Jurásico y Cretácico: el clima de los dinosaurios

el Jurásico

La progresiva ruptura de Pangea, que comenzó a final del Triásico, provocó un clima global más húmedo durante todo el Jurásico (208-146 millones de años). El nivel del mar comenzó a ascender y el agua oceánica al adentrarse en tierra inundaba grandes regiones continentales, creando nuevos mares.

La mayor extensión de las tierras inundadas hizo disminuir el albedo planetario, aumentando la absorción de la energía solar, y la mayor humedad del aire, por su efecto invernadero, hizo que el clima global fuese también más cálido.

La causa de la elevación de los mares pudo ser un cambio en la topografía de las cubetas oceánicas, ligado a un mayor ritmo de separación de las placas tectónicas y a la extrusión intensa de lavas por las fracturas del suelo oceánico. El resultado fue que en su conjunto los mares y los océanos perdieron en profundidad y ganaron en extensión. Durante las trangresiones el agua marina desbordaba las cubetas oceánicas e inundaba muchas regiones costeras, anteriormente secas. Otra teoría más especulativa es la de que las variaciones en el nivel de los mares estaban motivadas por cambios rápidos en la inclinación del eje terrestre, que repercutían en el apilamiento de las aguas en unas regiones u otras (Mound, 1998).

También hay datos de episodios climáticos catastróficos que pudieron resultar de la suelta masiva hacia la atmósfera de metano, que es un potente gas invernadero, procedente del subsuelo marino.

Uno de estos eventos tuvo lugar probablemente en el estadio Toarciense, hace unos 183 millones de años. Quizás la subida del nivel del mar y los cambios de presión hidrostática, desestabilizaron las capas costeras del subsuelo y provocaron derrumbamientos submarinos en cadena, que facilitaron la expulsión de grandes cantidades de gas metano. La extrusión del metano reforzaría el calentamiento inicial y probablemente provocó en el mar una extinción masiva, debido a las condiciones de anoxia que produjo en el agua profunda al oxidarse y consumir todo el oxígeno disuelto en ella. El resultado fue la sedimentación en algunas regiones marinas de una capa de más de dos metros de barros orgánicos, con un carbono muy pobre en el isótopo carbono-13, característica típica del metano (Hesselbo, 2000).

el Cretácico

El Cretácico, que comenzó hace 145 millones de años y duró hasta la extinción de los dinosaurios, hace 65 millones de años, tuvo también en su mayor parte un clima húmedo y cálido. Los espesos estratos de creta, roca caliza porosa formada por conchas calcáreas de cocolitos y foraminíferos, que proliferaron por todos los mares, han dado el nombre al período. Hasta entonces la sedimentación calcárea había solido quedar restringida a las aguas poco profundas de las plataformas continentales.

El Cretácico Medio, hace unos 100 millones de años. El área cubierta por las aguas era muy extensa. Norteamérica quedaba cortada en dos por un mar de aguas someras que unía el Artico con el Atlántico, y Europa era un archipiélago más que un continente. El clima en las latitudes altas era mucho más templado que el actual. La circulación oceánica era también muy diferente.

A mediados del período, hace unos 100 millones de años, la temperatura media de la superficie del planeta era entre 6ºC y 12ºC mayor que la de hoy. La franja tropical de arrecifes de coral era latitudinalmente bastante más ancha que en el presente. Los dinosaurios, animales probablemente de sangre fría, más afines a climas cálidos que fríos, poblaban casi todas las regiones emergidas de la Tierra y se acercaban hasta los círculos polares. Algunos sugieren que el enorme tamaño de muchos de ellos era sólo posible gracias a la existencia de una mayor abundancia de biomasa vegetal, favorecida por el calor, la humedad y la alta concentración de CO2.

Por estudios de fósiles hallados en las profundidaes del Artico, se calcula que las aguas tenían una temperatura media de entre 15ºC y 20ºC (Jenkyns, 2004). Plantas y animales, que hoy son típicos de climas cálidos, como ciertos reptiles acuáticos semejantes a los cocodrilos (Champosaurus), llegaron también a vivir en latitudes muy altas, casi polares (Tarduno, 1998; Maurer, 2002). En sedimentos de Groenlandia se han encontrado hojas del Arbol del Pan (Artocarpus dicksoni), especie que hoy sólo se encuentra en las regiones de clima húmedo tropical.

No por esto hay que exagerar y concluir que en las latitudes polares no hacía nada de frío, ni siquiera en invierno. En el sudeste de Australia, situado entonces a 60ºS, hay constancia de la existencia de suelos congelados junto a depósitos de esqueletos de dinosaurios que habitaban aquella región (Rich, 2002). Es posible que algunos de ellos fueran de sangre caliente y resistentes al frío; también es posible que migrasen a las regiones subpolares tan sólo en verano. Además, aunque no se han encontrado tillitas, sí han aparecido sedimentos oceánicos del Cretácico que contienen derrubios de rocas transportados por icebergs, lo que indica que podían existir pequeños casquetes glaciales en latitudes altas.

Sea como sea, los depósitos de carbón, que preferentemente se forman bajo un clima cálido y húmedo, son también conspicuos durante el Cretácico y están extensamente repartidos por todas las latitudes. Los grandes yacimientos explotados hoy a cielo abierto en el oeste de Estados Unidos se formaron entonces. También existen en latitudes bastante altas depósitos de bauxita, un mineral que, para su formación, suele requerir un clima tropical, con un contrastado régimen estacional de lluvias, lo que sugiere también que el clima de aquella época era a nivel global más cálido y uniforme.

¿Y cuáles fueron las causas de este clima cálido y húmedo, que se manifestó especialmente entre hace 120 millones y 90 millones de años?. Las que se aducen con más frecuencia son: 1) una alta concentración de CO2 y vapor de agua; 2) un clima más oceánico, con una distribución de mares y continentes que favorecería la exportación marina de calor de los Trópicos hacia los Polos y, por lo tanto unas temperaturas más uniformes; y 3) un mayor transporte meridiano de humedad desde los Trópicos a las latitudes altas, lo que provocaría aquí mayores precipitaciones y también más calor.

abundante CO2 y vapor de agua

La concentración de CO2 en la atmósfera era probablemente varias veces superior a la actual (370 ppm), entre 900 ppm y 3.300 ppm, según cálculos que todavía son muy laxos y bastante inciertos. El desarrollo y auge de las angiospermas, plantas con flores que alcanzan su máxima eficiencia fotosintética cuando la concentración atmosférica de CO2 es entre 1.000 y 1.500 ppm, se produjo precisamente entonces.

Los cálculos de los niveles de CO2 se basan en datos diversos. Uno de estos es el estudio isotópico del carbono orgánico de los paleosuelos, cuya mayor o menor riqueza en carbono-13 está en parte ligada a la concentación de CO2 en la atmósfera.

Otro es el análisis de las variaciones de la densidad de estomas en la superficie de las hojas de árboles fósiles como el ginkgo (Retallack, 2001). Los estomas son las pequeñas aberturas a través de los cuales las hojas absorben dióxido de carbono del aire en el proceso fotosíntetico. El material recogido en herbolarios a lo largo de los últimos dos siglos parece mostrar una disminución de la densidad espacial de los estomas a medida que la concentración de dióxido de carbono ha ido aumentando. De aquí se ha deducido que cuando existe una mayor concentración de dióxido de carbono en el aire, las hojas tienden a tener menos estomas (Van der Burgh, 1993; Kerp, 2002; Hetherington A. & I. Woodward, 2003).

Esta alta concentración de CO2 se produciría por la intensa desgasificación volcánica, que ocurría en las fracturas tectónicas de la corteza oceánica (ridges), en donce se separaban a buen ritmo los trozos continentales, en los que había comenzado a escindirse Pangea desde comienzos del Jurásico. Extensas plataformas basálticas oceánicas en el Atlántico (Caribe), Indico (Kerguelen) y Pacífico (Ontong Java) datan precisamente de mediados del Cretácico.

Pero la razón del aumento del efecto invernadero no residiría sólo en el CO2 , sino también en el incremento del contenido de vapor de agua en la atmósfera. Hoy, el efecto invernadero del vapor de agua está casi confinado a las latitudes tropicales y medias, y apenas tiene incidencia en las latitudes altas, ya que allí la humedad absoluta del aire, debido al frío, es muy baja Así, el vapor de agua alcanza una concentración de hasta el 4% del aire en algunas regiones húmedas ecuatoriales, pero tan sólo del 0,00001% en el Polo Sur en invierno. Sin embargo, durante el Cretácico, al tener las masas de aire de latitudes polares temperaturas muy superiores, su capacidad higromética sería también mayor y su efecto invernadero considerable.

un clima más oceánico

Además de la mayor concentración de gases invernadero, otro factor climático importante pudo ser la configuración de los mares y continentes, permitiendo un favorable sistema de corrientes oceánicas, que hacía llegar más calor tropical a los Polos. Por otra parte, la desmembración de los continentes, como Europa, divididos en grandes y pequeñas islas, moderaba las oscilaciones estacionales, evitando los rigores climáticos invernales.

El nivel del mar, que ya había ascendido anteriormente en el Jurásico, inundaba con aguas someras el 20 % de los continentes actuales. Llegó a su cota máxima poco después de mediado el período, en la transgresión del piso Cenomaniense. El amplio y abierto Mar de Tethys (precursor del Mediterráneo) anegaba vastas extensiones de Europa y del norte de Africa, y por su lado oriental llegaba a conectarse con el Artico a través de un mar de aguas someras. Europa era un archipiélago de islas, en cuyos mares poco profundos se formaron típicos depósitos de rocas calizas y coralinas. También Norteamérica quedaba partida en dos mitades, occidental y oriental, por un mar interior (Western Interior Seaway) que penetraba desde el Golfo de Mexico hacia el norte y llegaba a veces hasta el Artico.

La diversa configuración de mares y continentes repercutía no sólo en el sistema de corrientes marinas superficiales, sino también en las corrientes profundas termohalinas. Se cree que a mediados del Cretácico las aguas profundas de los océanos tenían una temperatura media de 15ºC, mucho más alta que los frígidos 2ºC de la actualidad.

La razón es que probablemente el agua que ocupaba el fondo procedía de latitudes diferentes a las del presente (hoy, el agua profunda de los océanos proviene del hundimiento de aguas superficiales en latitudes polares). El grueso de la formación de agua profunda se produciría en el Cretácico en latitudes tropicales, ya que allí, en los mares someros del sur de Europa y del incipiente Atlántico, se producía una intensa evaporación que salinizaba mucho las aguas superficiales, las densificaba y las hacía hundirse. Se formaba así una masa de agua profunda, pero relativamente cálida, que posteriormente se esparcía por el fondo de todos los mares hacia el norte y hacia el sur, en parte semejante a lo que ocurre hoy con el agua profunda mediterránea que sale al Atlántico por el estrecho de Gibraltar.

En el Cretácico es probable que el agua profunda de los océanos se formase en áreas tropicales. Allí el agua se hundía por la fuerte salinidad que adquiría debido a la evaporación (algo semejante a lo que ocurre hoy, a pequeña escala, en el Mediterráneo).

Las aguas superficiales estaban también mucho más calientes en los mares de las latitudes templadas y altas. Pero más dudas existen en cuanto a las temperaturas de las aguas superficiales de las latitudes tropicales, pues aunque se ha solido creer que eran allí semejantes a las actuales, una nueva reconsideración del análisis isotópico de los foraminíferos parece indicar que eran también más altas (Pearson, 2001).

intensa sedimentación de carbono

El Cretácico Medio está también ligado a eventos oceánicos anóxicos (oceanic anoxic events), es decir, a períodos en los que el fondo del océano, especialmente de la cuenca occidental del Mar de Tethys y del Atlántico Norte tropical, se quedaba sin oxígeno y se producía una intensa deposición y enterramiento de materia orgánica sin descomponer, que en muchas regiones formó grandes depósitos de calizas negras. En estos episodios habría una gran mortandad de bacterias aeróbicas y se desarrollarían con fuerza las arqueas, un tipo de picoplancton marino que no necesita oxígeno molecular ni luz para obtener su energía, y que constituye el 80 % de la masa orgánica de algunos sedimentos depositados en eventos anóxicos del Albiense, hace unos 112 millones de años.

Aparte de las típicas calizas negras, también el 60 % de las reservas conocidas de petróleo se formaron en el Cretácico, así como grandes cantidades de areniscas bituminosas, cuyo contenido en carbono orgánico puede superar en valores absolutos a todos los reservorios de carbón y petróleo conocidos.

El evento anóxico más intenso ocurrió en la transición Cenomaniense/Turoniense, hace 94 millones de años. Ha podido ser estudiado con detalle en la costa de Tarfaya, al sur de Marruecos, en donde aparecen sedimentos biogénicos laminados en estratos de más de 500 metros de espesor (Kuhnt, 2001).

Estos eventos anóxicos podrían deberse alternativamente:

1) a un crecimiento excesivo de la productividad biológica en superficie, que agotaría el oxígeno, y que sería debida tanto a la gran abundancia de nutrientes provenientes de las zonas costeras que se inundaban en las transgresiones, como al afloramiento (upwelling) de aguas frías y fértiles de los fondos costeros, tal y como ahora ocurre en el propio Marruecos, y en otras costas del mundo (Wilson, 2001).

2) a una estratificación de las aguas debido al recalentamiento del nivel superficial, lo que impediría la ventilación física de las aguas profundas y la descomposición orgánica. Las fuertes lluvias ayudarían a disminuir la salinidad de la capa superficial y a aumentar la estratificación. Además, la circulación termohalina debía ser mucho más débil y al situarse los lugares de hundimiento en el Trópico debían producir unas masas de agua profunda, a la vez que menos frías, también menos oxigenadas.

referencias:

Hesselbo S. et al., 2000, Massive dissociation of gas hydrate during a jurassic oceanic anoxic event, Nature, 406, 392-396
Hetherington A. & I. Woodward, 2003, The role of stomata in sensing and driving environmental change, Nature, 424, 901-908
Jenkyns H.C. et al., 2004, High temperatures in the Late Cretaceous Arctic Ocean, Nature, 432, 888-892
Kerp H., 2002, Atmospheric CO2 from fossil plant cuticles, Nature, 415,38
Kuhnt W. et al., 2001, Morocco Basin's sedimentary record may provide correlations for Cretaceous paleoceangraphic events worlwide, EOS, 82, 361
Maurer B,. 2002, Big thinking, Nature, 415,489-491
Mound J. E. 1998, True polar wander as a mechanism for second-order sea-level variations, Science, 279, 534-537
Pearson P. et al.,2001, Warm tropical sea surface temperatures in the Late Cretaceous and Eocene epochs, Nature, 413, 481-487
Retallack G., 2002, Triassic-Jurassic atmospheric CO2 spike, Nature,415,387-388
Rich T. et al., 2002, Polar dinosaurs, Science, 295, 979
Tarduno J.A. et al. 1998, Evidence for extreme climatic warmth from late Cretaceous arctic vertebrates, Science, 282, 2241
Van der Burgh J. et al.,1993, Paleoatmospheric signatures in Neogene fossil leaves, Science, 260,1788-1790
Wilson P.A. & Norris R. 2001,Warm tropical ocean surface and global anoxia during the mid-Cretaceous period, Nature, 412,425