Glaciar Hubbard, Alaska. Crédito: robertraines/Flickr, CC BY 2.0

La región relativamente tranquila del espacio que ocupamos hoy en el Sistema Solar esconde un pasado ardiente y violento, y un futuro escalofriante. Esta serie explora la historia geológica y natural de la Tierra, empezando por la formación de nuestro Sistema Solar, pasando por los impactos de asteroides y las extinciones masivas, y terminando con el impacto humano en el medio ambiente actual. Para comprender realmente la magnitud de los cambios que ha sufrido nuestro planeta, tenemos que recorrer a toda velocidad inmensas escalas de tiempo, deteniéndonos en los hitos importantes.

Hasta ahora: La vida se formó bastante rápido en la Tierra, apenas 500 millones de años después de que se formara nuestro planeta de 4.560 millones de años. Y hace unos 2.400 millones de años (bya), el oxígeno apareció por primera vez a gran escala en la atmósfera y los océanos, provocando rápidamente una extinción masiva y sumiendo a la Tierra en la edad de hielo huroniana.

Durante la edad de hielo huroniana, causada por la saturación del nuevo gas oxígeno en el aire y las aguas, la Tierra se fue enfriando progresivamente a pesar de que el Sol aumentaba su brillo a medida que envejecía. El oxígeno en la atmósfera eliminó el metano, un gas de efecto invernadero que mantenía la Tierra caliente. La edad de hielo siguió al Gran Evento de Oxigenación, la primera de las veinticuatro extinciones masivas que ha visto nuestro planeta. Multitudes de formas de vida unicelulares fueron aniquiladas, y los supervivientes quedaron congelados por el frío que se arrastraba desde todas las direcciones.

La evidencia de esta edad de hielo está presente a lo largo del lago Hurón y el lago Superior, en Canadá. Esta parte de Canadá es un cratón, una parte antigua y estable de la corteza terrestre que ha persistido hasta nuestros días. Este cratón formaba parte de Kenorlandia, el supercontinente que existía cerca de las regiones ecuatoriales de la Tierra. De hecho, otros cratones de Kenorlandia, como el de Michigan y el de Australia Occidental, también muestran evidencias de grandes depósitos glaciares de este período.

Mientras nuestro planeta se congelaba lentamente, con la formación de capa sobre capa de hielo en la tierra y el mar, el supercontinente Kenorlandia comenzó a romperse. Y en el proceso, se reactivó la actividad volcánica. A diferencia del otro supercontinente llamado Vaalbara, Kenorlandia era enorme. Mientras que Vaalbara se dividió sólo en dos cratones, que ahora se encuentran en África y Australia, Kenorlandia era enorme: contenía cratones que ahora se encuentran en Canadá, Estados Unidos, Escandinavia, Groenlandia y el desierto de Kalahari, en el sur de África. Cuando estas grandes masas de tierra se rompen como trozos de una galleta, provocan cambios extremos en el clima global.

En primer lugar, provocan grietas y extensiones en el fondo marino. Esto hace que la parte superior del fondo marino se caliente. La corteza flota sobre el manto, perdiendo a menudo sus partes inferiores por la roca fundida viscosa. Como la roca caliente es mucho menos densa, se eleva en el manto, aumentando la altura de los continentes. Un aumento de la altura significa mayor altitud, donde el aire es más frío. Además, el calentamiento de los océanos provocó un aumento de la evaporación, lo que incrementó las precipitaciones a nivel mundial. Esto enfrió aún más el planeta. A medida que el planeta se volvía más y más blanco, su reflectividad aumentaba. Toda la luz solar se reflejaba, impidiendo aún más la retención de calor.

Este tipo de acontecimientos que siguen alimentando el aumento del frío se denominan bucles de retroalimentación positiva.

La edad de hielo huroniana vio cómo los glaciares y el hielo cubrían partes de la tierra y del océano casi hasta el ecuador. Esta fue la edad de hielo más larga de la historia, abarcando casi 300 millones de años, de 2,4 a 2,1 bya. Una de las causas principales de la persistencia de esta edad de hielo parece haber sido una pausa en la actividad volcánica, que redujo aún más el dióxido de carbono y el metano en la atmósfera, algunos de los cuales quedaron atrapados en el hielo y los océanos.

Las edades de hielo terminan debido a un bucle de retroalimentación negativa. En un período de glaciación, se producen intensas nevadas y el agua queda atrapada en forma de enormes cantidades de hielo sobre la tierra. Así, el nivel del mar desciende. Las precipitaciones también descienden porque ya no hay suficiente agua en la atmósfera. La precipitación mantiene el frío. El hielo marino se derrite más rápido que las grandes capas de hielo en tierra. Así que una vez que la Tierra no pudo enfriarse más y se quedó sin precipitaciones para mantener el frío, empezó a calentarse debido al Sol. Incluso un pequeño derretimiento del hielo marino puede hacer que el agua empiece a absorber el calor del Sol, desencadenando un bucle que libera dióxido de carbono y provocando más derretimiento, con lo que se acaba rápidamente la glaciación. Esta es la razón por la que todas las glaciaciones terminaron mucho más rápido de lo que empezaron.

Poco después del final de la glaciación huroniana y de la ruptura de Kenorlandia, en alguna parte de los océanos globales, un organismo unicelular, muy probablemente una bacteria, atacó a otro, probablemente una arquea, que se lo tragó y le permitió sobrevivir en su interior. Ambos organismos necesitaban el producto de desecho del otro para sobrevivir, por lo que colaboraron en lo que se denomina endosimbiosis. Esta pequeña célula se convirtió en la primera vida unicelular compleja con un núcleo, membranas y la arquea convertida en mitocondria. Estas formas de vida se conocen hoy como eucariotas, y esta célula en particular es el ancestro de todos los organismos vivos actuales. Esto ocurrió aproximadamente 2,1 a.a., después de la friolera de 2.500 millones de años de vida unicelular elemental, primitiva y francamente simple.

Concepción artística de Rodinia. Crédito: Tomo Narashima

Mientras tanto, las partes de Kenorlandia que se habían roto se movían en los mares, colisionando de nuevo con cratones más nuevos y formando un nuevo y enorme supercontinente llamado Columbia. Columbia era aún más grande que Kenorlandia y contenía cratones que hoy pertenecen a América del Norte, Escandinavia, Australia, India y América del Sur. De hecho, la costa occidental de la India estaba unida a la costa oriental de Norteamérica, mientras que la costa occidental de Canadá estaba unida al sur de Australia. Escandinavia estaba unida a Brasil, y todas las masas terrestres estaban fuertemente agrupadas. Después de estar completamente ensamblado 1,8 a.C., Columbia comenzó a expandirse en tamaño debido a la formación de roca volcánica en sus fronteras, con el magma derramado comenzando a enfriarse y solidificarse.

Esta actividad volcánica desencadenó más vulcanismo en el interior, y naturalmente comenzó a agrietar el supercontinente. El Columbia comenzó a dividirse 1,4 a.C., y los cratones se dividieron en partes de la India, América del Norte, China, África, Escandinavia y Australia actuales. Estos cratones no sobrevivieron de forma independiente durante mucho tiempo. Chocaron entre sí y con otros cratones recién nacidos muy rápidamente, formando el siguiente supercontinente, Rodinia, 1,3 bya.

Rodinia permaneció casi por completo en el hemisferio sur y es una parte muy importante de la historia biológica de la Tierra. El supercontinente fue testigo de la evolución de los eucariotas a organismos multicelulares mediante la primera aparición de la reproducción sexual. Fue testigo de la formación de la capa de ozono en la atmósfera; y su desintegración provocó otra edad de hielo, la más aterradora de todas.

Cuando Rodinia comenzó a desintegrarse, provocó súbitas y gigantescas grietas en el fondo marino. Esto hizo que la corteza se calentara, repitiendo el mismo mecanismo que causó los picos de lluvia durante la anterior edad de hielo. Esto dio lugar a un mayor enfriamiento, provocando una edad de hielo.

Pero esta edad de hielo, la edad de hielo criogénica, fue diferente de la huroniana. De hecho, nunca se ha vuelto a ver una edad de hielo así en la historia de la Tierra. Las capas de hielo y los glaciares se extendieron desde los polos hasta la mitad del ecuador, cubriendo cada centímetro del planeta, haciéndolo parecer una bola de nieve gigante. Acertadamente, el fenómeno se conoce como «Tierra Bola de Nieve». La edad de hielo criogénica fue causada por dos rápidos eventos de glaciación en la edad de hielo, separados por un período de interglaciación muy pequeño y cálido. Esta edad de hielo más extrema de nuestro planeta duró desde 720 mya hasta 635 mya.

El descongelamiento de este hielo -al separarse Rodinia- vio una mayor evolución de la vida. La fragmentación de las masas de tierra hizo que aumentara el vulcanismo en los mares, lo que a su vez provocó una afluencia de nutrientes al agua. En los últimos millones de años del supereón precámbrico apareció el primer «animal»: la esponja. La extensión del fondo oceánico también provocó la formación de muchos mares poco profundos, en los que la vida finalmente hizo el viaje del agua a la tierra. Esto coincidió con el colapso definitivo de Rodinia y marcó la transición de la escala temporal geológica del supereón precámbrico al eón fanerozoico.

A partir de este momento, el registro geológico de nuestro planeta se vuelve más detallado gracias a la abundancia de fósiles. El eón Fanerozoico, que comienza en 542 mya, se traduce literalmente como «período de vida bien definido». Mientras que el supereón precámbrico abarcó tres grandes eones y duró más de cuatro mil millones de años, en el eón fanerozoico ocurrieron muchas más cosas en la Tierra. Hubo más diversidad, más cambios a gran escala en las características de la superficie y la atmósfera de nuestro planeta, y la friolera de veinte extinciones masivas más.

Crédito: Satwik Gade

En términos de vida, el mayor cambio en la Tierra se produjo a principios del Fanerozoico, en el período Cámbrico. En 25 millones de años, toda la vida en la Tierra se diversificó de forma inconcebible y repentina. A partir de la vida unicelular básica y compleja, aparecieron los ancestros de muchos animales actuales. Formas, hongos, algas, organismos constructores de arrecifes… todo empezó a aparecer en el registro fósil. Los fósiles acolchados de bichos que se arrastraban por el fondo marino son los más abundantes. De hecho, esta diversificación masiva de organismos complejos en un periodo de tiempo tan corto y sin apenas precursores fue señalada por Charles Darwin como un argumento válido contra la teoría de la selección natural (la supervivencia del más apto). Esta oleada de diversificación se denomina Explosión Cámbrica.

Mientras tanto, la vida terrestre luchaba por sobrevivir. Los plancton ya existían, pero la tierra fue colonizada primero por tapetes microbianos de cianobacterias. La adaptación a la tierra requería la capacidad de crecer en contra de la gravedad. Las formas de vida también necesitaban dejar de depender de un medio como el agua para transportar nutrientes y huevos/esperma. La falta de nutrientes en el aire hacía más difícil la supervivencia. Las plantas multicelulares terrestres tardaron mucho tiempo en evolucionar, incluso cuando la fauna diversa de los océanos se multiplicaba rápidamente y prosperaba. Las formas de vida dominantes durante el Cámbrico fueron los trilobites, un grupo de artrópodos extintos. Florecieron durante casi 270 millones de años, lo que los convirtió en los animales marinos más exitosos. Sobrevivieron a las dos primeras extinciones masivas mortales y a un total de ocho, antes de desaparecer finalmente de la Tierra.

Fósil de un trilobite encontrado en Marruecos, África. Crédito: Mike Peel, 2010

Mientras estos insectos marinos se arrastraban bajo el agua, los cratones que se encontraban por encima estaban de nuevo en movimiento. Chocaban entre sí y estaban formando otro supercontinente llamado Pannotia. Pero esta vez, los bloques de construcción del supercontinente no se mantuvieron unidos. Pannotia se rompió menos de 60 millones de años después de su formación, provocando de nuevo fuertes cataclismos en el clima y la vida mundial. Durante el Cámbrico se produjeron cuatro picos de extinción masiva sucesivos con 20 millones de años de diferencia, que acabaron con casi el 40% de la vida marina y anunciaron un nuevo período.

El período Ordovícico comenzó 485 mya y marcó la aparición de los primeros vertebrados verdaderos: los peces. Había numerosas criaturas con caparazón, moluscos y artrópodos, similares a los caracoles, arañas y camarones actuales en el océano; sólo que de tamaño mucho menor. Había estrellas de mar, esponjas, corales y otros filtradores a la deriva en las aguas que se calentaban lentamente.

En la tierra, las plantas primitivas habían comenzado a crecer lenta pero seguramente. Sin embargo, había una complicación. El suelo tal y como lo conocemos no existía en el Ordovícico. El suelo es una combinación de minerales y materia orgánica en su mayoría descompuesta. Y en 465 mya, la capa superior habría sido simplemente roca desnuda o arena, incapaz de albergar vida. De todos modos, los hongos, las algas, el musgo y los líquenes empezaron a crecer en la tierra, siendo pequeñas plantas diminutas que se abrían paso en la roca y la arena, tratando de sostenerse. Las plantas más comunes eran los líquenes, que aún hoy se encuentran en las tierras secas del desierto. Cuando aparecieron los animales excavadores, el suelo se volvió más fértil. Los animales excavadores del Ordovícico eran gusanos y ácaros, que se retorcían a través de la roca, aflojándola.

Pero la excavación de estos diminutos gusanos y plantas, que habían empezado a adherirse a las rocas, tuvo consecuencias inesperadas. En algún momento, la capa superior de roca en múltiples lugares se erosionó hacia el mar, matando toda la vida en ella. Las plantas de la tierra eran fotosintéticas, por lo que la muerte constante de estas plantas hizo que los niveles de dióxido de carbono bajaran. La vida muerta que entraba en el agua hacía que los niveles de carbono en el agua aumentaran, haciendo que bajara el contenido de oxígeno.

Mientras tanto, los cratones que quedaban de Rodinia y Pannotia se habían recombinado para formar continentes más pequeños. América del Sur, Australia, la Antártida, la India y África se habían agrupado para formar un gran continente llamado Gondwanaland, llamado así por el pueblo Gond de la India central. Gondwanalandia fue derivando constantemente hacia el Polo Sur, hacia las frías y oscuras regiones inferiores del planeta. El lento frío, unido a la disminución del dióxido de carbono, provocó otra edad de hielo.

Las edades de hielo, al igual que las extinciones masivas, han ido y venido. Al igual que las extinciones masivas, ha habido cinco grandes edades de hielo. Aunque las cinco grandes de cada una no coinciden, cada edad de hielo va casi siempre acompañada de una extinción masiva. En este caso, la tercera de las cinco grandes glaciaciones coincidió con la primera de las cinco grandes extinciones masivas. El comienzo de la glaciación andino-sahariana dio lugar a una cadena de acontecimientos que provocó la extinción masiva del Ordovícico-Silúrico.

Las edades de hielo provocan cambios en el nivel del mar, fluctuaciones climáticas a gran escala y, finalmente, vulcanismo que contribuye al bucle de retroalimentación negativa. Sin embargo, el vulcanismo y el cambio en el nivel del mar liberan gases tóxicos a la atmósfera que pueden causar anoxia (falta de oxígeno) en los océanos y en la atmósfera, lo que forma otro bucle de retroalimentación positiva para que continúen las extinciones masivas. Esta extinción masiva acabó con más del 40% de la vida en la tierra y con casi el 85% de la vida en el agua.

Aparte de la erosión del suelo y la glaciación, hay otra hipótesis que los científicos sospechan que podría haber causado la extinción masiva: una explosión de rayos gamma.

Representación artística de una explosión de rayos gamma destruyendo una estrella. Imagen: NASA Goddard Space Flight Center

Los estallidos de rayos gamma son destellos de energía muy potentes e imprevisibles que se observan en galaxias lejanas. Son la forma más energética en la que se puede desatar la radiación electromagnética en el universo. Salen en forma de chorro cuando una estrella moribunda colapsa, a veces en un agujero negro. En menos de dos segundos, una explosión de rayos gamma puede emitir tanta energía como el Sol en diez mil millones de años. Diez mil millones.

La exposición a un solo estallido de rayos gamma en su trayectoria directa podría destruir por completo nuestro planeta físicamente, rompiéndolo. Un rayo gamma que pase por la Tierra podría dañar químicamente la atmósfera y despojar al planeta de todo el ozono. Y podría acabar prácticamente con toda la vida actual en la Tierra, que es exactamente lo que ocurrió en la extinción masiva del Ordovícico-Silúrico, la segunda peor extinción masiva que ha visto el mundo.

La próxima entrega hablará de la evolución de las plantas, de la evolución posterior de los animales, de las primeras montañas del planeta, de cinco extinciones masivas, incluida la próxima gran, y de la formación del último gran supercontinente.

Sandhya Ramesh es una escritora científica centrada en la astronomía y las ciencias de la Tierra.