Evolución de la Tierra
Al igual que la gema de lapislázuli a la que se asemeja, el planeta azul desarrollado por las nubes que reconocemos inmediatamente en las imágenes de satélite parece notablemente estable. Los continentes y los océanos, rodeados por una atmósfera rica en oxígeno, sostienen formas de vida conocidas. Sin embargo, esta constancia es una ilusión producida por la experiencia humana del tiempo. La Tierra y su atmósfera se alteran continuamente. Las placas tectónicas desplazan los continentes, elevan las montañas y mueven el fondo de los océanos, mientras que procesos que no se comprenden del todo alteran el clima.
Este cambio constante ha caracterizado a la Tierra desde sus inicios, hace unos 4.500 millones de años. Desde el principio, el calor y la gravedad determinaron la evolución del planeta. A estas fuerzas se unieron gradualmente los efectos globales de la aparición de la vida. Explorar este pasado nos ofrece la única posibilidad de comprender el origen de la vida y, tal vez, su futuro.
Los científicos solían creer que los planetas rocosos, incluidos la Tierra, Mercurio, Venus y Marte, se crearon por el rápido colapso gravitacional de una nube de polvo, una deación que dio lugar a un orbe denso. En la década de 1960, el programa espacial Apolo cambió esta visión. Los estudios de los cráteres lunares revelaron que estas hendiduras fueron causadas por el impacto de objetos que abundaban hace unos 4.500 millones de años. A partir de entonces, el número de impactos parecía haber disminuido rápidamente. Esta observación rejuveneció la teoría de la acreción postulada por Otto Schmidt. El geofísico ruso había sugerido en 1944 que los planetas crecían en tamaño gradualmente, paso a paso.
Según Schmidt, el polvo cósmico se agrupaba para formar partículas, las partículas se convertían en grava, la grava se convertía en pequeñas bolas, luego en grandes bolas, luego en pequeños planetas, o planetesimales, y, finalmente, el polvo se convertía en el tamaño de la luna. A medida que los planetesimales se hacían más grandes, su número disminuía. En consecuencia, el número de colisiones entre planetesimales, o meteoritos, disminuyó. El menor número de elementos disponibles para la acreción significó que se necesitó mucho tiempo para construir un gran planeta. Un cálculo realizado por George W. Wetherill, de la Institución Carnegie de Washington, sugiere que podrían transcurrir unos 100 millones de años entre la formación de un objeto de 10 kilómetros de diámetro y un objeto del tamaño de la Tierra.
El proceso de acreción tuvo importantes consecuencias térmicas para la Tierra, consecuencias que dirigieron con fuerza su evolución. Los grandes cuerpos que chocaron contra el planeta produjeron un inmenso calor en su interior, fundiendo el polvo cósmico que allí se encontraba. El horno resultante -situado a unos 200 o 400 kilómetros bajo tierra y denominado océano de magma- estuvo activo durante millones de años, dando lugar a erupciones volcánicas. Cuando la Tierra era joven, el calor en la superficie provocado por el vulcanismo y las corrientes de lava del interior se intensificaba por el constante bombardeo de enormes objetos, algunos de ellos quizá del tamaño de la Luna o incluso de Marte. No era posible la vida durante este periodo.
Más allá de aclarar que la Tierra se había formado por acreción, el programa Apolo obligó a los científicos a intentar reconstruir el posterior desarrollo temporal y físico de la Tierra primitiva. Esta empresa había sido considerada imposible por los fundadores de la geología, entre ellos Charles Lyell, a quien se atribuye la siguiente frase Ningún vestigio de un principio, ninguna perspectiva de un final. Esta afirmación transmite la idea de que la joven Tierra no podía ser recreada, porque sus restos eran destruidos por su propia actividad. Pero el desarrollo de la geología isotópica en los años sesenta había dejado obsoleta esta visión. Con la imaginación alentada por el Apolo y los descubrimientos lunares, los geoquímicos empezaron a aplicar esta técnica para comprender la evolución de la Tierra.
La datación de las rocas mediante los llamados relojes radiactivos permite a los geólogos trabajar en terrenos antiguos que no contienen fósiles. Las manecillas de un reloj radiactivo son isótopos, es decir, átomos de un mismo elemento con distinto peso atómico, y el tiempo geológico se mide por la velocidad de desintegración de un isótopo en otro. Entre los muchos relojes, los que se basan en la desintegración del uranio 238 en plomo 206 y del uranio 235 en plomo 207 son especiales. Los geocronólogos pueden determinar la edad de las muestras analizando sólo el producto hijo -en este caso, el plomo- del progenitor radiactivo, el uranio.
La búsqueda de zircones
La GEOLOGÍA DE LOS ISÓTOPOS ha permitido a los geólogos determinar que la acreción de la Tierra culminó con la diferenciación del planeta: la creación del núcleo -la fuente del campo magnético de la Tierra- y el comienzo de la atmósfera. En 1953, el trabajo clásico de Claire C. Patterson, del Instituto Tecnológico de California, utilizó el reloj de plomo-uranio para establecer una edad de 4.550 millones de años para la Tierra y muchos de los meteoritos que la formaron. Sin embargo, a principios de la década de 1990, los trabajos de uno de nosotros (Allègre) sobre los isótopos del plomo condujeron a una interpretación algo nueva.
Como argumentó Patterson, algunos meteoritos se formaron efectivamente hace unos 4.560 millones de años, y sus restos constituyeron la Tierra. Pero la Tierra siguió creciendo mediante el bombardeo de planetesimales hasta unos 120 o 150 millones de años después. En ese momento -hace entre 4.440 y 4.410 millones de años- la Tierra comenzó a conservar su atmósfera y a crear su núcleo. Esta posibilidad ya había sido sugerida por Bruce R. Doe y Robert E. Zartman, del Servicio Geológico de EE.UU. en Denver, hace dos décadas, y coincide con las estimaciones de Wetherill.
La aparición de los continentes fue algo posterior. Según la teoría de la tectónica de placas, estas masas terrestres son la única parte de la corteza terrestre que no se recicla y, en consecuencia, se destruye durante el ciclo geotérmico impulsado por la convección en el manto. Así, los continentes constituyen una forma de memoria, ya que en sus rocas puede leerse el registro de la vida primitiva. Sin embargo, la actividad geológica, incluida la tectónica de placas, la erosión y el metamorfismo, ha destruido casi todas las rocas antiguas. Muy pocos fragmentos han sobrevivido a esta máquina geológica.
Sin embargo, en las últimas décadas, se han realizado varios descubrimientos importantes, de nuevo utilizando la geoquímica de isótopos. Un grupo, dirigido por Stephen Moorbath, de la Universidad de Oxford, descubrió en Groenlandia occidental un terreno con una antigüedad de entre 3.700 y 3.800 millones de años. Además, Samuel A. Bowring, del Instituto Tecnológico de Massachusetts, exploró una pequeña zona de Norteamérica -el gneis de Acasta- que se cree que tiene 3.960 millones de años.
Por último, la búsqueda del mineral circón llevó a otros investigadores a un terreno aún más antiguo. El circón, que suele encontrarse en las rocas continentales, no se disuelve durante el proceso de erosión, sino que se deposita en forma de partículas en los sedimentos. Por ello, unos pocos trozos de circón pueden sobrevivir durante miles de millones de años y servir de testigo de la corteza terrestre más antigua. La búsqueda de circones antiguos comenzó en París con los trabajos de Annie Vitrac y Jol R. Lancelot, posteriormente en la Universidad de Marsella y ahora en la de Nmes, respectivamente, así como con los esfuerzos de Moorbath y Allgre. Fue un grupo de la Universidad Nacional de Australia en Canberra, dirigido por William Compston, el que tuvo éxito. El equipo descubrió zircones en el oeste de Australia con una antigüedad de entre 4.100 y 4.300 millones de años.
Los zircones han sido cruciales no sólo para entender la edad de los continentes sino para determinar cuándo apareció la vida. Los primeros fósiles de edad indiscutible se encontraron en Australia y Sudáfrica. Estas reliquias de algas azul-verdosas tienen una antigüedad de unos 3.500 millones de años. Manfred Schidlowski, del Instituto Max Planck de Química de Maguncia, estudió la formación de Isua, en el oeste de Groenlandia, y afirmó que la materia orgánica ya existía hace 3.800 millones de años. Debido a que la mayor parte del registro de la vida primitiva ha sido destruido por la actividad geológica, no podemos decir con exactitud cuándo apareció por primera vez; tal vez surgió muy rápidamente, tal vez incluso hace 4.200 millones de años.
Historias de los gases
Uno de los aspectos más importantes de la evolución del planeta es la formación de la atmósfera, porque es este conjunto de gases el que permitió que la vida saliera de los océanos y se mantuviera. Desde la década de 1950, los investigadores han planteado la hipótesis de que la atmósfera terrestre fue creada por los gases que emergen del interior del planeta. Cuando un volcán arroja gases, es un ejemplo de la continua desgasificación, como se denomina, de la Tierra. Pero los científicos se han preguntado si este proceso se produjo de forma repentina -hace unos 4.400 millones de años, cuando se diferenció el núcleo- o si tuvo lugar gradualmente a lo largo del tiempo.
Para responder a esta pregunta, Allègre y sus colegas estudiaron los isótopos de gases raros. Estos gases, entre los que se encuentran el helio, el argón y el xenón, tienen la particularidad de ser químicamente inertes, es decir, no reaccionan en la naturaleza con otros elementos. Dos de ellos son especialmente importantes para los estudios atmosféricos: el argón y el xenón. El argón tiene tres isótopos, de los cuales el argón 40 se crea por la desintegración del potasio 40. El xenón tiene nueve, de los cuales el xenón 129 tiene dos orígenes diferentes. El xenón 129 surgió como resultado de la nucleosíntesis antes de que se formaran la Tierra y el sistema solar. También se creó a partir de la desintegración del yodo 129 radiactivo, que ya no existe en la Tierra. Esta forma de yodo estuvo presente muy pronto, pero se ha extinguido desde entonces, y el xenón 129 ha crecido a su costa.
Como la mayoría de las parejas, tanto el argón 40 y el potasio 40 como el xenón 129 y el yodo 129 tienen historias que contar. Son excelentes cronómetros. Aunque la atmósfera se formó por la desgasificación del manto, no contiene potasio 40 ni yodo 129. Todo el argón 40 y el xenón 129, formados en la Tierra y liberados, se encuentran en la atmósfera actual. El xenón fue expulsado del manto y retenido en la atmósfera; por lo tanto, la relación atmósfera-mantel de este elemento permite evaluar la edad de diferenciación. El argón y el xenón atrapados en el manto evolucionaron por la desintegración radiactiva del potasio 40 y el yodo 129. Por lo tanto, si la desgasificación total del manto se produjera al principio de la formación de la Tierra, la atmósfera no contaría con argón 40 pero sí con xenón 129.
El mayor reto al que se enfrenta un investigador que quiera medir estos ratios de desintegración es obtener altas concentraciones de gases raros en las rocas del manto porque son extremadamente limitadas. Afortunadamente, en las dorsales oceánicas se produce un fenómeno natural durante el cual la lava volcánica transfiere algunos silicatos del manto a la superficie. Las pequeñas cantidades de gases atrapados en los minerales del manto ascienden con el fundido a la superficie y se concentran en pequeñas vesículas en el margen vidrioso exterior de las lavas. Este proceso sirve para concentrar las cantidades de gases del manto por un factor de 104 o 105. La recogida de estas rocas mediante el dragado del maroor y su posterior trituración al vacío en un sensible espectrómetro de masas permite a los geoquímicos determinar las proporciones de los isótopos del manto. Los resultados son bastante sorprendentes. Los cálculos de las proporciones indican que entre el 80 y el 85 por ciento de la atmósfera se desgasificó durante el primer millón de años de la Tierra; el resto se liberó lenta pero constantemente durante los siguientes 4.400 millones de años.
La composición de esta atmósfera primitiva estaba dominada con toda seguridad por el dióxido de carbono, siendo el nitrógeno el segundo gas más abundante. También había trazas de metano, amoníaco, dióxido de azufre y ácido clorhídrico, pero no había oxígeno. Salvo por la presencia de abundante agua, la atmósfera era similar a la de Venus o Marte. Los detalles de la evolución de la atmósfera original son objeto de debate, sobre todo porque no sabemos la intensidad del sol en aquella época. Sin embargo, algunos hechos no se discuten. Es evidente que el dióxido de carbono desempeñó un papel crucial. Además, muchos científicos creen que la atmósfera en evolución contenía cantidades suficientes de gases como el amoníaco y el metano para dar lugar a la materia orgánica.
Aún así, el problema del sol sigue sin resolverse. Una hipótesis sostiene que durante el eón Arcaico, que duró desde hace unos 4.500 millones a 2.500 millones de años, la potencia del sol era sólo el 75% de la actual. Esta posibilidad plantea un dilema: ¿cómo podría haber sobrevivido la vida en el clima relativamente frío que debería acompañar a un sol más débil? Carl Sagan y George Mullen, de la Universidad de Cornell, ofrecieron en 1970 una solución a la paradoja del sol débil y primitivo. Los dos científicos sugirieron que el metano y el amoníaco, que son muy eficaces para atrapar la radiación infrarroja, eran bastante abundantes. Estos gases podrían haber creado un súper efecto invernadero. La idea fue criticada porque esos gases eran muy reactivos y tenían una vida corta en la atmósfera.
¿Qué controlaba co?
A FINES DE LOS AÑOS 70, Veerabhadran Ramanathan, ahora en el Instituto Scripps de Oceanografía, y Robert D. Cess y Tobias Owen, de la Universidad de Stony Brook, propusieron otra solución. Postularon que no había necesidad de metano en la atmósfera primitiva porque el dióxido de carbono era lo suficientemente abundante como para provocar el superefecto invernadero. De nuevo, este argumento planteaba una cuestión diferente: ¿Cuánto dióxido de carbono había en la atmósfera primitiva? El dióxido de carbono terrestre está ahora enterrado en rocas carbonatadas, como la caliza, aunque no está claro cuándo quedó atrapado allí. En la actualidad, el carbonato de calcio se crea principalmente durante la actividad biológica; en el eón Arcaico, el carbono puede haber sido eliminado principalmente durante las reacciones inorgánicas.
La rápida desgasificación del planeta liberó voluminosas cantidades de agua del manto, creando los océanos y el ciclo hidrológico. Los ácidos que probablemente estaban presentes en la atmósfera erosionaron las rocas, formando rocas ricas en carbonatos. Sin embargo, la importancia relativa de este mecanismo es objeto de debate. Heinrich D. Holland, de la Universidad de Harvard, cree que la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera disminuyó rápidamente durante el Arcaico y se mantuvo en un nivel bajo.
Comprender el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera primitiva es fundamental para entender el control climático. Dos grupos contrapuestos han propuesto ideas sobre el funcionamiento de este proceso. El primer grupo sostiene que las temperaturas globales y el dióxido de carbono fueron controlados por retroalimentación geoquímica inorgánica; el segundo afirma que fueron controlados por eliminación biológica.
James C. G. Walker, James F. Kasting y Paul B. Hays, entonces en la Universidad de Michigan en Ann Arbor, propusieron el modelo inorgánico en 1981. Postularon que los niveles del gas eran elevados al principio del Arcaico y no descendieron precipitadamente. El trío sugirió que, a medida que el clima se calentaba, se evaporaba más agua y el ciclo hidrológico se volvía más vigoroso, aumentando las precipitaciones y la escorrentía. El dióxido de carbono de la atmósfera se mezcló con el agua de lluvia para crear una escorrentía de ácido carbónico, exponiendo los minerales de la superficie a la intemperie. Los minerales de silicato se combinaron con el carbono que había en la atmósfera, secuestrándolo en las rocas sedimentarias. La disminución del dióxido de carbono en la atmósfera supuso, a su vez, un menor efecto invernadero. El proceso de retroalimentación negativa inorgánica compensó el aumento de la energía solar.
Esta solución contrasta con un segundo paradigma: la eliminación biológica. Una teoría avanzada por James E. Lovelock, creador de la hipótesis Gaia, suponía que los microorganismos fotosintetizadores, como el fitoplancton, serían muy productivos en un entorno con un alto nivel de dióxido de carbono. Estas criaturas eliminaban lentamente el dióxido de carbono del aire y de los océanos, convirtiéndolo en sedimentos de carbonato cálcico. Los críticos replicaron que el fitoplancton ni siquiera había evolucionado durante la mayor parte del tiempo que la Tierra ha tenido vida. (La hipótesis Gaia sostiene que la vida en la Tierra tiene la capacidad de regular la temperatura y la composición de la superficie terrestre y mantenerla cómoda para los organismos vivos.)
A principios de la década de 1990, Tyler Volk, de la Universidad de Nueva York, y David W. Schwartzman, de la Universidad de Howard, propusieron otra solución Gaia. Señalaron que las bacterias aumentan el contenido de dióxido de carbono en los suelos al descomponer la materia orgánica y generar ácidos húmicos. Ambas actividades aceleran la meteorización, eliminando el dióxido de carbono de la atmósfera. En este punto, sin embargo, la controversia se agudiza. Algunos geoquímicos, como Kasting, ahora en la Universidad Estatal de Pensilvania, y Holland, postulan que, si bien la vida puede explicar cierta eliminación de dióxido de carbono después del Arcaico, los procesos geoquímicos inorgánicos pueden explicar la mayor parte del secuestro. Estos investigadores consideran que la vida es un mecanismo estabilizador del clima bastante débil durante la mayor parte del tiempo geológico.
El oxígeno de las algas
LA CUESTIÓN DEL CARBONO sigue siendo fundamental para saber cómo influyó la vida en la atmósfera. El enterramiento de carbono es clave para el proceso vital de aumentar las concentraciones de oxígeno atmosférico, un requisito previo para el desarrollo de ciertas formas de vida. Además, el calentamiento global se está produciendo ahora como resultado de la liberación de este carbono por parte de los seres humanos. Durante mil o dos mil millones de años, las algas de los océanos produjeron oxígeno. Pero como este gas es altamente reactivo y como había muchos minerales reducidos en los antiguos océanos -el hierro, por ejemplo, se oxida fácilmente-, gran parte del oxígeno producido por los seres vivos simplemente se consumió antes de que pudiera llegar a la atmósfera, donde habría encontrado gases que reaccionarían con él.
Incluso si los procesos evolutivos hubieran dado lugar a formas de vida más complicadas durante esta era anaeróbica, no habrían tenido oxígeno. Además, la luz solar ultravioleta no filtrada probablemente los habría matado si salían del océano. Investigadores como Walker y Preston Cloud, entonces en la Universidad de California en Santa Bárbara, han sugerido que sólo hace unos dos mil millones de años, después de que la mayoría de los minerales reducidos del mar se oxidaran, se acumuló el oxígeno atmosférico. Hace entre mil y dos mil millones de años el oxígeno alcanzó los niveles actuales, creando un nicho para la evolución de la vida.
Examinando la estabilidad de ciertos minerales, como el óxido de hierro o el óxido de uranio, Holland ha demostrado que el contenido de oxígeno de la atmósfera arcaica era bajo antes de hace dos mil millones de años. Está ampliamente aceptado que el contenido actual de oxígeno del 20% es el resultado de la actividad fotosintética. Sin embargo, la cuestión es si el contenido de oxígeno en la atmósfera aumentó gradualmente a lo largo del tiempo o de forma repentina. Estudios recientes indican que el aumento de oxígeno comenzó de forma abrupta entre 2.100 y 2.030 millones de años atrás y que la situación actual se alcanzó hace 1.500 millones de años.
La presencia de oxígeno en la atmósfera tenía otro beneficio importante para un organismo que intentara vivir en la superficie o por encima de ella: protegía la radiación ultravioleta. La radiación ultravioleta rompe muchas moléculas, desde el ADN y el oxígeno hasta los clorocarbonos que están implicados en el agotamiento del ozono estratosférico. Esta energía divide el oxígeno en la forma atómica O, altamente inestable, que puede combinarse de nuevo en O2 y en la molécula muy especial O3, u ozono. El ozono, a su vez, absorbe la radiación ultravioleta. Hasta que el oxígeno no fue lo suficientemente abundante en la atmósfera como para permitir la formación de ozono, la vida no tuvo la oportunidad de afianzarse en la tierra. No es una coincidencia que la rápida evolución de la vida desde los procariotas (organismos unicelulares sin núcleo) a los eucariotas (organismos unicelulares con núcleo) y a los metazoos (organismos pluricelulares) tuviera lugar en la era del oxígeno y el ozono, que duró mil millones de años.
Aunque la atmósfera alcanzaba un nivel de oxígeno bastante estable durante este período, el clima era difícilmente uniforme. Hubo largas etapas de relativo calor o frío durante la transición al tiempo geológico moderno. La composición de los caparazones de plancton fósil que vivían cerca del fondo del océano proporciona una medida de las temperaturas del agua del fondo. El registro sugiere que en los últimos 100 millones de años las aguas del fondo se enfriaron casi 15 grados centígrados. El nivel del mar descendió cientos de metros y los continentes se separaron. Los mares interiores desaparecieron en su mayor parte y el clima se enfrió una media de 10 a 15 grados C. Hace unos 20 millones de años parece que se acumuló hielo permanente en la Antártida.
Hace unos dos o tres millones de años, el registro paleoclimático empieza a mostrar expansiones y contracciones significativas de períodos cálidos y fríos en ciclos de unos 40.000 años. Esta periodicidad es interesante porque corresponde al tiempo que tarda la Tierra en completar una oscilación de la inclinación de su eje de rotación. Se ha especulado durante mucho tiempo, y se ha calculado recientemente, que los cambios conocidos en la geometría orbital podrían alterar la cantidad de luz solar que entra entre el invierno y el verano en un 10 por ciento más o menos y podrían ser responsables de iniciar o terminar las edades de hielo.
La mano caliente del hombre
Lo más interesante y desconcertante es el descubrimiento de que hace entre 600.000 y 800.000 años el ciclo dominante cambió de períodos de 40.000 años a intervalos de 100.000 años con uctuaciones muy grandes. La última gran fase de glaciación terminó hace unos 10.000 años. En su apogeo, hace 20.000 años, las capas de hielo de unos dos kilómetros de grosor cubrían gran parte del norte de Europa y Norteamérica. Los glaciares se expandieron en las altas mesetas y montañas de todo el mundo. Se encerró suficiente hielo en la tierra como para que el nivel del mar descendiera más de 100 metros por debajo de su nivel actual. Las enormes capas de hielo barrieron la tierra y renovaron la faz ecológica de la Tierra, que era unos grados centígrados más fría de media que en la actualidad.
Las causas precisas de los intervalos más largos entre los períodos cálidos y los fríos aún no se han aclarado. Las erupciones volcánicas pueden haber desempeñado un papel importante, como demuestra el efecto de El Chichón en México y el Monte Pinatubo en Filipinas. Los acontecimientos tectónicos, como el desarrollo del Himalaya, pueden haber influido en el clima mundial. Incluso el impacto de los cometas puede influir en las tendencias climáticas a corto plazo con consecuencias catastróficas para la vida. Es notable que, a pesar de las violentas y episódicas perturbaciones, el clima se haya mantenido lo suficientemente protegido como para mantener la vida durante 3.500 millones de años.
Uno de los descubrimientos climáticos más importantes de los últimos 30 años ha procedido de los núcleos de hielo de Groenlandia y la Antártida. Cuando la nieve cae en estos continentes helados, el aire entre los granos de nieve queda atrapado en forma de burbujas. La nieve se comprime gradualmente hasta convertirse en hielo, junto con los gases capturados. Algunos de estos registros pueden remontarse a más de 500.000 años; los científicos pueden analizar el contenido químico del hielo y las burbujas de secciones de hielo que se encuentran a una profundidad de hasta 3.600 metros (2,2 millas) por debajo de la superficie.
Los perforadores de núcleos de hielo han determinado que el aire que respiraban los antiguos egipcios y los indios anasazi era muy similar al que inhalamos hoy en día, excepto por una serie de contaminantes atmosféricos introducidos en los últimos 100 o 200 años. Los principales gases o contaminantes añadidos son el dióxido de carbono y el metano. Desde aproximadamente 1860 -la expansión de la Revolución Industrial- los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera han aumentado más de un 30% como resultado de la industrialización y la deforestación; los niveles de metano se han duplicado con creces debido a la agricultura, el uso de la tierra y la producción de energía. La capacidad del aumento de estos gases para atrapar el calor es lo que motiva la preocupación por el cambio climático en el siglo XXI.
Los núcleos de hielo han demostrado que las tasas naturales sostenidas de cambio de temperatura en todo el mundo suelen ser de aproximadamente un grado C por milenio. Estos cambios son lo suficientemente significativos como para haber alterado radicalmente el lugar donde viven las especies y haber contribuido potencialmente a la extinción de megafaunas tan carismáticas como los mamuts y los tigres dientes de sable. Pero la historia más extraordinaria de los núcleos de hielo no es la relativa estabilidad del clima durante los últimos 10.000 años. Parece que durante el apogeo de la última edad de hielo, hace 20.000 años, había un 50% menos de dióxido de carbono y menos de la mitad de metano en el aire que durante nuestra época, el Holoceno. Este hallazgo sugiere una retroalimentación positiva entre el dióxido de carbono, el metano y el cambio climático.
El razonamiento que apoya la idea de este sistema de retroalimentación desestabilizadora es el siguiente. Cuando el mundo era más frío, había menos concentración de gases de efecto invernadero, por lo que se atrapaba menos calor. Cuando la Tierra se calentó, los niveles de dióxido de carbono y metano aumentaron, acelerando el calentamiento. Si la vida tuvo algo que ver en esta historia, habría sido para impulsar, más que para oponerse, al cambio climático. Cada vez parece más probable que, cuando los seres humanos pasaron a formar parte de este ciclo, también contribuyeron a acelerar el calentamiento. Este calentamiento ha sido especialmente pronunciado desde mediados del siglo XIX debido a las emisiones de gases de efecto invernadero procedentes de la industrialización, el cambio de uso del suelo y otros fenómenos. Una vez más, sin embargo, siguen existiendo incertidumbres.
No obstante, la mayoría de los científicos estarían de acuerdo en que la vida bien podría ser el principal factor de retroalimentación positiva entre el cambio climático y los gases de efecto invernadero. A finales del siglo XX se produjo un rápido aumento de la temperatura media de la superficie del planeta. De hecho, el periodo que va desde la década de 1980 ha sido el más cálido de los últimos 2.000 años. Diecinueve de los 20 años más cálidos de los que se tiene constancia se han producido desde 1980, y los 12 más cálidos se han producido desde 1990. El año récord de todos los tiempos fue 1998, y 2002 y 2003 ocuparon el segundo y tercer lugar, respectivamente. Hay buenas razones para creer que la década de los 90 habría sido aún más calurosa si no hubiera entrado en erupción el Monte Pinatubo: este volcán puso suficiente polvo en la alta atmósfera para bloquear parte de la luz solar incidente, provocando un enfriamiento global de unas décimas de grado durante varios años.
¿Podría el calentamiento de los últimos 140 años haberse producido de forma natural? Con una certeza cada vez mayor, la respuesta es no.
El recuadro de la derecha muestra un notable estudio que intentó retrasar el registro de la temperatura del hemisferio norte 1.000 años. El climatólogo Michael Mann, de la Universidad de Virginia, y sus colegas realizaron un complejo análisis estadístico en el que intervinieron unos 112 factores diferentes relacionados con la temperatura, como los anillos de los árboles, la extensión de los glaciares de montaña, los cambios en los arrecifes de coral, la actividad de las manchas solares y el vulcanismo.
El registro de temperatura resultante es una reconstrucción de lo que se podría haber obtenido si se hubiera dispuesto de mediciones basadas en termómetros. (Las mediciones de temperatura reales se utilizan para los años posteriores a 1860.) Como muestra el rango de confianza, existe una considerable incertidumbre en cada año de esta reconstrucción de la temperatura de 1.000 años. Pero la tendencia general es clara: un descenso gradual de la temperatura durante los primeros 900 años, seguido de un fuerte repunte de la temperatura en el siglo XX. Este gráfico sugiere que la década de los 90 no sólo fue la más cálida del siglo, sino de todo el pasado milenio.
Al estudiar la transición de la atmósfera con alto contenido de dióxido de carbono y bajo nivel de oxígeno del Arcaico a la era de gran progreso evolutivo de hace unos 500 millones de años, queda claro que la vida puede haber sido un factor de estabilización del clima. En otro ejemplo -durante las edades de hielo y los ciclos interglaciares- la vida parece tener la función contraria: acelerar el cambio en lugar de disminuirlo. Esta observación ha llevado a uno de nosotros (Schneider) a sostener que el clima y la vida coevolucionaron en lugar de que la vida sirviera únicamente como retroalimentación negativa sobre el clima.
Si los humanos nos consideramos parte de la vida -es decir, parte del sistema natural- entonces podría argumentarse que nuestro impacto colectivo en la Tierra significa que podemos tener un papel coevolutivo significativo en el futuro del planeta. Las tendencias actuales de crecimiento de la población, las exigencias de aumento del nivel de vida y el uso de la tecnología y las organizaciones para alcanzar estos objetivos orientados al crecimiento contribuyen a la contaminación. Cuando el precio de la contaminación es bajo y la atmósfera se utiliza como una cloaca gratuita, el dióxido de carbono, el metano, los clorocarbonos, los óxidos nitrosos, los óxidos de azufre y otros tóxicos pueden acumularse.
Cambios drásticos en el futuro
EN SU INFORME Cambio Climático 2001, los expertos en clima del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático estimaron que el mundo se calentará entre 1,4 y 5,8 grados C para el año 2100. El extremo más suave de esa horquilla -un calentamiento de 1,4 grados C por cada 100 años- sigue siendo 14 veces más rápido que el grado C por cada 1.000 años que ha sido históricamente el ritmo medio de cambio natural a escala mundial. Si se produjera el extremo más alto del rango, podríamos ver tasas de cambio climático casi 60 veces más rápidas que las condiciones medias naturales, lo que podría llevar a cambios que muchos considerarían peligrosos. Un cambio a este ritmo obligaría, casi con toda seguridad, a muchas especies a intentar desplazar sus áreas de distribución, al igual que ocurrió a partir de la transición edad de hielo/interglaciar de hace 10.000 y 15.000 años. Las especies no sólo tendrían que responder al cambio climático a un ritmo entre 14 y 60 veces más rápido, sino que pocas tendrían rutas migratorias abiertas y sin alteraciones, como ocurrió al final de la era glacial y al comienzo de la era interglacial. Los efectos negativos de este importante calentamiento -en la salud, la agricultura, la geografía costera y los sitios patrimoniales, por nombrar algunos- también podrían ser graves.
Para hacer las proyecciones críticas del futuro cambio climático necesarias para comprender el destino de los ecosistemas en la Tierra, debemos excavar en la tierra, el mar y el hielo para aprender todo lo que podamos de los registros geológicos, paleoclimáticos y paleoecológicos. Estos registros proporcionan el telón de fondo para calibrar los rudimentarios instrumentos que debemos utilizar para asomarnos a un sombrío futuro medioambiental, un futuro cada vez más influenciado por nosotros.
Los autores
CLAUDE J. ALLGRE y STEPHEN H. SCHNEIDER estudian diversos aspectos de la historia geológica de la Tierra y de su clima. Allgre es profesor de la Universidad de París y dirige el departamento de geoquímica del Instituto Geofísico de París. Es miembro extranjero de la Academia Nacional de Ciencias. Schneider es profesor del departamento de ciencias biológicas de la Universidad de Stanford y codirector del Centro de Ciencia y Política Medioambiental. Recibió una beca del Premio MacArthur en 1992 y fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ciencias en 2002.