CSIC-Museo Nacional de Ciencias Naturales, Madrid

Cambio Climático Precuaternario

DivisiDivisióón geoln geolóógica de la Tierra desde sus orgica de la Tierra desde sus oríígenes (hace 4.500 genes (hace 4.500 millones de amillones de añños) hasta la actualidad. Queda dividida en cuatro os) hasta la actualidad. Queda dividida en cuatro eones: eones: HadeenseHadeense, Arqueozoico, Proterozoico y , Arqueozoico, Proterozoico y FanerozoicoFanerozoico, cuyos , cuyos nombres hacen referencia a la evolucinombres hacen referencia a la evolucióón de la vida terrestre. El n de la vida terrestre. El úúltimo ltimo eeóónn, el , el FanerozoicoFanerozoico, se divide en tres eras: Paleozoico, , se divide en tres eras: Paleozoico, Mesozoico y Cenozoico. Las eras, a su vez, se dividen en perMesozoico y Cenozoico. Las eras, a su vez, se dividen en perííodos.odos.

Evolución del clima en la Tierra

Arqueozoico 3.8 - 2.5 GaLa atmósfera era muy diferente a la actual, con elevadas concentraciones de CH4, NH3 (amoniaco), y otros gases que serían tóxicos para la mayor parte de los seres vivos actuales. La corteza terrestres comenzaría a enfriarse y a formarse las placas continentales. La vida comenzó a aparecer en el Arqueozoico temprano. Los fósiles más antiguos datan de aprox. 3458 ± 2 Ma BP, y consisten en microfósiles de bacteriasprocariotas (Ueno et al., 2006) . Toda la vida durantemás de un billón de años era bacteriana. Los estromatolitos, que son colonias de cianobacteriasfotosintéticas se han encontrado fósiles en rocas del Arqueozoico temprano de Australia.Los estromatolitos incrementaron su abundancia en el Arqueozoico, pero comenzaron a descender en el Proterozoico. En la actualidad no son muy comunes.

CianobacteriasLas cianobacterias (antecesoras de los cloroplastos de las cLas cianobacterias (antecesoras de los cloroplastos de las céélulas lulas vegetales) son bacterias fotosintvegetales) son bacterias fotosintééticas, que fabrican carbohidratos y ticas, que fabrican carbohidratos y oxoxíígeno a partir del digeno a partir del dióóxido de carbono y del agua, usando la luz solar xido de carbono y del agua, usando la luz solar como energcomo energíía. a.

CO2 + H2O + luz = CHCO2 + H2O + luz = CH22O (carbohidrato) + OO (carbohidrato) + O22 (ox(oxíígeno)geno)

A lo largo de la historia de la Tierra, las cianobacterias han sA lo largo de la historia de la Tierra, las cianobacterias han sido los ido los principales organismos creadores de oxprincipales organismos creadores de oxíígenogeno

Eón Proterozoico: 2.5 – 0.543 GaTienenTienen lugarlugar algunosalgunos de los de los hitoshitos mmááss importantesimportantes de la de la historiahistoria de la de la vidavida y de la Tierra. y de la Tierra. Se Se generangeneran continentescontinentes establesestables y y comienzancomienzan su su agradaciagradacióónn, un , un procesoproceso queque duradura variosvarios billonesbillones de de aaññosos. . Se Se tienentienen evidenciasevidencias ffóósilessiles de de abundantesabundantes organismosorganismosvivientesvivientes, , principalmenteprincipalmente bacteriasbacterias y y arqueobacteriasarqueobacterias, , peropero ssóólamentelamente hacehace 1.8 1.8 GaGa aparecenaparecen laslas primerasprimeras ccéélulaslulaseucariotaseucariotas ((eucarionteseucariontes).).Con el Con el inicioinicio del del ProterozoicoProterozoico (2.32(2.32±±0.015 0.015 GaGa BP) se BP) se presentanpresentan laslas primerasprimeras evidenciasevidencias de de aumentoaumento del del oxoxíígenogenoen la en la atmatmóósferasfera. . EstaEsta catastrofecatastrofe global global fuefue posibleposiblegraciasgracias a la a la actividadactividad de de numerososnumerosos gruposgrupos de de bacteriasbacterias, , queque hicieronhicieron posibleposible la la explosiexplosióónn de de laslas formasformaseucarionteseucariontes. . EstosEstos eucarionteseucariontes incluyenincluyen laslas algasalgas, y , y haciahacia el final del el final del ProterozoicoProterozoico, los , los primerosprimeros animalesanimales..

Eucariontes

Organismos unicelulares y pluricelulares con núcleo verdadero, en los cuales las diferentes células se especializan para diferentes tareas y que, en general, no pueden sobrevivir de forma aislada. Pertenecen al dominio Eukarya animales, plantas, hongos, así como varios grupos denominados colectivamente protistas. El resto de los seres vivos son unicelulares procariotas y se dividen los dominios Archaea y Bacteria.

Ostreococcus es el euraciotaviviente de menor tamaño ~ 0.8 µm.

Aumento del Oxígeno atmosférico2.32±0.015 Ga (Proterozoico)

Los Los nivelesniveles de Ode O22 atmosfatmosfééricosricos fueronfueron muymuy bajosbajos antes antes de de hacehace 2.45 2.45 GaGa, y , y queque alcanzaronalcanzaron nivelesniveles considerablesconsiderableshaciahacia 2.22 Ga. Los 2.22 Ga. Los isisóótopostopos de de SulfuroSulfuro ((3232S, S, 3333S, S, 3434S) de S) de piritapirita singensingenééticatica FeSFeS22 encontradosencontrados en en esquistosesquistos del del hacehace2.32 2.32 -- GaGa en el Sur de Africa, en el Sur de Africa, indicanindican queque los los nivelesniveles de de OO2 2 atmosfatmosfééricosricos eraneran muymuy elevadoselevados ( > 10( > 10--5 5 vecesveces el el actual). actual). La La reduccireduccióónn de gases de gases invernaderoinvernadero comocomo CO2 y CO2 y metanometano y y con el con el aumentoaumento de O2, la Tierra se de O2, la Tierra se enfrenfrííaa. . ExistenExistenevidenciasevidencias de de glaciacionesglaciaciones en la en la transicitransicióónn ArqueozoicoArqueozoico al al ProterozoicoProterozoico (2700(2700--2300 Ma, Hyde, 2000), con al 2300 Ma, Hyde, 2000), con al menosmenostrestres fasesfases muymuy frfrííasas. Se . Se debierondebieron al al efectoefecto depredadordepredadordel del oxoxíígenogeno sobresobre el el metanometano. Se . Se hanhan encontradoencontrado tillinastillinas, y , y depdepóósitossitos de de morrenasmorrenas glaciaresglaciares correspondientescorrespondientes a la a la glaciaciglaciacióónn palaeopalaeo--proterozoicaproterozoica..

BekkerBekker et al., Nature 427, 2004et al., Nature 427, 2004

Glaciaciones NeoproterozoicasTeoria Snowball Earth (~600-700 Ma)

EvidenciasEvidenciasDepDepóósitossitos glaciaresglaciares intercaladosintercalados entre entre capascapas de de carbonatoscarbonatos ((““cap cap carbornatescarbornates””) en ) en todostodos los los continentescontinentes, , incluyendoincluyendo el el paleoecuadorpaleoecuador

HierroHierro bandeadobandeado en los en los depdepóósitossitos glaciaresglaciares anoxia anoxia ((oceanooceano cubiertocubierto de de hielohielo dondedonde no no puedepuede circular circular haciahacia abajoabajo el Oel O22))

VariasVarias inversionesinversiones paleomagnpaleomagnééticasticas dentrodentro de de cadacadacapacapa glacial glacial glaciaciglaciacióónn de de millionesmilliones de de aaññosos y y afectandoafectando zonaszonas tropicalestropicales

PlanetaPlaneta no no aptoapto parapara la la vidavida..

Formación Hierro bandeado: Pico aislado de 600 Ma “Snowball Earth” period.

Los picos indican la evolución del O2 en la atmósfera

Snow Ball Theory

Fase 1:Sol ~6 % más ténue hoyFragmentación del continenteRodinia (~ 800 Ma)Eliminación del CO2atmosférico por meteorizaciónde rocas (e.g. basaltos)Enfriamiento (8ºC) debido a disminución de CO2 atmos.Disminución de T adicional poraumento de albedo del hielo

Phase 2:T media global = - 50º C Hielo en oceano ~ 1 km, bajoO2 en oceanoMayor parte organismosmarinos desaparecen, exceptoen fuentes termalesCiclo hidrológico se desacelera. Baja precipitaciónCO2 atmosférico desaparece

Según Hoffmann&Schrag, Sci. Amer. 2003Donnadieu et al., Nature, 428, 2004.

Fase 3:Emisiones de CO2 de volcanesse incrementaHielo ecuatorial se derrite y absorbe más energía solarCalentamiento por reducciónde albedoVapor de agua atmosférico se incrementa

Fase 4:T media Global= 50º CIncremento de precipitaciónconduce a intensificación de desaparición de CO2•

(CaSiO3 + CO2 →CaCO3 + SiO2)Formación de capa de sedimentos carbonatas en los fondos oceánicosExplosión de biodiversidad

Snow Ball Theory

Tiempo Geológico durante el Fanerozoico (últimos 540 Ma)

Paleoclima en el FanerozoicoControladoControlado porpor tendenciastendencias a largo a largo plazoplazo de de factoresfactores queque influyeninfluyen o son o son influidosinfluidos porpor el el climaclima, tales , tales comocomo paleogeografpaleogeografííaa, , temperaturatemperatura, , nivelnivel del mar, COdel mar, CO22, , ququíímicamicadel del aguaagua marina.marina.La La informaciinformacióónn disponibledisponible decrecedecrece con la con la edadedad, , debidodebido a los a los escasosescasos afloramientosafloramientosde de rocasrocas antiguasantiguas

Hitos climáticos en el Fanerozoico

600600--750 Ma: Snowball Earth (750 Ma: Snowball Earth (NeoproterozoicoNeoproterozoico))300 Ma300 Ma--5Ma:5Ma: Hot house world (Hot house world (Mesozoico/CenozoicoMesozoico/Cenozoico ))3 3 MyrMyr--presentepresente: : VaribilidadVaribilidad a a escalaescala Orbital: Orbital: secuenciassecuencias de de glaciaciglaciacióónn y y deglaciacideglaciacióónn20 20 KyrKyr: Last glacial maximum (LGM) : Last glacial maximum (LGM) ~13 ~13 KyrKyr: : calentamientocalentamiento Bolling/AllerodBolling/Allerod~12 ~12 KyrKyr: Younger Dryas (YD): Younger Dryas (YD)EventosEventos Heinrich y Heinrich y ciclosciclos DD--OO10001000--1300 BP: 1300 BP: AnomalAnomalííaa ClimClimááticatica Medieval (P. Medieval (P. ccáálidolido))14001400--1800 BP: 1800 BP: PequePequeññaa EdadEdad del del HieloHielo

Paleogeography

Gondwana-marginal pole

Continents along the equator

Paleogeography

Gondwana-marginal pole

Beginning of cooling

Paleogeography

Laurentia and Baltica collide (Appalachians)

Expansion of coral reefs

Continental pole = ice house

Paleogeography

Assembly of Pangea

Ice sheets high southern lats

Coal/swamps along equator

Paleogeography

PangeaMegamonsoonsof the mega continent

Deserts and evaporites

Tethys= warm water fauna

Lower sea level

Paleogeography

Break up of Pangea

Opening of Atlantic

Separation of east and west Gondwana

Paleogeography

Opening of South Atlantic

Separation of India from Madagascar

High sea level

Large Igneous Provinces

Ocean anoxic events

Paleogeography

Modern continental positions

Extent of ice (N and S)

Sea level

Paleogeography

The next supercontinent

Subduction in Atlantic- Spreading in Pacific

Wilson cycle

Paleogeography

Variaciones en la temperatura

Ruddiman Fig. 5-1

3 3 MyrMyr--presentepresente: : SecuenciasSecuenciasde de glaciaciglaciacióónn y y retrocesoretroceso

600600--750 Ma: Snowball Earth 750 Ma: Snowball Earth ((NeoproterozoicoNeoproterozoico))

300 Ma300 Ma--5Ma:5Ma: Hot house worldHot house world ((Mesozoico/CenozoicoMesozoico/Cenozoico ))

Glaciaciones

Glaciaciones

Invernadero

Invernadero

Invernadero

Crowley et al., 1987

Se observa que:-Temperaturas de verano >20C Si el polo se localiza en el centro dela masa continental- Temperatura de verano ~0C si elPolo en las márgenes del contiente

Glaciaciones del Ordovícico/Siluricoy Carbonífero-Pérmico

IH

IH

GH

Cambios en CO2 AtmosféricoLa La posiciposicióónn Polar no Polar no explicaexplica laslas variacionesvariacionesdel del climaclima durantedurante los los úúltimosltimos 500 my500 myLos Los cambioscambios en COen CO22 atmosfatmosfééricorico jugaronjugaron un un papelpapel importanteimportante

ModeloModelo de BLAGde BLAGClimaClima afectadoafectado porpor cambioscambios en COen CO22queque se se debendeben a a laslas emisionesemisionesprocedentesprocedentes de los de los fondosfondos marinosmarinoscomocomo consecuenciaconsecuencia de la de la derivaderivacontientalcontiental

ModelosModelos de T. C. Chamberlain de T. C. Chamberlain óóRaymo/RuddimanRaymo/Ruddiman

ClimaClima afectadoafectado porpor los los cambioscambios en la en la tasatasa de de levantamientolevantamiento de los de los contientescontientes y de la y de la meteorizacimeteorizacióónn((sumiderosumidero de COde CO22 en en ococééanosanos))

GEOCARBGEOCARBEntradasEntradas::

DegaseadoDegaseado volcvolcáániconico, , metammetamóórficorfico y y diagendiagenééticotico

OxidaciOxidacióónn de la de la materiamateria orgorgáánicanica expuestaexpuestaen en contientescontientes

SalidasSalidas::MeteorizaciMeteorizacióónn de los de los silicatossilicatos y y carbonatoscarbonatosenterradosenterrados (HCO(HCO33 oceanosoceanos sedimentossedimentoscarbonatadoscarbonatados = CO= CO22 procedenteprocedente atmatmcalizascalizas))EnterramientoEnterramiento de de carbcarbóónn orgorgáániconico ((marinomarino y y no no marinomarino))

GEOCARB

Berner, 1991, American Journal of Science Royer et al., 2001

Paleoclima Mesozoico

Frakes, 1979

Icehouse

Icehouse

Icehouse

Greenhouse

Greenhouse

Greenhouse

Se Se refiererefiere a la a la catastrofecatastrofe ecolecolóógicagica del Pdel P--T con T con extincionesextinciones masivasmasivas incluyendoincluyendo 70% 70% vertebradosvertebradosy 85 % y 85 % especiesespecies marinas.marinas.TeoriasTeorias: (1) : (1) choquechoque de de asteroideasteroide de 6de 6--12 Km 12 Km didiáámetrometro ((RestosRestos de de fulerenosfulerenos con con trazastrazas de de heliohelio, neon y , neon y argargóónn); (2) ); (2) masivasmasivas erupcioneserupcionesvolcvolcáánicasnicas en Siberia (Siberian traps; en Siberia (Siberian traps; emisionesemisionesde de azufreazufre, , carbonocarbono y y aerosolesaerosoles, , nubesnubes de de áácidocidosufsufúúricorico y y carbcarbóóniconico..PeriodoPeriodo seguidoseguido de de calentamientocalentamiento bruscobrusco debidodebidoa a elevadoelevado CO2 con CO2 con efectoefecto invernaderoinvernadero del del TriasTrias..

“The Great Dying” del Permo-Trias

Distribución de los continentes hace 255 millones - Pérmico

La separación de la Pangea y clima en el Mesozoico

Clima TriásicoSe Se comienzacomienza a a separarseparar la la PangeaPangea, , peroperotodavtodavííaa existenexisten grandesgrandes masasmasascontinentalescontinentalesElevadaElevada estacionaridadestacionaridadAridezAridez ((evaporitasevaporitas))

Deposición deevaporitas(Ruddiman, 2008)

Extinciones del Triásico Jurásico

PosiblementePosiblemente debidodebido a a emisionesemisiones de gases de gases durantedurante la la separaciseparacióónn de la de la PangeaPangea (S. (S. AmAmééricarica--Africa). Africa). OtraOtra teorteorííaa se se decantadecanta porpor variacionesvariaciones rráápidaspidas en el en el nivelnivel del mar.del mar.La La extinciextincióónn afectoafecto al 76% de al 76% de laslas especiesespecies, y , y facilitaronfacilitaronla la extensiextensióónn de los de los dinosauriosdinosaurios durantedurante el el JurJuráásicosico

Jurásico y Cretácico: Calor y Humedad

RoturaRotura de la de la PangeaPangea, mares , mares somerossomeros asociadosasociados a a importantesimportantes transgresionestransgresiones marinasmarinasSueltaSuelta masivamasiva de de metanometano a la a la atmatmóósferasferaprocedenteprocedente del del subsuelosubsuelo marinomarino (e.g. (e.g. ToarcienseToarciense183 Ma). 183 Ma). ExtincionesExtinciones masivasmasivas debidodebido a a condicionescondicionesde anoxia en de anoxia en ococééanosanos y y sedimentacisedimentacióónn de de barrosbarrosorgorgáánicosnicos..100 Ma: 100 Ma: temperaturatemperatura media entre 6 y 12media entre 6 y 12ººC C superior a la actual: superior a la actual: DinosauriosDinosaurios y y elevadaelevada biomasabiomasavegetal.vegetal.

Jurásico Medio/ Cretácico inferiorEnfriamientoEnfriamiento

EnterramientoEnterramiento de de materiamateria orgorgáánicanica((¿¿Snowball Earth?)Snowball Earth?)Se Se encuentranencuentran detritosdetritostransportadostransportados porporicebersicebers (IRD) en (IRD) en latitudes latitudes altasaltas quequeindicanindican la la existenciaexistencia de de hielohielo estacionalestacional

Cretácico inferior IRDFrakes and Francis, 1988

Cretácico Medio

Ruddiman, 2008. Fig. 6-1

Barrera de corales Cretácio Medio(Cenomaniense)

Corales en las calizas de Altamira cerca de Cobreces

Rudistas del cretácio

-Nivel del mar entre 100-300 m superior al actual- Aguas someras en el 20% continentes actuales. Europa: archipielago de islas y mares someros.-Producción de agua profunda en latitudes tropicales. Intensaevaporación y hundimiento de agua muy salada, y relativamentecálida. Temperatura de aguaprofunda de 15ºC (actual 2ºC).

Cretácico: Calor y humedadLa La concentracioconcentracio de CO2 de CO2 entre 900 y 3300 entre 900 y 3300 ppmppmDesarrolloDesarrollo y y augeauge de de laslasangiospermasangiospermas, , plantasplantas con con floresflores, con , con mmááximaximaeficienciaeficiencia fotosintfotosintééticatica con con CO2 entre 1000CO2 entre 1000--1500 1500 ppmppmCO2 CO2 debidodebido a a intensaintensadesgasificacidesgasificacióónn volcvolcáánicanicaElevadoElevado vaporvapor de de aguaagua, , tantotanto en en ecuadorecuador comocomo en en polospolos. . LlegadaLlegada de de calorcalortropical a los tropical a los polospolos..

Evidencias del CalentamientoCretácico

CalizasCalizas biogbiogéénicasnicas (chalk)(chalk)DesplazamientoDesplazamiento haciahacia los los PolosPolos de los de los llíímitesmitesfaunfauníísticossticos y y floralesflorales (~10(~10--15 degrees)15 degrees)

DesarrolloDesarrollo de de coralescorales a 40a 40ºº latitudlatitudBosquesBosques de de perennifoliosperennifolios en en latudeslatudes altasaltasIndicaciIndicacióónn ((δδ1818O) de O) de aguasaguas calientescalientes profundasprofundas, ,

polospolos y y trtróópicospicos mmááss calientescalienteschamposaurouschamposaurous ((saursauróópsidopsido didiáápsidopsido) en el ) en el ccíírculorculoáárticortico

No No existenexisten evidenciasevidencias de IRD. de IRD. AusenciaAusencia de de hielohielo→→menormenor albedoalbedoSe Se desarrollandesarrollan sedimentossedimentos comocomo carbcarbóónn, , lateritaslateritas y y bauxitasbauxitas indicativasindicativas de de climasclimas ccáálidoslidosNivelNivel del mar del mar aproxaprox 200 m 200 m masmas elevadoelevado ((albedoalbedo) ) debidodebidoa a elevadaselevadas tasastasas de de movimientomovimiento de de placasplacas, , faltafalta de de hielohieloy y expansiexpansióónn termaltermal, ,

Causas del calentamiento CretácicoAumentoAumento del del aporteaporte de gases de gases invernaderoinvernadero (CO(CO22))NivelesNiveles del mar del mar elevadoselevadosElevadasElevadas tasastasas de de actividadactividad convectivaconvectiva del del mantomanto, , taltal y y comocomo lo lo demuestrandemuestran laslas numerosasnumerosasprovinciasprovincias igneasigneas ((basaltosbasaltos, , rocasrocas intrusivasintrusivas, , rocasrocas de de margenesmargenes volcvolcáánicosnicos pasivospasivos y y basaltosbasaltosde de fondosfondos oceoceáánicosnicos))

Thompson and Barron, 1981

CalentamientoCretácico

RequiereRequiere::CalentamientoCalentamiento global global generalizadogeneralizado

BajoBajo grandientegrandiente entre Polo y Ecuadorentre Polo y EcuadorMecanismoMecanismo parapara calentamientocalentamiento de los de los PolosPolos

IncrementoIncremento de COde CO22

CalentamientoCalentamiento de de polospolos y y trtróópicospicosIncrementoIncremento del del calorcalor latentelatente haciahacia los los polospolos Ruddiman

(from Barron and Washington, 1985)

Rohde & Muller (2005)

Deterioroclimático

Cambio Climático K-T: Extinción de ammonites, especies de plancton y dinosaurios

Clima en el Paleógeno2.5 Ma

23.8 Ma

33.6 Ma

65 Ma

55 Ma

5.3 Ma

Neogeno – Frío

Paleogeno –Variable: Cálido, pero con tendencia al enfriamiento; hipertermales”

Cretácico Superior: Cálido

Hitos del ClimaPaleógeno

Zachos et al., 2007

1. Eoceno temprano: Óptimo Climático2. Paleoceno/ EocenoMáximo Termal (PETM) -hipertermal2a. Eocene Medio: Óptimo climático (MECO)3. Eoceno/Oligoceno-Hielo Antártico-Oi1

1

2a

2

3

55Ma

34Ma

23Ma

Eventos

Paleoceno y Eoceno inferior Óptimo Climático

EvindenciaEvindencia de de calentamientocalentamientoVegetaciVegetacióónn ((EocenoEoceno TempranoTemprano))

SelvaSelva tropical tropical lluviosalluviosa en el NW en el NW PacificoPacifico y y EuropaEuropaPalmerasPalmeras en Alaskaen Alaska

FaunaFaunaApariciAparicióónn de de pequepequeññosos mammamííferosferos modernosmodernosAsociacionesAsociaciones de de formaminformaminííferosferos planctplanctóónicosnicos desplazadosdesplazados a 45a 45°°NNReptiles a 78Reptiles a 78°°NNRestosRestos de de TitanoboaTitanoboa (13 m), (13 m), PaleocenoPaleoceno de Colombia de Colombia Tm= 30 – 34ºC

LitologLitologííaaLateritasLateritas hastahasta 4545°° NN

CO2 Paleogeno5x CO2

Boron- Pearson and Palmer, 2000Alquenonas- Pagani et al., 1999

Pagani et al., 2005

3x CO2

Green = Pagani 2005- alkBlue = Pearson and Palmer, 2009- δ11B

Paleogene

Zachos et al., 1994, Paleoceanography

Paleogeceno-Eoceno:Sin Hielo

Sin hieloHN

Zachos et al., 2007

“Rebote” en el Calentamiento“Retobe” en el enfriamiento

Tránsitos climáticos

Zachos et al., 1993 from Berger, 1982

Máximo HipertermalEl MEl Mááximo Termal (ximo Termal (hipertermalhipertermal) en el ) en el llíímite Paleoceno/ Eoceno (55,5 mite Paleoceno/ Eoceno (55,5 -- 54,8 54,8 MaMa) ) se caracterizse caracterizóó por uno de los perpor uno de los perííodos modos máás s significativos del cambio global del significativos del cambio global del Cenozoico. Este mCenozoico. Este mááximo tximo téérmico del rmico del PaleocenoPaleoceno--Eoceno cambiEoceno cambióó la circulacila circulacióón n atmosfatmosféérica y ocerica y oceáánica y condujo a la nica y condujo a la extinciextincióón de numerosos foraminn de numerosos foraminííferos feros bentbentóónico de aguas profundas y un nico de aguas profundas y un importante nimportante núúmero de los mammero de los mamííferos feros terrestres.terrestres.

Hipertermales Paleoceno-Eoceno

Más cálido

Hipertermales

-<pocos 10,000’s años

- Caluroso

- Elevado CO2 (fuentesinciertas)

-Acidificación del océano

-PETM (~55 Ma) – másprominente –renovación de mamíferos(extinciones)

PETMExcursiónNegativa de δ13C- 2.5‰-20-40 ky

ExcursiónNegativa de δ18O

Disolución de carbonatos poracidificación de los océanos

metano hydratosZachos et al., 2007

Estimación de temperaturas PETM GlobalGlobal

55°°C en <10,000 C en <10,000 aaññososAgua superficial en latitudes Agua superficial en latitudes altasaltas

66--88°°C C -- δδ1818O (Thomas et al., 2002)O (Thomas et al., 2002)AguasAguas profundasprofundas

44--55°°CC-- Mg/Ca (Mg/Ca (TripatiTripati and and ElderfieldElderfield, , 2005)2005)

AguasAguas tropicalestropicales44--55°°C C –– Mg/Ca + Mg/Ca + δδ1818O (O (ZachosZachos et al., et al., 2003)2003)

Desencadenante PETMCalentamientoCalentamiento de de aguasaguas profundasprofundas de 4de 4--55°°CC

ConducirConducirííaa a la a la disociacidisociacióónn de de carbohidratoscarbohidratos→→ input de COinput de CO22 a la atm.a la atm.RequiereRequiere otrasotras fuentesfuentes de de calentamientocalentamiento¿¿ExistirExistirííaa suficientesuficiente carbonocarbono??

RetroalimentaciRetroalimentacióónn positivapositiva a a cortocorto plazoplazo

EnfriamientoCenozoico

Enfriamiento generalizadoEnfriamiento escalonado• Inicio de la capa de hielo de la Antártica• Eoceno/Oligoceno (glaciación Oi1)• Oligoceno/Mioceno (glaciación Mi1)• Mioceno Medio (Óptimo climático)• Plioceno (relativamente cálido)

Rebotes climáticos

Enfriamiento Cenozoico• Posibles causas

• Paleogeográficas (posición polar): Antartica de situaciónmarginal a su posición polar completa

• Tasas de expansión cortical (CO2)• Cambio en el transporte de calor de las corrientes

oceánicas (e.g. Océano Antártico)Boron- Pearson and Palmer, 2000

Enfriamiento Cenozoico y CO2

ZachosZachos et al., 2007et al., 2007

PatronesPatrones de de enfriamientoenfriamiento no son no son consistentesconsistentes con con cambioscambios en en el COel CO22 producidosproducidos porpor laslas tasastasas de de expansiexpansióónn cortical y cortical y actividadactividad volcvolcáánicanica

FrFrííoo HimalayaHimalaya

Hipótesis de sumidero de CO2 por levantamientosAlpinos

-Enfriamiento empieza ~50Ma-Plataforma de los Himalayas sumergida hasta ~52 Ma-Igual en otras cordilleras alpinas, Andes, Alpes, Pirineos

Ol-1: 34 MaMi-1: 23 Ma

IntensificaciIntensificacióónn de la de la circulacicirculacióónn monzmonzóónicanicaPerturbaciPerturbacióónn de la de la circulacicirculacióónn atmosfatmosfééricaricaRaymoRaymo and and RuddimanRuddiman-- Las Las variacionesvariaciones de COde CO22estestáánn generadasgeneradas porpor los los ttéérminosrminos de de salidasalida en el en el ciclociclo del del carbonocarbono. . TasasTasas de de meteorizacimeteorizacióónn ququíímicamicaelevadaelevada conducenconducen a a bajosbajos contenidoscontenidos de COde CO22

Hipótesis de levantamiento

Flujo de sedimentosen el Océano Indicose incrementa hace25 My, y se acelerahace 10 My.Ruddiman, 2008

Enfriamiento Cenozoico

VVííasas de de conexiconexióónn y y transportetransporte de de calorcalorAberturaAbertura y y cierrecierre de de vvííasas de de conexiconexióónn en en el el CenozoicoCenozoico, , queque conducenconducen a:a:

DescensoDescenso del del transportetransporte de de calorcalor en en direccidireccióónn a los a los polospolosIncrementoIncremento del del transportetransporte de de humedadhumedadFraccionamientoFraccionamiento cuencacuenca a a cuencacuenca (sales, (sales, temp, temp, geoqugeoquíímicamica))

Hipótesis del transporte de calor de los Océanos

Vías de conexión oceánicas

Kennett, Marine Geology, 1982

Cierre a través de la regiónecuatorial

Abertura en latitudes altas

Cambios en circulación oceánicaLa Corriente Circumpolar AntLa Corriente Circumpolar Antáártica se formrtica se formóó cerca del lcerca del líímite Eocenomite Eoceno--Oligoceno, cuando la AntOligoceno, cuando la Antáártida y Sudamrtida y Sudaméérica finalmente se separaron para rica finalmente se separaron para formar el Paso de Drake hace unos 34formar el Paso de Drake hace unos 34--30 millones de a30 millones de añños. En este os. En este momento la Antmomento la Antáártida quedrtida quedóó aislada de las aguas maislada de las aguas máás cs cáálidas y se enfrlidas y se enfríía. a. Los glaciares empezaron a formar sobre el continente que anterioLos glaciares empezaron a formar sobre el continente que anteriormente rmente estaba cubierto por bosquesestaba cubierto por bosques

Kennett, 1977 (Antarctic Circumpolar Current)

Drake

Tasmania

Clima PliocenoPliocenoPlioceno 5.3 5.3 –– 1.8 Ma1.8 MaDos Dos partespartes::

InicioInicio ccáálidolido* (5* (5--3Ma): +3Ma): +calidocalido en 7 Maen 7 MaDeterioroDeterioro del del ClimaClima (3(3--2.5)2.5)

*Calentamiento Plioceno – próximo al equilibrioCalentamiento antropogénico en condiciones de no equilibrio

Uriarte, 2003Datos ODP

Evidencia del calentamiento PliocenoBosquesBosques borealesboreales en los en los mmáárgenesrgenes del del OcOcééanoanoÁÁrticortico (Matthews and (Matthews and OvendenOvenden, 1990), 1990)AtlAtláántico Norte y ntico Norte y PacPacííficofico SST~5SST~5°°CC> > queque el el presentepresente ((DowsettDowsett and and PoorePoore, 1991), 1991)TemperaturasTemperaturas del del OceOceáánono Sur ~5Sur ~5°°C C mmáássccáálidaslidas ((CiesielskiCiesielski and Weaver, 1974)and Weaver, 1974)En los En los trtróópicospicos SST SST ligeramenteligeramente mmááss ccáálidaslidasTemperaturasTemperaturas globalesglobales 33°°C C mmááss ccáálidaslidas

Uriarte, 2003: Temperaturas medias en relación a las actuales

OtrasOtras condicionescondicionesÁÁrticortico sin sin hielohielo estacionalestacional (Cronin et al., 1993)(Cronin et al., 1993)NivelNivel del mardel mar-- áámpliomplio rangorango (10(10--20 m superior; 20 m superior; 3030--35 m superior 35 m superior KrantzKrantz, 1991); , 1991); hastahasta 60 m : 60 m : HaqHaq et al., 1987)et al., 1987)CirculaciCirculacióónn TermohalinaTermohalina fuertefuerte ((RaymoRaymo et al., et al., 1996)1996)HieloHielo en en AntAntáárticartica reducidoreducido (Diatoms(Diatoms-- Barron, Barron, 1996)1996)

LLíímitemite actual de actual de veranoverano ~ ~ LLíímitemite pliocenoplioceno invernalinvernal))

AntAntáárticartica menosmenos hielohielo queque el actual (el actual (Webb and Webb and Harwood, 1991)Harwood, 1991)

Evidencia del calentamiento Plioceno

Temperaturas medias en el Pliocenoen relación con las actuales

Las temperaturas medias eran particularmente elevadas en latitudes. http://www.giss.nasa.gov/research/paleo/pliocene

Modelo CrowleyPara Para conseguirconseguir 66°° calentamientocalentamiento en en latitudlatitud altaalta (SST) (SST) requiererequiere 2xCO2xCO22 (580 (580 ppmppm))No se No se pudopudo alcanzaralcanzar ssóólolo con con condicionescondicionespaleogeogrpaleogeográáficasficas o o cambioscambios en en circulacicirculacióónn oceoceáánicanica

EpicaPearson and Palmer, 2000

Kurschner et al., 1996-stomatal indices

Raymo et al., 1996- d13D Corg

Shaded = Pagani et al., 2009-alkenones

CO2 Plioceno

Causas del calentamiento Plioceno

COCO22Los proxies Los proxies indicanindican 300300--380 380 ppmppm(~1.5x CO(~1.5x CO22))

IntensificaciIntensificacióónn del del transportetransporte de de calorcaloroceoceáániconico

RaymoRaymo et al. (1996), et al. (1996), BillupsBillups et al. et al. (1999), (1999), RaveloRavelo and and AndreasenAndreasen (2000) (2000) CondicionesCondiciones de El Nide El Niñño o permanentepermanente. . Contribuye/agudizaContribuye/agudiza el el calentamientocalentamiento

Condiciones El Niño

From NOAA website~2 a 7 años

TeleconexionesEl Niño

Patrón de teleconexiones de El Niño, similar a lasque ocurrirían en el Plioceno

Enfriamiento Plioceno Tardío~ 2.7 Ma~ 2.7 Ma

TransiciTransicióónn gradualgradualFinal de Final de laslas condicionescondiciones permanentespermanentes de El Nide El NiññooAberturaAbertura y y cierrecierre de de vvííasas de de conexiconexióónnCiclosCiclos MilankovitchMilankovitch. . ComienzanComienzan los los ciclosciclos 41 k 41 k Se reduce la Se reduce la corrientecorriente termohalinatermohalina del del AtlAtláántico Norte (ntico Norte (TransporteTransporte de de calorcalor oceoceáániconico))IRD en IRD en PacPacííficofico nortenorte y Atly Atláántico (~2.5 Ma)ntico (~2.5 Ma)

Comienza el Pleistoceno

Uriarte, 2003Datos ODP

ciclosciclos 41 k41 k ciclosciclos100 k100 k

CiclosCiclos 41 k: 41 k: OblicuidadOblicuidadCiclosCiclos 100 k: 100 k: excentricidadexcentricidadPosiblementePosiblemente debidodebido a a cambioscambios de de circulacicirculacióónnatmosfatmosfééricarica porpor levatamientolevatamiento del Tibet?del Tibet?

Icehouse vs. Greenhouse Earth

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