Qué ocurrió en el Paleozoico

Con la era Paleozoica se da comienzo también al eón Fanerozoico, el último de los eones; 

los eones son las divisiones formales más grandes de la escala del tiempo geológico.

Precisamente el nombre de este eón tiene mucha importancia, ya que significa “vida visible” o “vida evidente”, porque es en este momento de la historia de la Tierra cuando los fósiles comenzaban a ser más abundantes y visibles en el registro fósil.

                                                        Figura 1

A principios del siglo XIX, algunos científicos pensaban que la vida había aparecido por primera vez en el Fanerozoico. Sin embargo, lo que ocurría en realidad era que simplemente aún no se habían descubierto fósiles de formas de vida anteriores al Fanerozoico. Aunque en realidad ya se habían descubierto fósiles de la fauna de Ediacara a finales del siglo XIX, no se interpretaron como tales hasta casi la década de los sesenta del siglo XX debido a sus extrañas formas.

                                                               Figura 2

Es cierto que en el Cámbrico, el primer periodo del Paleozoico, se produjo uno de los eventos evolutivos más importantes de la historia de la vida terrestre, la explosión del Cámbrico, donde aparecieron una gran diversidad de organismos. Y eso llevó a los científicos del siglo XIX y principios del siglo XX a pensar erróneamente que la vida podría haberse originado en ese momento, aunque esas teorías tenían serias dificultades para sostenerse, ya que era difícil explicar la aparición de unas formas de vida tan complejas si no existían otras anteriores.

                                                        

                                                            Figura 3

El clima del Paleozoico es relativamente variable. El Cámbrico comienza con unas temperaturas cálidas, que caen a finales del Ordovícico para recuperarse a mediados del Devónico. Después volverán a caer durante el Carbonífero, un hecho que (ya lo veremos más adelante) supone un grave problema para la vida en nuestro planeta. Y poco a poco se irán recuperando las temperaturas durante el Pérmico. Estas oscilaciones climáticas vienen marcadas, especialmente las frías, por momentos en los ocurren colisiones entre las distintas placas o continentes. Estas colisiones forman cadenas montañosas que, por su altura, pueden alterar los patrones climáticos. Por un lado ayudan a capturar parte del CO2, ya que el crecimiento de las montañas provoca una alteración más intensa de las rocas que facilita la captura del CO2 para formar otros minerales, o al llegar éste a los océanos donde será absorbida una gran parte del CO2, retirándose de la atmósfera y dando lugar a una bajada de las temperaturas. También la existencia de las montañas por sí solas puede explicar la bajada térmica, ya que en las zonas más altas, la nieve permite que se refleje la luz de nuevo hacia el espacio y evita que se caliente la Tierra. Por otro lado, en el Paleozoico vemos también pulsos intensos de vulcanismo, que ayudan a mantener el nivel de dióxido de carbono atmosférico. Todo esto determinará muchas oscilaciones en la temperatura de la tierra.

                                                                  Figura 4 

La era paleozoica concluirá con la formación de la Pangea, lo cual también tiene mucha influencia en el clima de este periodo. A pesar de todas estas visicitudes, de las extinciones y los periodos glaciales, el Paleozoico será la época en que se conquista la Tierra firme, tanto por las plantas como por insectos y los primeros anfibios ( de unos tamaños enormes, como el de la figura 5). Esta pierde los colores terrosos para transformarse en un planeta verde donde la vida se abrirá paso.

Figura 5

La glaciación del Ordovícico-Silúrico y el origen de las plantas terrestres

De los cinco grandes eventos de extinción ocurridos en nuestro planeta, tres de ellos ocurren durante el Paleozoico. Uno de ellos, ocurrido en el límite Ordovícico-Silúrico, es el segundo en importancia, y todo apunta a que las plantas podrían haber tenido parte de la culpa.

Hasta hace unos cuatrocientos setenta millones de años, no encontramos los primeros fósiles de plantas terrestres, concretamente esporas y paredes celulares que resistieron el paso del tiempo. Seguramente estas primeras plantas estaban emparentadas con los musgos y las plantas hepáticas. 

                                                    Figura 6 

Curiosamente, hace unos quinientos treinta millones de años, antes del tiempo en que creemos que aparecieron las plantas, hay rastros de vida en la Tierra. Se trata de huellas de actividad que apuntan a pequeños animales que podrían haber empezado a salir del agua para alimentarse de algunas plantas, aunque todavía no hayamos encontrado restos de estas plantas tan atrás en el tiempo.

Unos treinta millones de años después de la aparición de las plantas sobre la Tierra se desencadena un período glacial… ¿tendrá esto alguna relación? Los estudios más recientes sugieren que, aunque las primeras plantas carecían de grandes sistemas de raíces, sí tenían una gran capacidad de alterar las rocas mediante la segregación de ácidos, con lo cual debilitarían la roca y permitirían que el agua interactuara con esta de una manera más efectiva. Esto provocaría que el dióxido de carbono de la atmósfera alterara las rocas formando minerales carbonatados, y así el CO2 se retirara de la atmósfera ( juntamente con el que quedaba atrapado por la propia fotosíntesis). Con ello, los niveles de este gas se supone que cayeron hasta unas ocho veces por debajo de los actuales, lo cual era suficiente para provocar una glaciación así como para aniquilar a las especies más adaptadas a las temperaturas cálidas del Ordovícico.

Durante este periodo se pudo formar un gran casquete glacial incluso sobre Gondwana, ya que ocupaba una posición muy próxima al polo sur. Todo este hielo en tierra firme provocaría una bajada generalizada del nivel de mar, y esto provocaría la destrucción de parte de los ecosistemas marinos menos profundos.

Pero no solo eso. A su vez, estas plantas eran capaces de liberar el fósforo presente en los minerales de la roca, que con las lluvias llegaría a los mares y los océanos. Al ser un buen nutriente, pudo provocar una gran proliferación de algas a su llegada al mar. Y los animales que se alimentaban de estas algas acabarían agotando el oxígeno del agua y esta falta de oxígeno haría que muriesen muchos animales. Sin embargo, esta no es la primera vez que la vida se confabula en el Paleozoico para acabar con todo. Hubo otra antes. 

Cuando casi nos volvemos a congelar ( de nuevo)

Si hay un periodo pretérito de la historia de nuestro planeta en el que podríamos decir que la tierra firme se empezaba ya a parecer bastante a la actual, sería el Carbonífero, puesto que había grandes bosques, insectos terrestres y animales sobre tierra firme, especialmente anfibios y reptiles, algunos bastante grandes. Y seguro que todos habéis oído hablar del Carbonífero más de una vez, ya que es el periodo en el que se formaron la mayoría de los depósitos de carbón, que llevamos explotando más de seis mil años para mover barcos de vapor o simplemente para encender una barbacoa.

Pero, de nuevo, la historia de la vida estuvo a punto de sufrir un gran revés. De haber ocurrido, no estaríamos aquí. ¿Os acordáis del fenómeno de “bola de nieve”? pues durante el Carbonífero estuvo a punto de ocurrir dos veces… ¡Por culpa de las plantas!

¿Cómo pudimos estar tan cerca de una tierra convertida en una bola de nieve? Muy sencillo. Las plantas necesitan el dióxido de carbono de la atmósfera para poder alimentarse y seguir creciendo. Como, en ese momento, la tierra emergida estaba ocupada por grandes bosques, estas plantas y árboles comenzaron a tomar de la atmósfera una gran cantidad de dióxido de carbono.

Al menos durante la primera mitad del Carbonífero, el nivel del mar era muy alto debido a que las elevadas temperaturas del planeta no dejaban que hubiera grandes casquetes polares. Eso hizo que muchos ecosistemas boscosos estuviesen en realidad sobre aguas saladas y salobres que invadían las partes más bajas de los continentes. Conforme la vegetación moría, empezaba a caer sobre el agua y a hundirse. Posteriormente, los sedimentos arrastrados por las lluvias cubrirían esta materia orgánica y dificultaría su descomposición. Los restos vegetales , en ausencia de oxígeno, se transformaban en turba. El peso y la presión de los sedimentos y de la turba hacía que esta se fuera transformando en lignito, el carbón de menos calidad. En ese momento, los elementos más volátiles de la turba, como el oxígeno y el hidrógeno, comienzan a ser expulsados y el lignito pasa a tener un 70% de carbono. Si aumentamos más la presión y la temperatura este lignito puede transformarse en carbón bituminoso. Se enriquecerá en carbono, pero a cambo perderá más elementos volátiles. El carbón bituminoso ya no suele llevar restos reconocibles de plantas. Por último, si aumentamos más la presión puede llegar a transformarse en antracita, cuyo contenido en carbono supera el 90%. 

                                                                       Figura 7

                                                

                                                             Figura 8 

Esto provocaba que todo el carbono acumulado en las plantas no volviese a la atmósfera sino que se enterrara y comenzara a formar parte del registro rocoso. Así, el ciclo de vida y muerte de las plantas en este ambiente estaba provocando una situación de enfriamiento global, que ni la actividad volcánica de la época era capaz de revertir.

Otra casualidad, quizás relacionada también con el desarrollo de los bosques, fue el aumento de los niveles de oxígeno. Esto ayudó aun más a bajar las temperaturas globales, ya que el oxígeno hace de pantalla contra parte de la radiación solar, devolviéndola al espacio.

Los niveles de dióxido de carbono atmosféricos cayeron dos veces por debajo de las cuarenta partes por millón, diez veces menos que la concentración actual, y estuvieron al límite de provocar una glaciación global. De hecho, los científicos no saben realmente qué nos salvó de haber sufrido este destino.  

Hoy precisamente nos enfrentamos al caso contrario. La quema de los combustibles fósiles ( que se formaron en esa época) devuelve a la atmósfera el carbono que las plantas acumularon durante millones de años. Eso provoca un rápido aumento de los niveles de dióxido de carbono y puede desencadenar lo contrario a lo que ocurrió en el Carbonífero: un planeta invernadero.  Uno de los grandes problemas del carbón, usado sobre todo desde la época de la revolución industrial,  es precisamente su contribución al calentamiento global. Si quema produce una gran cantidad de gases de efecto invernadero, especialmente dióxido de carbono, como hemos visto. También libera azufre, que en contacto con las nubes puede provocar fenómenos de lluvia ácida. Y, además, contiene impurezas de mercurio, arsénico y otros metales que pueden provocar problemas de salud pública, ya que son elementos altamente tóxicos.

El ciclo de los supercontinentes y la formación de la Pangea

Al ciclo continuo de creación y destrucción de grandes masas continentales lo llamamos “ciclo de los supercontinentes”, y tiene cada vez más peso sobre los estudios de nuestro planeta, ya que estos ciclos tienen un efecto muy importante sobre la vida terrestre, al cambiar las condiciones climáticas y ambientales de la atmósfera, la superficie e incluso el fondo de los océanos.

Los estudios científicos más recientes concluyen que pudieron existir al menos siete grandes supercontinentes y que aproximadamente en unos doscientos cincuenta millones de años, volverá a formarse un nuevo supercontinente.

De los supercontinentes del Precámbrico, el más conocido es Rodinia ( 1000 MA a 700 MA): este supercontinente estaba totalmente desprovisto de vida ( todavía no habían aparecido las formas de vida más complejas, y al no existir la capa de ozono no podía ser colonizado). En él tuvieron lugar los grandes periodos glaciares.

Pannotia seguiría a Rodinia hace unos seiscientos cincuenta millones de años, comenzando su ruptura hace unos 560 MA. Esta ruptura llegó justo a tiempo para intervenir de una manera decisiva en la evolución de los animales marinos del Cámbrico, ya que permitió dividir las poblaciones en los distintos fragmentos continentales, consiguiendo así un mayor grado de evolución gracias a este aislamiento geográfico.

Por último, está Pangea, el último supercontinente. Al ser el más reciente, nos ha proporcionado mucha más información. Su formación concluyó hace unos 330 MA, y comenzó a fragmentarse hace unos 175 MA. No se formó en una única fase, sino que hubo distintas fases con colisiones entre los distintos bloques continentales, fruto de la división de Rodinia y Pannotia.

                                                         Figura 9 

Su ruptura tampoco fue uniforme. A principios del Jurásico Pangea comenzó a fracturarse por el oeste, y posteriormente empezó a separarse por las costas de Norteamérica y África, abriendo por primera vez el océano Atlántico. Hasta el Cretácico no se iniciaría la separación de las costas de Sudamérica y África. Actualmente, los océanos continúan su expansión, creciendo a ritmo de varios centímetros por año, mientras que la India, que se empotró literalmente contra Eurasia, sigue empujando a un ritmo de cinco centímetros por año.

Este ciclo ejerció un control muy importante sobre el nivel de los mares. Cuando los continentes estaban todos juntos, los niveles del mar solían estar relativamente bajos, mientras que cuando estos comenzaron a romperse y separarse, los niveles empezaron a subir. Este aumento se debe a la mayor actividad de las dorsales oceánicas, que controlan la profundidad de los océanos. Cuando están a pleno funcionamiento, las dorsales se encuentran más elevadas, y cuando su actividad decae la corteza oceánica es más fría, y por tanto más densa, y se hundirá sobre el manto.

En la época de los supercontinentes encontramos, por lo general, climas más fríos. Esto puede deberse a la menor producción de magma por las dorsales, lo cual genera menos gases. También puede deberse a que la meteorización, que ayuda a retirar el CO2 de la atmósfera, es mayora cuando se forman cordilleras en los momentos de colisión entre continentes. Además, si se forman casquetes polares aun se contribuye a bajar más el nivel del mar.

En cambio, cuando los continentes empiezan a romperse, tenemos la situación contraria, un planeta más cálido. En ese momento se observa un aumento del nivel de los mares y del dióxido de carbono atmosférico, debido en parte a la actividad de las dorsales oceánicas y a una menor presencia de casquetes glaciares. Este ciclo tiene un efecto muy importante sobre la evolución de la vida, ya que cuando empiezan a separarse los continentes, las distintas poblaciones empiezan a evolucionar de manera distinta para adaptarse a las nuevas condiciones, hasta que llega un momento en que ya no pueden reproducirse entre sí porque son especies distintas.

                                                  Figura 10

La extinción del Permotrías ( Pérmico- Triásico)

De los cinco grandes eventos de extinción que han ocurrido a lo largo de la historia de la vida en la Tierra, el más devastador de todos es el que tuvo lugar entre el Pérmico y el Triásico. 

Figura 11

Se produjo hace aproximadamente 252 MA, y desaparecieron más del 96 % de las especies marinas y el 70% de las especies terrestres, de una manera súbita, sin aviso. Fue precisamente esta extinción la que allanó el camino para que los dinosaurios dominaran el planeta, al menos hasta su extinción a finales del Cretácico. Hubo varios factores que crearon unas condiciones que dificultaron mucho la vida en nuestro planeta.

Además, parece que en los 30.000 años anteriores a esta extinción no hay ningún patrón en el registro fósil que indique que algunas especies se encontrasen en declive, ni grandes cambios en las temperaturas de los océanos, ni siquiera en la composición atmosférica. Así que esta extinción tuvo que ser algo repentino. Aunque todavía no tenemos muy claras todas las causas, lo que sí tenemos claro es que hubo un efecto invernadero rápido de gran magnitud, que aumentó en seis grados centígrados la temperatura media del planeta.

                                                             Figura 12

La mayoría de los autores sugieren que este aumento bestial de las temperaturas se debió a una causa interna. Al parecer, en el momento de la extinción estaban en erupción las traps siberianas, un fenómeno que se prolongó durante dos millones de años ( y que fue un preludio de la fragmentación de la Pangea). Las lavas de esta erupción llegaron a cubrir siete millones de metros cuadrados, catorce veces la superficie de toda España. Esta erupción lanzó a la atmósfera ingentes cantidades de dióxido de carbono y azufre, lo cual provocó un efecto invernadero y acidificó las aguas de los océanos. Al mismo tiempo, el magma que atravesaba la corteza estaba empezando a liberar cloro, bromo y yodo, elementos capaces de destruir la capa de ozono.

                                                              Figura 13 

Estudios recientes afirman que el metabolismo de los animales aumenta con la temperatura de las aguas: así que si tienen un metabolismo más activo, necesitan más oxígeno. Las aguas más cálidas contienen menos oxígeno disuelto. Durante el Pérmico, las aguas de los océanos tenían una temperatura similar a la que tienen los océanos hoy día. Pero el efecto invernadero elevó diez grados la temperatura de las aguas, lo que provocó a su vez la pérdida del 80% del oxígeno disuelto en estas. Los organismos más vulnerables eran los que vivían en aguas frías, que no estaban adaptados a unos niveles tan bajos de oxígeno. Estos desaparecieron prácticamente por completo. Sin embargo, todos los organismos resultaron afectados, ya que, en algunas zonas, la concentración de oxígeno era tan baja que se convirtieron en “zonas muertas”, donde los peces y los reptiles no podían sobrevivir.

                                                           Figura 14

Del registro fósil desaparecieron animales como los trilobites, uno de los grupos más

 

exitosos y diversificados en la explosión del Cámbrico, junto con los braquiópodos.

 Y  sufren un importante revés los gasterópodos, bivalvos, y otros grupos de seres vivos.

 Adaptado del libro Un geólogo en apuros, de Nahum Méndez

 Preguntas: 

1- ¿ Qué diferencia hay entre Era y Eon? Explícalo con ejemplos y di cual es el criterio que se usó para diferencias los dos grandes eones. 

2- ¿Qué tipo de organismo era Hallucigenia y en qué época vivió?

3- La figura 3 muestra la simulación de un paisaje marino del límite entre el Precámbrico y el Paleozoico ¿ qué tipos de organismos puedes identificar en la ilustración? 

4- Explica por qué la colisión de placas y la formación de montañas está relacionado con una disminución de la temperatura. 

5- ¿Qué relación tiene el carbón( combustible) con el carbono ( molécula) que había originalmente en las plantas?

6- Explica con tus palabras qué relación tiene el enfriamiento de la Tierra durante el Carbonífero con el calentamiento global de la actualidad

7- A partir de las figuras 10 y 12 saca conclusiones sobre la relación entre las grandes extinciones y la situación de las placas tectónicas

8- Justifica cómo influyó la formación de grandes erupciones volcánicas ( traps) de Siberia para la gran extinción del Pérmico-Triásico

9- A partir de la figura 14 explica qué grupos de organismos se extinguieron y cuales se salvaron,  y cómo se comportó la extinción dependiendo de lo cerca que se estuviera de los polos.