Una 'tormenta perfecta' volcánica congeló la Tierra 100.000 años

La investigación, que se publica en Geophysical Research Letters, analiza la relación con este evento de una enorme erupción volcánica que devastó un área desde la actual Alaska a Groenlandia.

"Sabemos que la actividad volcánica puede tener un efecto importante en el medio ambiente, por lo que la gran pregunta fue, ¿cómo se relacionan estos dos eventos?", dijo Francis Macdonald, profesor asociado de Ciencias Naturales.

Al principio, el equipo de Macdonald pensaba que la roca basáltica -que se descompone en magnesio y calcio- interaccionaba con el CO2 en la atmósfera y causaba enfriamiento. Sin embargo, si ese fuera el caso, el enfriamiento habría ocurrido durante millones de años y la datación radio-isotópica de rocas volcánicas en el Ártico de Canadá sugiere una coincidencia mucho más precisa con el enfriamiento.

Macdonald contactó con Robin Wordsworth, que modela climas de planetas que no son la Tierra, y preguntó: ¿podrían los aerosoles emitidos por estos volcanes haber enfriado rápidamente la Tierra?

La respuesta: sí, bajo las condiciones adecuadas.

"No es un caso único tener grandes provincias volcánicas entrando en erupción", dijo Wordsworth, profesor asistente de Ciencias Ambientales e Ingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard. "Estos tipos de erupciones han ocurrido una y otra vez a lo largo del tiempo geológico, pero no siempre se asocian con eventos de enfriamiento, así que la pregunta es, ¿qué hizo diferente este evento?"

Los estudios geológicos y químicos de esta región, conocida como la provincia ígnea grande de Franklin, mostraron que las rocas volcánicas erupcionaron a través de sedimentos ricos en azufre, que habrían llegado a la atmósfera durante la erupción como dióxido de azufre. Cuando el dióxido de azufre entra en las capas superiores de la atmósfera, es muy eficaz bloqueando la radiación solar.

La erupción de 1991 del Monte Pinatubo en Filipinas, que disparó cerca de 10 millones de toneladas métricas de azufre al aire, redujo las temperaturas globales alrededor de 0,6 grados Celsius durante un año.

El dióxido de azufre es más eficaz para bloquear la radiación solar si supera la tropopausa, el límite que separa la troposfera y la estratosfera. Si alcanza esta altura, es menos probable que sea traído de vuelta a la tierra en la precipitación o mezclado con otras partículas, extendiendo su presencia en la atmósfera de aproximadamente una semana a alrededor de un año. La altura de la barrera de la tropopausa depende del fondo climático del planeta: cuanto más frío es el planeta, más baja es la tropopausa.

"En períodos de la historia de la Tierra cuando estaba muy caliente, el enfriamiento volcánico no habría sido muy importante porque la Tierra habría sido protegida por esta cálida y alta tropopausa", dijo Wordsworth. "En condiciones más frías, la Tierra se vuelve excepcionalmente vulnerable a tener este tipo de perturbaciones volcánicas al clima".

"Lo que nuestros modelos han demostrado es que el contexto y los antecedentes realmente son importantes", dijo Macdonald.

Otro aspecto importante es donde las plumas de dióxido de azufre llegan a la estratosfera. Debido a la deriva continental, hace 717 millones de años, la gran provincia ígnea de Franklin donde ocurrieron estas erupciones estaba situada cerca del ecuador, el punto de entrada para la mayor parte de la radiación solar que mantiene caliente la Tierra.

Por lo tanto, un eficaz gas reflector de luz entró en la atmósfera en la ubicación y la altura adecuada para causar enfriamiento. Pero otro elemento era necesario para formar el escenario de tormenta perfecta. Después de todo, la erupción de Pinatubo tenía cualidades similares, pero su efecto de enfriamiento sólo duró alrededor de un año.

Las erupciones arrojando azufre en el aire hace 717 millones de años no fueron solo explosiones de volcanes individuales como Pinatubo. Los volcanes en cuestión se extendieron casi 3.000 kilómetros a través de Canadá y Groenlandia. En lugar de erupciones singularmente explosivas, estos volcanes pueden estallar más continuamente como los de Hawai e Islandia hoy. Los investigadores demostraron que una década o más de erupciones continuas de este tipo de volcanes podrían haber vertido suficientes aerosoles en la atmósfera para desestabilizar rápidamente el clima.

"El enfriamiento de los aerosoles no tiene que congelar el planeta entero, solo tiene que conducir el hielo a una latitud crítica, entonces el hielo hace el resto", dijo Macdonald.

Cuanto más hielo, más luz solar se refleja y más frío se vuelve el planeta. Una vez que el hielo alcanza las latitudes alrededor de California actual, el lazo de la regeneración positiva asume el control y el efecto de la bola de nieve es casi imparable.

"Es fácil pensar en el clima como este inmenso sistema que es muy difícil de cambiar y, de muchas maneras, eso es verdad. Pero ha habido cambios muy dramáticos en el pasado y hay todas las posibilidades de cómo un repentino cambio también podría ocurrir en el futuro", dijo Wordsworth.

La comprensión de cómo estos dramáticos cambios ocurren podría ayudar a los investigadores a entender mejor cómo se produjeron las extinciones, cómo los enfoques de geoingeniería propuestos pueden afectar al clima y cómo los climas cambian en otros planetas.

"Esta investigación demuestra que necesitamos alejarnos de un simple paradigma de exoplanetas, pensando sólo en condiciones de equilibrio estables y zonas habitables", dijo Wordsworth. "Sabemos que la Tierra es un lugar dinámico y activo que ha tenido transiciones agudas, y hay muchas razones para creer que las rápidas transiciones climáticas de este tipo son la norma en los planetas y no la excepción".