que bombardea a nuestro planeta.



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En 1843, Heinrich Schwabe, un aficionado a la astronomía, publicó un informesobre sus observaciones de las manchas solares entre 1826 y 1843. En él seadvertía que el número de manchas registradas no era, ni siquiera en promedio,constante a lo largo del tiempo, sino que aumentaba y disminuía de unamanera cíclica, y alcanzaba un valor máximo, aproximadamente, cada once

años.

En dos publicaciones aparecidas en 1887 y 1889, el astrónomo alemán GustavSpoerer llamó la atención sobre un período de 70 años, que finalizóaproximadamente en 1716, durante el cual se interrumpió el ciclo de lasmanchas solares. Esta observación fue confirmada en 1894, por WalterMaunder, superintendente de la División Solar del Observatorio Real deGreenwich, cuya paciente búsqueda de antiguos registros astronómicos lepermitió corroborar la conclusión a la que había llegado Spoerer. Enreconocimiento al esfuerzo que realizó Maunder durante toda su vida porestablecer su existencia, el período de déficit de manchas solares se designa

como el Mínimo de Maunder. Se estima que durante uno de esos períodos seprodujo la Pequeña Edad de Hielo manifestada más intensamente durante lossiglos XVI y XVII, cuando las temperaturas fueron 0,5 grados menores que elpromedio en los últimos tres siglos.

En lo que sigue se intentará explicar por qué los cambios en las manchassolares inciden en el clima terrestre.

Muchos astrónomos piensan que las estrellas similares al Sol que se observanen un estado de baja actividad magnética superficial están en una etapa similara la del Mínimo de Maunder.

Las mediciones de la irradiación solar realizadas entre 1978 y 1989 con lossatélites Solar Maximum Mission y Nimbus 7, revelaron un aumento de 0,1%en el brillo del Sol durante un ciclo de actividad. Este valor tiene efectosinsignificantes sobre el clima. Sin embargo, se comprobó que otras estrellas,similares al Sol en masa y edad, mostraron cambios en el brillo superiores al0,6%. Si el Sol sufriera variaciones de esta magnitud, habría efectos sobre elclima, y por lo tanto, no puede descartarse que en otras épocas la actividad delSol pudo haber cambiado mucho más que durante el ciclo de 1978 a 1989.

Los ciclos de actividad magnética de las estrellas de masa y edadescomparabIes a las del Sol se conocieron por las investigaciones que inició en1966 el astrónomo Olin Wilson, del Observatorio de Monte Wilson, en California.Los cambios en la actividad magnética en este tipo de estrellas se puedenregistrar analizando la luz que emiten por métodos espectroscópicos, ya que lagran distancia a que se encuentran hace imposible la observación de cambiosen su superficie.

En el Sol, los astrónomos observaron una estrecha correspondencia entre lasintensidades del campo magnético y las de dos lineas ubicadas en la regiónultravioleta del espectro luminoso, denominadas H y K, que se deben a la

emisión de luz por el calcio a elevadas temperaturas. Desde 1966, en elObservatorio de Monte Wilson se realizan observaciones de las fluctuaciones



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de las lineas H y K de unas cien estrellas similares al Sol. Parte de las estrellasobservadas con este método aparecen con ciclos de actividad magnética; otrasse encuentran prácticamente inactivas y el resto, en una transición entre ambosestados.

Sallie Baliunas, del Centro Smithsoniano de Astrofísica en Harvard, y RobertJastrow, del Observatorio de Monte Wilson, encontraron que en diez estrellassimilares al Sol, y en el Sol mismo, las fluctuaciones en las intensidades de laslineas espectrales H y K se correlacionaban con los cambios de brillo y, por lotanto, de la energía emitida hacia el espacio. Aplicando este resultado al Sol,se obtiene una explicación de la vinculación entre la cantidad de manchas y elclima: en los períodos de alta actividad, ya que estos se corresponden conaltas intensidades de las dos lineas espectrales, aumenta la energía irradiadapor el Sol por metro cuadrado y por segundo. Los resultados de susinvestigaciones los anunciaron en 1992 en el Simposio sobre CalentamientoGlobal de EPRI/ISIO, y fueron publicados al año siguiente en la revista inglesa

Energy.

Baliunas y Jastrow confirmaron en las estrellas los resultados de lasobservaciones en el Sol que obtuvieron los daneses Friis-Christensen y Lassenen 1991, publicados en la revista Science. En efecto, la intensidad de las lineasH y K y, por lo tanto, la actividad magnética superficial y el brillo, disminuían enun grupo de estrellas similares al Sol, observadas entre 1966 y 1991, cuandoaumentaba la duración de los ciclos de actividad.

Combinando las relaciones matemáticas que habían encontrado entre lasactividades solar y estelares, la duración de los ciclos y los cambios de brillo,los cálculos realizados por Baliunas y Jastrow indicaban que, desde 1750 y1990, el brillo solar se incrementó entre 0,1 y 0,2%. Si bien estos resultadosdifieren de otras estimaciones, Baliunas y Jastrow señalan que la demostraciónde una correlación cualitativa entre la duración de los ciclos y los cambios debrillo en el Sol y las estrellas es de considerable interés para el problema delcambio climático.

FACTORES NO ASTRONÓMICOS

Además de los factores astronómicos considerados hasta ahora, también

producen variaciones climáticas las fluctuaciones en la concentración de gasesresponsables del efecto invernadero, la actividad volcánica (ver CIENCIA HOY,38: 31-40), los cambios en las corrientes oceánicas y en la configuración de loscontinentes.

Los cambios de los climas que se han comentado produjeron modificacionesen las poblaciones animales y vegetales, a través de la extinción, adaptación ymigración de especies. El estudio de estas transformaciones proporciona, porlo tanto, métodos biológicos de estimación de las condiciones climáticas yambientales del pasado.



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El hallazgo de restos fósiles de bolos de regurgitación de lechuza en Punta Hermengo-Miramar, permitió

efectuar una reconstrucción paleoclimática a través de la identificación de los numerosos huesos de

mamiferos que contenían.

LOS MAMÍFEROS y EL CLIMA DE LA PROVINCIA DE BUENOS AIRES

Los estudios realizados por dos de nosotros (Eduardo Tonni y Alberto Cione)indican que, en la actual provincia de Buenos Aires, el clima fue modificándose.Su oscilación varió entre condiciones muy frías y secas, como las de la actualPatagonia imperante hace unos 200 siglos, hasta húmedo y cálido, como en elnordeste de la Argentina, Paraguay y sur del Brasil. La informaciónpaleontológica que sirvió para la interpretación de los climas del pasado sebasa en la modificación de la distribución geográfica de especies vivientes y endatos geológicos.

Desde hace unos 20.000 años y hasta hace unos 7000 años, el actual territoriode la provincia de Buenos Aires estaba habitado por el cuis chico patagónico,acompañado por el guanaco, el ñandú petiso y varias otras especies deambientes áridos y semiáridos, tales como el zorro colorado, el hurónpatagónico, el pichi -un armadillo-, y el lestodelfo -la comadrejita patagónica-.La distribución de todas estas especies estaba desplazada hacia el Norte y elEste respecto de su distribución actual. El cuis grande, un roedor característicode la fauna bonaerense actual, es un inmigrante reciente desde las tierras máscálidas y húmedas del Nordeste.

¿Cuál fue la causa de estos desplazamientos de la fauna? Hace unos 20.000años, todo el clima del planeta era influido por el máximo del último ciclo glacial.

En esa época, extensas áreas, principalmente en el Hemisferio Norte, fueroncubiertas por espesos mantos de hielo. El actual territorio de la provincia deBuenos Aires no fue afectado directamente por el hielo, pero sí fue influido porla cubierta de hielo perenne -calota gIacial- desarrollada sobre la cordillera delos Andes y su pie. El paisaje bonaerense era similar al que actualmente sedesarrolla en el norte de la región patagónica, frío y árido, con extensos mantosde arena transportados por el viento y vegetación esteparia.



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Fig 4 Ascenso del nivel del mar en las

costas bonaerenses

La mara y el ñandú petiso, dos animales típicamente patagónicas, vivieron enlo que hoy la provincia de Buenos Aires desde hace unos 20.000 a 8.000 añosatrás, cuando las condiciones eran similares a las del norte de la Patagonia. Ladisminución de las temperaturas globales medias, unos cinco grados menores

que las actuales, provocó que gran parte del agua del planeta se transformaraen hielo. Este hielo se depositó sobre áreas continentales y restó agua a losocéanos, lo que provocó un descenso del nivel del mar de, aproximadamente,120 metros. La costa bonaerense se desplazó hasta unos 300 kilómetros alEste durante el máximo glacial.

Estas investigaciones demostraron que las condiciones de aridez y bajastemperaturas continuaron en el área pampeana hasta hace unos 10.000 años,aunque alternaron con lapsos más cálidos y húmedos, cuya brevedad seevidencia por las escasas modificaciones en las distribuciones de la fauna, quecontinuó con un sello esencialmente árido.

Pero unos 7000 años atrás, las condiciones ambientales cambiaron. El nivel delmar subió, inundando extensas zonas costeras y penetrando por los caucesfluviales. Durante ese tiempo, se registra la distribución más austral -cercaníasde la ciudad de Azul- de las ratas acuáticas del género Scapteromys,indicadoras de condiciones cálidas y húmedas. En ese tiempo, el actual Río dela Plata tenía las características de un amplio golfo. Las causas de este evento,que se podría calificar como "catastrófico", fue la elevación global de latemperatura que provocó el derretimiento de los hielos, a la vez que laexpansión de las aguas oceánicas. El nivel del mar se mantuvo en valoressuperiores a los actuales hasta hace unos 3000 años. (Figura 4).

Este aumentode lastemperaturascoincidió en

sus comienzos con el avance hacia elSur de especies brasílicas, pero pocodespués aparece, nuevamente, unafauna adaptada a condiciones áridas osemiáridas. En un lapso

comparativamente corto se pasó de unambiente relativamente húmedo a otro



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semiárido a árido.Este se mantuvo, con escasas variantes, hasta hace unos1900 años antes del presente, fecha que señala el momento en que ocurrió unnuevo avance de fauna brasílica al sur de la provincia de Buenos Aires. Esteavance continúa hasta la actualidad, con algunas interrupciones debidas alretorno de condiciones áridas.

Hoy, la actividad humana genera nuevos cambios climáticos. La investigaciónconjunta de los factores naturales, aún muy imperfectamente conocidos en laregión, y los derivados de la actividad humana nos conducirá a un diagnósticomás preciso del clima futuro y a la propuesta de medidas adecuadas paraafrontar los notables cambios ambientales que pueden acaecer.

Lecturas Sugeridas

BALIUNAS, 5. Y JASTROW, R. 1993, "Evidence on the Climate lmpact of SolarVariations". Energy, volumen 18, número 12, 1285-1295. Gran Bretaña.

BROECKER, W. Y DENTON, G. 1990, "¿Qué mecanismos gobiernan los ciclosglaciales?" Investigación y Ciencia, número 162, marzo, 49-57.

FOUKAL, P., 1990, "The Variable Sun". Scientific American, volumen 262,número 2, 26-33.

HOUGHTON, R. Y WOODWELL, G., 1989, "Cambio climático global".Investigación y Ciencia, número 153, junio, 8-17.

ISLA, F. 1. , 1989, "Holocene Sea-Level in the Southern Hemisphere".Ouaternary Science Reviews. Volumen 8, 359-368. Gran Bretaña.

RICCIARDI, H., 1995, "Cambio Global". Academia Nacional de Geografía.Publicación especial Nº 10. Buenos Aires.

TONNI, E. Y CIONE, A., 1994, "Los mamíferos y el clima en el Pleistoceno yHoloceno en la provincia de Buenos Aires". Jornadas de Arqueología eInterdisciplinas. Programa de Estudios Prehistóricos, CONICET, 127-142.

Buenos Aires.

TONNl, E. Y CIONE, A., 1996, "La paleontología de vertebrados y el cambioglobal: Rastreando el pasado para comprender el presente y vislumbrar elfuturo". Revista Museo. Fundación Museo de La Plata. Volumen 2 Nº 8, 41-45.

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