La Tierra puede caer en una era de hielo global cuando el nivel de radiación solar que recibe cambia rápidamente en un período de tiempo geológicamente corto: un 2 por ciento de caída en 10.000 años.

Según científicos del MIT (Massachusetts Institute of Technology), la cantidad de radiación solar no tiene que caer a un punto umbral particular; mientras la disminución de la luz solar entrante ocurra más rápido que una tasa crítica, seguirá una glaciación global temporal, o 'Snowball Earth' por su denominación en inglés.

Estos hallazgos, publicados en Proceedings of the Royal Society A, sugieren que lo que provocó las edades de hielo de la Tierra probablemente involucró procesos que redujeron rápidamente la cantidad de radiación solar que llega a la superficie, como erupciones volcánicas generalizadas o formación de nubes inducida biológicamente que podría han bloqueado significativamente los rayos del sol.

Los hallazgos también pueden aplicarse a la búsqueda de vida en otros planetas. Los investigadores han estado interesados en encontrar exoplanetas dentro de la zona habitable, una distancia de su estrella que estaría dentro de un rango de temperatura que podría soportar la vida.

El nuevo estudio sugiere que estos planetas, como la Tierra, también podrían congelarse temporalmente si su clima cambia abruptamente. Incluso si se encuentran dentro de una zona habitable, los planetas similares a la Tierra pueden ser más susceptibles a las glaciaciones globales de lo que se pensaba anteriormente.

"Podría tener un planeta que se mantenga dentro de la zona habitable clásica, pero si la luz solar entrante cambia demasiado rápido, podría obtener una Tierra de bola de nieve", dice el autor principal Constantin Arnscheidt, un estudiante graduado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. "Lo que esto destaca es la noción de que hay mucho más matices en el concepto de habitabilidad".

Independientemente de los procesos particulares que desencadenaron las glaciaciones pasadas, los científicos generalmente están de acuerdo en que las 'Tierras bola de nieve' surgieron de un efecto "desbocado" que implica una retroalimentación de albedo de hielo: a medida que se reduce la luz solar entrante, el hielo se expande desde los polos hacia el ecuador. A medida que más hielo cubre el globo, el planeta se vuelve más reflexivo, o más alto en albedo, lo que enfría aún más la superficie para que se expanda más hielo. Eventualmente, si el hielo alcanza un cierto grado, esto se convierte en un proceso descontrolado, lo que resulta en una glaciación global.

Las glaciaciones mundiales en la Tierra son de naturaleza temporal, debido al ciclo de carbono del planeta. Cuando el planeta no está cubierto de hielo, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera están algo controlados por la meteorización de rocas y minerales. Cuando el planeta está cubierto de hielo, la meteorización se reduce enormemente, por lo que el dióxido de carbono se acumula en la atmósfera, creando un efecto invernadero que eventualmente descongela al planeta de su edad de hielo.

Los científicos generalmente están de acuerdo en que la formación de las 'Snowball Earths' tiene algo que ver con el equilibrio entre la luz solar entrante, la retroalimentación del albedo de hielo y el ciclo global del carbono.

"Hay muchas ideas sobre la causa de estas glaciaciones globales, pero todas se reducen a una modificación implícita de la radiación solar que entra", dice Arnscheidt. "Pero generalmente se ha estudiado en el contexto de cruzar un umbral".

Los autores del nuevo estudio habían estudiado previamente otros períodos en la historia de la Tierra donde la velocidad a la que ocurrieron ciertos cambios en el clima, tuvieron un papel en los eventos desencadenantes, como las extinciones masivas pasadas.

Los investigadores desarrollaron un modelo matemático simple del sistema climático de la Tierra que incluye ecuaciones para representar las relaciones entre la radiación solar entrante y saliente, la temperatura de la superficie de la Tierra, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera y los efectos de la intemperie en la absorción y almacenar dióxido de carbono atmosférico. Los investigadores pudieron ajustar cada uno de estos parámetros para observar qué condiciones generaban una Tierra Bola de Nieve.

Finalmente, descubrieron que era más probable que un planeta se congelara si la radiación solar entrante disminuía rápidamente, a un ritmo que era más rápido que un índice crítico, en lugar de alcanzar un umbral crítico o un nivel particular de luz solar.

Existe cierta incertidumbre sobre cuál sería exactamente esa tasa crítica, ya que el modelo es una representación simplificada del clima de la Tierra. Sin embargo, Arnscheidt estima que la Tierra tendría que experimentar una caída de alrededor del 2 por ciento en la luz solar entrante durante un período de aproximadamente 10.000 años para caer en una era de hielo global.

"Es razonable suponer que las glaciaciones pasadas fueron inducidas por cambios geológicamente rápidos en la radiación solar", dice Arnscheidt.

Los mecanismos particulares que pueden haber oscurecido rápidamente los cielos durante decenas de miles de años aún están en debate. Una posibilidad es que volcanes generalizados hayan arrojado aerosoles a la atmósfera, bloqueando la luz solar entrante en todo el mundo. Otra es que las algas primitivas pueden haber desarrollado mecanismos que facilitaron la formación de nubes que reflejan la luz.

Los resultados de este nuevo estudio sugieren que los científicos pueden considerar procesos como estos, que reducen rápidamente la radiación solar entrante, como desencadenantes más probables para las edades de hielo de la Tierra.

"A pesar de que la humanidad no desencadenará una glaciación de bola de nieve en nuestra trayectoria climática actual, la existencia de tal 'punto de inflexión inducido por la velocidad' a escala global puede seguir siendo motivo de preocupación", señala Arnscheidt. "Por ejemplo, nos enseña que debemos ser cautelosos con la velocidad a la que estamos modificando el clima de la Tierra, no solo con la magnitud del cambio. Podría haber otros puntos de inflexión inducidos por la velocidad que podrían desencadenarse por el calentamiento antropogénico. Identificar estos y limitar sus tasas críticas es un objetivo que vale la pena para futuras investigaciones ".