El largo retraso siempre ha desconcertado a los científicos: ¿Por qué la Antártida quedó cubierta por enormes capas de hielo hace 34 millones de años, mientras que el Océano Ártico adquirió su capa de hielo hace sólo unos 3 millones de años?
Desde el final de la Era Cretácica, extremadamente cálida y dominada por los dinosaurios, hace 65 millones de años, los gases de efecto invernadero que atrapan el calor en la atmósfera han disminuido constantemente (con la anómala excepción del último siglo), y el planeta en su conjunto se ha enfriado constantemente. Entonces, ¿por qué no se congelaron ambos polos al mismo tiempo?
La respuesta a la paradoja se encuentra en la compleja interacción entre los continentes, los océanos y la atmósfera. Como las piezas de un rompecabezas, las placas tectónicas en movimiento de la Tierra se han reorganizado en la superficie del globo, cambiando las configuraciones de los océanos intermedios, alterando la circulación oceánica y provocando cambios en el clima.
El desarrollo de las capas de hielo en el hemisferio sur hace unos 34 millones de años parece bastante sencillo. El supercontinente de Gondwana se rompió, separándose en subsecciones que se convirtieron en África, India, Australia, Sudamérica y la Antártida. Se abrieron pasajes entre estos nuevos continentes, permitiendo que los océanos fluyeran entre ellos.
Cuando la Antártida se separó finalmente del extremo sur de Sudamérica para crear el Pasaje de Drake, la Antártida quedó completamente rodeada por el Océano Austral. La poderosa Corriente Circumpolar Antártica comenzó a barrer todo el continente, aislando efectivamente a la Antártida de la mayor parte del calor de los océanos globales y provocando un enfriamiento a gran escala.
El hemisferio norte es más problemático. A partir de núcleos de sedimentos y otros datos, sabemos que hasta hace unos 5 millones de años, América del Norte y del Sur no estaban conectadas. Una enorme brecha -el Canal de América Central- permitía que el agua tropical fluyera entre los océanos Atlántico y Pacífico.
Un creciente conjunto de pruebas sugiere que la formación del Istmo de Panamá dividió los océanos Atlántico y Pacífico y cambió fundamentalmente la circulación oceánica mundial. El cierre de la vía marítima centroamericana pudo haber calentado inicialmente el clima de la Tierra, pero luego preparó el terreno para la glaciación en el hemisferio norte hace 2,7 millones de años.
El transportador oceánico
Un elemento fundamental del sistema climático actual es un patrón de circulación oceánica tipo transportador que distribuye grandes cantidades de calor y humedad alrededor de nuestro planeta. Esta circulación global es impulsada por el hundimiento de aguas oceánicas frías y saladas, y por tanto densas.
En el océano actual, el agua superficial cálida y salada del Caribe, el Golfo de México y el Atlántico ecuatorial fluye hacia el norte en la corriente del Golfo. A medida que el agua cálida llega a las altas latitudes del Atlántico Norte, cede calor y humedad a la atmósfera, dejando un agua fría, salada y densa que se hunde en el fondo del océano. Esta agua fluye en profundidad, hacia el sur y por debajo de la Corriente del Golfo, hasta el Océano Antártico, y luego a través de los Océanos Índico y Pacífico. Finalmente, el agua se mezcla con agua más cálida y vuelve al Atlántico para completar la circulación.
El principal motor de esta circulación global, a menudo llamada el Transportador Oceánico, es la diferencia de contenido de sal entre los océanos Atlántico y Pacífico. Antes de que existiera el istmo de Panamá, las aguas superficiales del Pacífico fluían hacia el Atlántico. Sus aguas se mezclaban, equilibrando aproximadamente la salinidad de los dos océanos.
Hace unos 5 millones de años, las placas de América del Norte, América del Sur y el Caribe comenzaron a converger. El progresivo estrechamiento de la vía marítima centroamericana comenzó a restringir el intercambio de agua entre el Pacífico y el Atlántico, y sus salinidades divergieron.
La evaporación en el Atlántico tropical y el Caribe dejó las aguas oceánicas más saladas y puso vapor de agua fresca en la atmósfera. Los vientos alisios transportaron el vapor de agua de este a oeste a través del bajo istmo de Panamá y depositaron agua dulce en el Pacífico a través de las lluvias. Como resultado, el Pacífico se volvió relativamente más fresco, mientras que la salinidad aumentó lenta y constantemente en el Atlántico.
Como resultado del cierre del Canal, la Corriente del Golfo se intensificó. Transportó más masas de agua cálida y salada a altas latitudes septentrionales, donde los vientos árticos las enfriaron hasta que se volvieron lo suficientemente densas como para hundirse en el fondo del océano. El transportador oceánico se puso en marcha, atrayendo aún más aguas de la Corriente del Golfo hacia el norte.
Cómo se produce el hielo en el Norte?
Peter Weyl planteó en 1968 la hipótesis de que el cierre de la vía marítima centroamericana y la intensificación de la Corriente del Golfo habrían aportado un ingrediente crítico para el crecimiento de la capa de hielo en el hemisferio norte: la humedad. La teoría de Weyl suponía que el cierre de la vía marítima centroamericana y la acumulación de sal en el Atlántico coincidían con el crecimiento de las capas de hielo septentrionales hace entre 3,1 y 2,7 millones de años.
Pero las dudas sobre esta hipótesis surgieron en 1982, cuando Lloyd Keigwin encontró pruebas en sedimentos oceánicos de que el cierre del istmo de Panamá había influido en la circulación oceánica más de un millón de años antes. Demostró que el contraste de salinidad entre el Atlántico y el Pacífico ya había empezado a desarrollarse hace 4,2 millones de años.
En 1998, Gerald Haug y Ralf Tiedemann confirmaron la investigación de Keigwin con datos de mayor resolución procedentes de núcleos de sedimentos. Si la salinidad ya había cambiado hace 4,2 millones de años, ¿por qué no empezó la glaciación hasta hace 2,7 millones de años? Por el contrario, la Tierra experimentó un periodo cálido entre hace 4,5 millones y 2,7 millones de años.
Ese periodo cálido global, llamado Periodo Cálido del Plioceno Medio, también puede haber estado relacionado con el cierre de la vía marítima centroamericana y la consiguiente reordenación de la circulación oceánica global. Un transportador oceánico vigorizado podría haber impulsado un flujo más fuerte de aguas profundas desde el Atlántico hacia el Océano Pacífico Norte, que es el final de la línea de circulación oceánica profunda.
En su viaje hacia el Pacífico Norte, estas aguas profundas se enriquecieron en nutrientes y dióxido de carbono. En el Pacífico subártico, estas aguas profundas podrían haber surgido, subiendo a la superficie iluminada por el sol para proporcionar los ingredientes que desencadenaron enormes floraciones de fitoplancton. La gran abundancia de sílice y ópalo (el material conservado de las conchas del fitoplancton) en los sedimentos del fondo marino es una prueba tanto de las floraciones como del fuerte afloramiento.
Sin embargo, el afloramiento puede haber sido tan fuerte que el fitoplancton no siguió el ritmo del afloramiento, es decir, subió más dióxido de carbono del que utilizó el fitoplancton. En consecuencia, el exceso de dióxido de carbono se «filtró» de nuevo a la atmósfera, añadiendo un gas de efecto invernadero que calentó el planeta.
Cortocircuito en la cinta transportadora
¿Qué fue lo que cerró el Periodo Cálido del Plioceno Medio hace unos 2,7 millones de años? ¿Y qué causó finalmente la glaciación del Hemisferio Norte más o menos en la misma época, pero casi 2 millones de años después de que se formara el Istmo de Panamá?
La teoría original de Weyl de una corriente del Golfo más fuerte y cargada de humedad planteó otra pregunta acuciante: ¿Cómo podía la corriente del Golfo, que no sólo transportaba humedad sino también calor al Atlántico Norte, provocar un importante enfriamiento del hemisferio norte y la formación de hielo?
Neal Driscoll y Gerald Haug propusieron una solución. Postularon que la humedad llevada hacia el norte por la Corriente del Golfo fue transportada por los vientos predominantes del oeste hacia Eurasia. Cayó en forma de lluvia o nieve, depositando finalmente más agua dulce en el Océano Ártico, ya sea directamente o a través de los grandes ríos siberianos que desembocan en el Océano Ártico.
El agua dulce añadida habría facilitado la formación de hielo marino, que reflejaría la luz solar y el calor hacia el espacio. También actuaría como una barrera que impediría que el calor almacenado en el océano escapara a la atmósfera por encima del Ártico. Ambos fenómenos enfriarían aún más las altas latitudes. Además, las aguas del Ártico que fluyen de vuelta al Atlántico Norte se habrían vuelto menos frías y saladas -cortocircuitando la eficiencia de la cinta transportadora oceánica como bomba de calor global hacia las regiones del Atlántico Norte.
La inclinación hacia la glaciación
Estas condiciones previas -humedad más un núcleo ártico para el enfriamiento- habrían hecho que el sistema climático fuera altamente susceptible al crecimiento de la capa de hielo. Incluso cambios modestos en el entorno global habrían sido suficientes para inclinar la balanza y provocar el inicio de una gran glaciación en el hemisferio norte.
Un cambio de este tipo se produjo hace entre 3,1 y 2,5 millones de años, cuando el eje de la Tierra fluctuó de manera que la inclinación del planeta hacia el sol fue menor que el ángulo actual de 23,45 grados. La menor inclinación de la Tierra habría reducido la cantidad e intensidad de la radiación solar que incidía en el hemisferio norte, lo que provocó veranos más fríos y un menor derretimiento de las nieves invernales.
El inicio de la glaciación del hemisferio norte también afectó al Pacífico subártico. Condujo a la formación, hace unos 2,7 millones de años, de una tapa de agua dulce en la superficie del océano, llamada haloclina. Esta haloclina ártica habría creado una barrera para el afloramiento, que impidió que las aguas profundas ricas en dióxido de carbono subieran a la superficie. La «fuga» de dióxido de carbono que atrapa el calor hacia la atmósfera se detuvo, enfriando aún más el planeta.
Muchos otros mecanismos de retroalimentación océano-atmósfera, resultantes de la apertura y el cierre de las puertas oceánicas, siguen siendo imperfectamente comprendidos. Y los científicos también están explorando las ramificaciones de otras pasarelas oceánicas.
Mark Cane y Peter Molnar, por ejemplo, han sugerido que el levantamiento y el movimiento de las islas indonesias hace entre 5 y 3 millones de años habrían redirigido fundamentalmente agua menos cálida del Pacífico Sur y más fría del Pacífico Norte a través del canal de Indonesia. La consecuencia podría haber sido que el Pacífico pasara de unas condiciones más permanentes similares a las de El Niño (que trasladan el calor de los trópicos a las latitudes altas) a un estado más parecido a La Niña (que habría reducido la transferencia de calor y enfriado el hemisferio norte).
Las lecciones de estos vastos cambios geológicos y geográficos son a la vez elegantemente simples y terriblemente complejas. La apertura y el cierre de las vías marítimas tiene una profunda influencia en la distribución del agua dulce, los nutrientes y la energía en el océano global. El acoplamiento de estos océanos cambiantes con una atmósfera cambiante significa inevitablemente un clima cambiante.