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Investigaciones de los glaciares y del hielo de los polos

 

Lorenzo Vázquez Selem*

 

LOS CAMBIOS CLIMÁTICOS DEL CUATERNARIO Y LAS GLACIACIONES

 

A MEDIADOS DEL SIGLO XIX, algunos naturalistas europeos que realizaban observaciones en la región de los Alpes notaron que existían huellas de una extensión de los glaciares mucho mayor a la de entonces. Bloques de roca de grandes dimensiones situados lejos de su lugar de origen, extensos depósitos sedimentarios formados por mezclas caóticas de rocas de todos tamaños, y una variedad de formas de relieve muy características, sugerían la presencia de masas de hielo en movimiento (glaciares) en sitios para entonces cubiertos por bosques, prados, campos de cultivo y poblados. Este des- cubrimiento, que tardó varias décadas en ser plenamente aceptado por la comunidad científica, representó una revolución en las ciencias naturales, pues implicaba que el paisaje había sufrido cambios dramáticos en épocas geológicas relativamente recientes (ver el capítulo Evidencia del cambio climático: cambios en el paisaje de S. Lozano, en esta sección). A finales del siglo XIX ya habían sido identificadas en los Alpes y en el norte de Europa huellas de cuatro etapas de avance de los hielos, llamadas genéricamente glaciaciones, separadas por periodos de clima más cálido o interglaciales. Muy pronto ese mismo patrón se detectó en las montañas y zonas boreales de Norteamérica y gradualmente en otras zonas del planeta.

Tal vez la consecuencia más importante del descubrimiento de las glaciaciones fue la idea de que el clima terrestre había variado significativamente en tiempos recientes, ya que la presencia de extensos glaciares era incompatible con el clima templado vigente en las latitudes medias del planeta. Así, desde fines del siglo XIX se estableció la noción de que el clima del planeta está sujeto a fluctuaciones mayores con una periodicidad de cientos de miles de años. Con esta idea en mente, los geólogos subdividieron la era Cenozoica (últimos 60 millones de años) en dos periodos:

Terciario y Cuaternario, el último de los cuales se inició hace unos dos millones de años y se caracteriza fundamentalmente por las glaciaciones. A su vez, el Cuaternario se subdividió en dos épocas: el Pleistoceno, que consiste en varias fases glaciales e interglaciales, y el Holoceno, que se inició hace unos 10 mil años al finalizar la más reciente de las glaciaciones y que continúa hasta hoy. Vivimos entonces en una fase interglacial que tarde o temprano dará paso a un nuevo periodo frío.

Acerca de las causas de estas fluctuaciones climáticas de largo periodo se han formulado diversas hipótesis. La más aceptada se refiere a las variaciones en la radiación solar que llega a la Tierra como resultado de cambios cíclicos en la órbita del planeta en relación con el Sol. Éstos incluyen cambios graduales en la forma de la órbita (variando de un círculo a una elipse); cambios en la inclinación del eje terrestre, y cambios en el punto de la órbita en que ocurren los equinoccios y solsticios. Estos tres tipos de variaciones tienen ciclos de diferente duración y ocurren simultáneamente, produciendo un patrón muy complejo cuya explicación detallada escapa a los fines de este capítulo. Lo que interesa destacar aquí es que los cambios orbitales generan variaciones en la cantidad de radiación que llega a una zona determinada de la Tierra. Por ello, en ciertos periodos las zonas de latitud alta han recibido menos radiación, sus climas se han enfriado y partes de ellas se han cubierto de glaciares. El enfriamiento se ha generalizado en todo el planeta mediante de complejos mecanismos de la circulación atmosférica y oceánica.

En el último tercio del siglo XX, los estudios de las evidencias de glaciación en los continentes, pero sobre todo los realizados en núcleos de sedimentos extraídos de los fondos marinos, mostraron que durante el Cuaternario han ocurrido cerca de veinte y no sólo cuatroffases de enfriamiento planetario, separadas por fases de calentamiento, cada una con duración de varias decenas de miles de años. Todo ello en concordancia con las variaciones orbitales del planeta (Imbrie e Imbrie 1979).

En las dos décadas pasadas se han hecho descubrimientos de gran trascendencia sobre la naturaleza de los cambios climáticos. Por un lado, se ha detectado que dentro de las fases glaciales e interglaciales existen fluctuaciones climáticas muy pronunciadas con duración de mil-dos mil años hasta unos cuantos siglos, y que en muchos casos el tránsito de un estado del clima hacia otro radicalmente diferente puede ocurrir en unas cuantas décadas o incluso en pocos años, es decir de manera abrupta. Por ejemplo, entre los siglos XVI y XIX, ocurrió un episodio conocido como la Pequeña Edad Glacial, que, según los registros históricos, meteorológicos y geológicos de muchas partes del mundo, se caracterizó por un clima más frío que antes y después (Grove 1988). Así pues, hay cambios climáticos de escala milenaria y centenaria que se sobreponen a los de origen orbital de ciclo mucho más largo. Estudios recientes sugieren que ocurren con un periodo de alrededor de 1,500 años, tal vez relacionados con fluctuaciones en la actividad solar (Bond et al. 2001). Sin embargo, existen mecanismos complejos en el sistema climático que transmiten y amplifican los cambios de origen orbital o solar. La circulación de los océanos parece ser el más importante de ellos. Otro descubrimiento reciente de gran importancia es que las zonas intertropicales no han permanecido ajenas a los cambios climáticos del Cuaternario, en contraste con la idea hasta hace poco dominante de que habían sido climáticamente estables. Si bien los avances de los glaciares en los trópicos se limitaron a montañas de gran altitud, los climas pleistocénicos intertropicales fueron significativamente más fríos y generalmente más secos que los actuales. Más aún, inspirados en los recientes descubrimientos sobre el fenómeno de El Niño/Oscilación del Sur (ver el capítulo Consecuencias presentes y futuras de la variabilidad climática y el cambio climático en México, de V. Magaña et al., en la sección III), los científicos han comenzado a explorar la posibilidad de que el cambio climático global esté controlado en gran medida por lo que ocurre en los trópicos, en especial por las fluctuaciones térmicas de los océanos tropicales (Kerr 2001).

Muchos de los cambios climáticos planetarios o regionales antes mencionados han podido ser detectados o corroborados por medio de la reconstrucción de las fases de glaciación. El siguiente apartado expone los fundamentos de este método.

 

LAS FLUCTUACIONES DE LOS GLACIARES COMO INDICADORES DE CAMBIOS CLIMÁTICOS

 

Los glaciares son masas de hielo formadas por la acumulación prolongada de nieve y su transformación en hielo. Estas masas se deforman y desplazan lentamente por efecto de la gravedad sobre las laderas y en ocasiones simplemente por su propio peso. De manera general existen dos tipos de glaciares: los casquetes de hielo, como los de Groenlandia y la Antártida (o los ya desaparecidos de Norteamérica y norte de Europa), que se forman a manera de domos sobre grandes extensiones continentales en latitudes altas y pueden alcanzar hasta miles de metros de espesor; y los glaciares de montaña o alpinos, asociados a climas fríos y topografías abruptas propias de las altas montañas del mundo a cualquier latitud, que normalmente tienen varias decenas de metros de espesor y longitudes entre algunos cientos de metros y varios kilómetros.

En los glaciares se distingue un sector superior donde predomina la acumulación neta de nieve y hielo, y un sector inferior donde el clima es menos frío y por consiguiente predomina la ablación o pérdida de masa por rasión y sublimación.

Estas dos zonas están separadas por una franja estrecha denominada línea de equilibrio, que en los glaciares de montaña corresponde aproximadamente con una temperatura media de verano de 0°C. Cuando el clima se torna más frió y/o aumenta la precipitación en forma de nieve, la zona de acumulación se expande ladera abajo.

En otras palabras, la línea de equilibrio desciende en altitud, lo que significa que el frente del glaciar puede alcanzar cotas más bajas, produciéndose entonces un avance glacial. Cuando, por el contrario, la temperatura regional aumenta y/o disminuye la precipitación sólida, la línea de equilibrio asciende en altitud y el frente del glaciar migra hacia cotas cada vez más altas, lo cual se denomina retroceso glacial.

Se sabe entonces que la temperatura de una región y, en menor medida, la precipitación sólida (nieve o granizo), controlan la expansión y la retracción de ambos tipos de glaciares (si bien los de montaña son más sensibles a los cambios climáticos debido a sus menores dimensiones). Por ello al reconstruir la extensión de glaciares del pasado es posible reconstruir de manera indirecta las fluctuaciones del clima. Por ejemplo, entre las evidencias más concluyentes de la Pequeña Edad Glacial están los avances de los glaciares en la región de los Alpes registrados en pinturas y descripciones de la época (Grove 1988). De manera similar, una de las pruebas más tangibles del calentamiento global durante el siglo xx es el retroceso acelerado de los glaciares de montaña en casi todo el mundo, incluyendo México y otras zonas tropicales (Kaser 1999).

Para periodos sin evidencias documentales (como documentos históricos, descripciones, pinturas, fotografías, etc.), los estudios de las fluctuaciones de los glaciares se basan en evidencias geológico-geomorfológicas; es decir, en la identificación, mapeo y fechamiento de los sedimentos depositados por los hielos en sus márgenes (llamados morrenas). Esto permite ubicar aproximadamente la altitud a la que se encontraba la línea de equilibrio de los glaciares en una época determinada. Con base en la coincidencia entre esta línea y la temperatura de verano de 0°C, y tomando como referencia la altitud a la que ocurre hoy en día ese mismo valor de 0°C, es posible estimar el descenso de temperatura asociado a determinada extensión de los glaciares.

Como se mencionó antes, durante el Cuaternario ocurrieron numerosas fases de enfriamiento. Sin embargo, el registro de glaciaciones en los continentes es limitado debido a que las huellas de un avance de los hielos tienden a ser destruidas por la acción erosiva y acumulativa del siguiente. Con todo, quedan claras evidencias de varias glaciaciones en los últimos 500 mil años. Las reconstrucciones más detalladas obviamente se han logrado para la más reciente, llamada Wisconsin en Norteamérica y Wurm en Europa, que se desarrolló entre 120,000 y 10,000 años antes de hoy con varias etapas de expansión y contracción de los hielos. Los casquetes de hielo continentales de Norteamérica y el norte de Europa alcanzaron su máxima extensión y espesor hace unos 21,000 años, fase que se denomina Último Máximo Glacial Global (UMMG), cuando había tal cantidad de agua almacenada en forma de hielo sobre los continentes que el nivel se encontraba 130 m por debajo del actual. Hace unos 9,000 años quedaban sólo restos de estos casquetes de hielo.

Los glaciares de montaña en algunas zonas alcanzaron su máxima expansión hace 75,000-65,000 años, en otras alrededor del UMMG, pero aparentemente en todo el mundo avanzaron entre 18,000 y 16,000 años antes del presente, para luego contraerse o desaparecer en forma abrupta (Clapperton 1997). La reconstrucción de los glaciares de montaña sugiere que durante el UMMG las temperaturas medias eran alrededor de 6°C más bajas que las actuales, en zonas tanto templadas como tropicales. Posteriormente, los glaciares de todo el mundo han presentado avances relativamente menores, el último de los cuales corresponde a la Pequeña Edad Glacial.

Para esta fase se ha calculado un descenso altitudinal de los glaciares de 100-200 m, equivalentes a un enfriamiento de 0.5-1.2°C (Porter 1986).

En México, las evidencias de glaciación se limitan a las trece montañas con más de 3,800 m de altitud, todas ellas ubicadas en el Sistema Neovolcánico Transversal. El autor ha reconstruido las fases de glaciación y descensos térmicos asociados en el volcán Iztaccíhuatl (5,286 m) para los últimos 20,000 años (cuadro 1). Estos datos deben ser extrapolables a otras montañas y en general a todo el centro del país, ya que los avances glaciales obedecen al clima regional. Investigaciones similares se han realizado antes en el mismo Iztaccíhuatl y en otras montañas de la zona (White 1987 y Heine 1994), aunque con menos exactitud en los fechamientos. En general existe coincidencia en la magnitud de los avances glaciales de México respecto a los de otras zonas tropicales y templadas, lo cual indica que se trata de fenómenos de alcance global controlados por el clima.

 

CUADRO1 AVANCES GLACIALES DEL IZTACCÍHUATL EN LOS ÚLTIMOS 30,000 AÑOS Y DESCENSO TÉRMICO ESTIMADO (DATOS DEL AUTOR).

 

Avance glacial	Edad (años antes del presente)	Límite inferior de los glaciares (msnm)	Altitud de la línea de equilibrio de los glaciares (msnm)	Descenso estimado de temperatura (°C)
Presente	40 (año 1960)	4,860	4,970	0
Ayoloco	400 - 100	4,510	4,715	1.5
Milpulco-2	8,400 - 7200	4,050	4,420	3.3
Milpulco-1	12,000 - 10,000	3,810	4,240	4.4
Hueyatlaco-2	17,000 - 14,000	3,500	4,040	5.6
Hueyatlaco-1	20,000 – 17,500	3,390	3,940	6.2

Hoy en día en México sólo existen glaciares en las tres montañas con altitud superior a los 5000 m, a saber el Pico de Orizaba (5675 m), el Popocatépetl (5452 m) y el Iztaccíhuatl (5286 m). Su área total en 1960 era de apenas 11.4 km2 (Lorenzo, 1964).

 

EL RETROCESO RECIENTE DE LOS GLACIARES EN EL MUNDO Y EN
MÉXICO

 

Desde mediados o fines del siglo XIX, pero en especial durante las últimas décadas, los glaciares en casi todo el mundo han retrocedido -muchos hasta el punto de desaparecer- como resultado del aumento global de las temperaturas. Este fenómeno, que representa una de las evidencias más notables de los cambios climáticos recientes y en curso, ha sido especialmente acentuado en las montañas de los trópicos (Kaser 1999) y se observa claramente en México. Esto se debe a que en los trópicos el calentamiento se amplifica con la altitud a causa del aumento conexo de la humedad atmosférica (Beniston et al. 1997).

El aumento de la temperatura parece ser la causa dominante, aunque no única, del retroceso. No hay duda de que los glaciares continuarán contrayéndose en un escenario de calentamiento global, aun cuando la precipitación también aumentase localmente en algunos glaciares.

Los casquetes de hielo de Groenlandia y la Antártida representan 96% del área cubierta por glaciares en el planeta y el 99% del volumen de agua terrestre en forma de hielo. Por ello su contracción es de interés no sólo como indicador del cambio climático, sino sobre todo por sus consecuencias potenciales. Se estima que la fusión total del casquete de la Antártica (21.5 millones de km3 de agua) ocasionaría un ascenso del nivel del mar global de unos 59 m, y en el caso de Groenlandia (2.38 millones de m3), de unos 6 m (Sugden y John 1976). En contraste, la fusión total del resto de los hielos del mundo provocaría un ascenso de solamente 0.3 a 0.7 m.

Aunque estos escenarios extremos son improbables, sí existe una tendencia general hacia la fusión de parte de este hielo como resultado del calentamiento global, con los consecuentes riegos de ascenso del nivel marino e inundación de las tierras bajas adyacentes al océano. De hecho, el nivel global del mar aumentó entre 10 y 20 cm durante los últimos 100 años (Oerlemans y Fortuin 1992). Si bien el calentamiento global puede incrementar la precipitación sobre partes del casquete de la Antártida y engrosarlo, en general las proyecciones indican una disminución en los volúmenes de hielo y un aumento del nivel del mar en el rango de 0.09 a 0.88 m hacia el año 2100 (McCarthy et al. 2001).

En glaciares de montaña de zonas templadas del Hemisferio Norte la altitud de la línea de equilibrio ha ascendido 100-200 m desde el máximo avance de la Pequeña Edad Glacial a mitad del siglo XIX (Porter 1986). El retroceso de los glaciares no ha sido continuo, sino más bien interrumpido por cortas fases de avance (1880-1890, 1900-1910, 1915-1930, 1960-1980) tanto en zonas templadas como en tropicales (Porter 1986 y Kaser 1999). En los trópicos las fluctuaciones han obedecido a distintas (y a veces complejas) combinaciones de factores. El retroceso ocurrido durante la segunda mitad del siglo XIX parece haberse debido a una disminución en la humedad atmosférica; el de 1930-1950, a un aumento de la temperatura combinado con menor humedad atmosférica; el ligero avance de 1960-1980 coincide con aumentos en la precipitación; y el acelerado retroceso desde 1980 resulta de un aumento de temperaturas combinado con un aumento de la humedad atmosférica (Kaser 1999).

Durante la Pequeña Edad Glacial los glaciares de las tres montañas más altas de México descendieron hasta una altitud de -4,500 m. En el Iztaccíhuatl, la línea de equilibrio se encontraba en promedio a 4,715 m; es decir, unos 300 m más abajo que en la actualidad. El glaciar de Ayoloco, el más extenso de esa montaña, descendía hasta 4,300 m y su línea de equilibrio se hallaba a 4,675 m. No se sabe lo ocurrido en la segunda mitad del siglo XIX, pero en 1898 el frente se encontraba a 4,465 m; en 1953, a 4,660 m; y en 1960, a 4,725 m. En total, entre 1898 y 1960 el frente del glaciar de Ayoloco retrocedió 260 m en altitud y 810 m en distancia, a razón de 13 m/año (White 1981). Para mediados de 1980, dos de los nueve glaciares existentes en el Iztaccíhuatl en 1960 habían desaparecido y uno más estaba cerca de desaparecer (Delgado et al. 1985). Mediciones preliminares del autor indican una reducción de cerca de 40% en el área cubierta por glaciares en el Iztaccíhuatl entre 1960 y 1983. En el Popocatépetl, la tendencia ha sido similar, aunque modificada por la actividad eruptiva de 1919-1921 y la registrada desde 1994 (Delgado 1997). En el Pico de Orizaba también se ha observado una acelerada contracción en las últimas décadas (Palacios y Vázquez-Selem 1996). A las tasas actuales de retroceso, es posible que los glaciares mexicanos desaparezcan por completo en menos de 30 años.

 

LOS HIELOS ACTUALES: UN ARCHIVO DE LA HISTORIA CLIMÁTICA
DEL PLANETA

 

En climas fríos extremos como los de los polos y las cimas de las altas montañas, cada año se acumula una capa de nieve que gradualmente se transforma en hielo por efecto de la compactación y la recristalización. Al igual que las capas de sedimentos de mares y lagos, estas sucesiones de capas de hielo contienen evidencia detallada de las fluctuaciones ambientales de los últimos miles o decenas de miles de años, con una precisión en muchos casos anual para los últimos siglos. Mediante perforaciones en los casquetes de los polos y en los glaciares de algunas montañas de gran altura se han obtenido muestras de estos hielos, denominadas núcleos de hielo. Entre los más importantes están el núcleo Vostok de la Antártida, con un registro de más de 400 mil años; y los núcleos GRIP y GISP de Groenlandia, con más de 100 mil años, todos ellos con más de 300 m de profundidad. Varios núcleos más cortos pero con información invaluable han sido obtenidos en glaciares tropicales y subtropicales del Tibet y los Andes y abarcan desde algunos siglos hasta más de 20 mil años (Bradley 1999).

El hielo de los glaciares consiste mayoritariamente en agua, pero también contiene impurezas tales como burbujas de aire, iones disueltos y partículas sólidas. El análisis de estas impurezas, así como la composición molecular del hielo mismo, proporciona información sobre los cambios ambientales pasados y presentes.

La composición isotópica del hielo permite reconstruir la temperatura que existía al momento de producirse la precipitación, ya que de la temperatura depende la proporción de uno u otro isótopo de oxígeno presente en las moléculas de agua, en particular qué tan abundante es el isótopo 16O con relación al 18O. De este modo, las capas anuales sucesivas producen un registro continuo de los cambios de temperatura en la región del glaciar. Las burbujas de “aire fósil” atrapadas en el hielo representan muestras de la composición de la atmósfera del tiempo en que ocurría la precipitación. Su análisis ha mostrado que el contenido de “gases invernadero” tales como el dióxido de carbono (CO2) y el metano (CH4) ha variado sustancialmente en el tiempo, haciendo posible determinar el papel que estos gases han tenido en las fases de calentamiento y enfriamiento climático. El estudio de las variaciones en la concentración de polvo atmosférico y de iones solubles en el hielo arroja información sobre los cambios en intensidad y dirección de la circulación atmosférica, mientras que la presencia de partículas de ceniza volcánica y los picos de acidez (asociados a SO2) registran el depósito de aerosoles inyectados a la atmósfera por erupciones volcánicas.

De particular importancia son los núcleos de hielo extraídos en montañas tropicales y subtropicales, pues muestran que los trópicos han registrado cambios climáticos similares a los de otras zonas del planeta (Thompson et al. 1998). Por ejemplo, los núcleos del Huascarán (Perú) y del Nevado Sajama (Bolivia) indican temperaturas 8-12°C más bajas durante la última glaciación, y presentan clara evidencia de enfriamientos durante la Pequeña Edad Glacial. Asimismo, contienen un registro de cambios climáticos abruptos (como el inicio y el final de la Pequeña Edad Glacial), de periodos de sequía y de mayor humedad, que muestran que el calentamiento planetario afecta de manera especialmente acentuada a los trópicos.

 

Bibliografía

 

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Notas

* Instituto de Geografía, UNAM.