UNIDAD 3. BIOLOGÍA Y GEOLOGÍA DE 1º DE BACHILLERATO

IES Diego Tortosa de Cieza

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UNIDAD 3. LA HISTORIA DE LA TIERRA. 1.- Introducción al Tiempo Geológico. 2.- Métodos de Datación Relativa en Geología. 3.- Métodos de Datación Absoluta en Geología. 4.- La división del Tiempo Geológico. 5.- Los grandes acontecimientos de la Historia de la Tierra.

1.- INTRODUCCIÓN AL TIEMPO GEOLÓGICO. Para la especie humana la organización del tiempo se basa en la utilización de relojes, calendarios, agendas, porque acostumbramos a utilizar una escala de tiempo con referencia en lo que dura una vida humana, o estudiamos la historia de la humanidad. Si consideramos que la Tierra es un planeta que tiene 4600 millones de años y que los humanos como especie aparecimos hace tan solo un millón y medio de años, nos podemos dar cuenta de lo complejo que resulta comprender lo que ha pasado en nuestro planeta en toda su historia.

Los principios de Actualismo y Uniformitarismo Una de las herramientas más importantes para la comprensión del tiempo geológico es El Principio del Actualismo, enunciado por el geólogo escocés James Hutton (1726-1797) "Los procesos geológicos terrestres siempre han sido los mismos y siempre han actuado de la misma manera, por lo que los procesos que podemos estudiar hoy en día (magmatismo, deriva continental, sedimentación, etc.), han sucedido igual en otros momentos de la historia de la Tierra”, dicho de una manera más coloquial “El presente es la clave del pasado”.Hutton propuso que la Tierra había sido moldeada, no por hechos repentinos y violentos, sino por procesos lentos y graduales: el viento, el clima y el fluir del agua, los mismos procesos que pueden verse en acción en el mundo actual. Esta teoría de Hutton fue conocida como "uniformitarismo". Más tarde Charles Lyell (1797-1875) editó un libro en varios volúmenes llamadoPrincipios de geología (Principles of Geology) entre 1830 y 1833, en él rompía con el Principio del Catastrofismo,tesis según la cual la Tierra habría sido modelada por una serie de grandes catástrofes en un tiempo relativamente corto. Lyell sostenía que los procesos geológicos que en la Tierra ocurren, actúan de forma gradual, lenta y continua a lo largo del tiempo. Este libro histórico fue una de las bases sobre las que Darwin desarrolló la Teoría de la Evolución. 2.- MÉTODOS DE DATACIÓN RELATIVA EN GEOLOGÍA La datación relativa permite conocer el orden en el que se han sucedido los acontecimientos geológicos de la historia de la Tierra, pero no determina su edad real. Se basan en los principios de la ESTRATIGRAFÍA, por lo que conviene que recordemos el concepto de estrato de rocas sedimentarias de la unidad anterior.

Principio de horizontalidad original. Propone que las capas de sedimentos se depositan de forma horizontal en el fondo de las cuencas sedimentarias y, si no se ven afectadas por la acción de fuerzas tectónicas, mantienen esta posición horizontal.

• Principio de superposición de los estratos. Propone que en una secuencia de estratos el más antiguo es el que el que se encuentra en la base y el más moderno es el que se encuentra en el límite superior. Este principio no se cumple cuando los estratos se pliegan y se invierten.La representación de los estratos de una serie se realiza en su Columna Estratigráfica.

• Principio de continuidad lateral. Afirma que los estratos se depositan horizontalmente y tienen la misma antigüedad en toda su extensión.

• Principio de sucesión faunística. Propone que los fósiles contenidos en un estrato son de la época en la que este se formó; por tanto, dos estratos que tengan los mismos fósiles son de la misma antigüedad.

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Principio de sucesión de acontecimientos. Propone que todo fenómeno geológico es posterior a los estratos a los que afecta y anterior a aquellos a los que no afecta.

Discontinuidades estratigráficas Cuando en una Serie Estratigráfica los estratos se han ido depositando sin interrupción, decimos que son concordantes. Si en una zona se interrumpe el proceso de la sedimentación durante un tiempo considerable para que ocurra un acontecimiento geológico de importancia se dice que existe una Discontinuidad estratigráfica y entonces los materiales son discordantes. Al lapso de tiempo en el que se interrumpe la sedimentación se le denomina Hiato.En las columnas estratigráficas los materiales concordantes se representan separados por líneas rectas, mientras que los materiales discordantes se representan por líneas sinuosas.

Tipos de Discontinuidades estratigráficas Laguna estratigráfica. Se produce por la interrupción de la sedimentación durante un periodo de

tiempo considerable, pero sin que se pierda el paralelismo de los estratos. Existen dos tipos de lagunas según la superficie que marca la discontinuidad:

o Paraconformidad. La superficie es más o menos plana. o Disconformidad. La superficie es irregular por erosión parcial de la serie inferior.

Discordancia (en sentido estricto). Se trata de una discontinuidad en

la que las dos series superpuestas no guardan paralelismo entre si, ya

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que durante la interrupción de la sedimentación se produjeron acontecimientos geológicos en la cuenca sedimentaria.

o Discordancia angular. La superficie de discordancia es plana. o Discordancia angular-erosiva. La superficie puede ser un

paleorrelieve.

Inconformidad. Se trata de una discordancia en la cual los materiales sobre los que descansan los estratos del conjunto superior son rocas ígneas o metamórficas, es decir no estratificadas.

Las propiedades de los estratos Los estratos pueden tener algunas propiedades, que pueden servirnos para distinguir el Techo del Muro de un estrato y por tanto para la Datación Relativa a la hora de reconstruir la Historia Geológica de una zona. Según la disposición interna de las partículas de las que están formados se distingue:

Estructura masiva: que es cuando se da una distribución homogénea de las partículas, indica un proceso de uniformidad en el depósito.

Estratificación cruzada: Las partículas se disponen en láminas inclinadas con respecto a las superficies de estratificación. Se suele dar en sedimentos depositados por una corriente acuosa o eólica, como por ejemplo en las dunas.

Granuloclasificación: Las partículas están ordenadas en cuanto al tamaño, se da en medios acuosos en donde las partículas se ordenan por gravedad.

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Según las irregularidades observadas en las superficies de estratificación, se distinguen las siguientes propiedades:

Marcas de corrientes: se producen en el techo del estrato cuando alguna partícula se arrastra por un sedimento todavía húmedo y deja la incisión en el estrato.

Marcas de organismos: corresponden a huellas de pisadas de reptación de diversos organismos sobre la superficie lodosa. En el techo de un estrato quedarían como moldes y en el muro como los salientes correspondientes al relleno.

Ripples: son estructuras del techo de los estratos, y es una rizadura compuesta por una sucesión de crestas angulosas y valles curvos. Se forman en las dunas, en el fondo marino y también en medios fluviales.

Grietas de desecación: son estructuras originadas por la pérdida de agua en superficies lodosas. Si hay un depósito sobre esta superficie, las grietas quedan fosilizadas.

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El contenido fosilífero de los estratos Las rocas sedimentarias son las únicas que pueden contener fósiles, que son restos de la actividad de seres vivos que vivieron en épocas pasadas de la historia de la tierra. La importancia del estudio de los fósiles se debe a que la edad de los estratos en los que se encuentran es la misma que la del fósil. Por tanto, si se consigue averiguar de qué época es el fósil, se podrá saber la edad del sedimento en que se encuentra incluido. Un fósil también proporciona información sobre las condiciones ambientales sobre las que se produce el depósito. Para datar sedimentos son útiles los denominados fósiles característicos o fósiles guía. Las condiciones idóneas para que un fósil sea un buen indicador cronoestratigráfico son, en primer lugar, que pertenezca a un linaje que evolucione rápidamente, de modo que sólo aparezcan en un rango mínimo de estratos. En segundo lugar, que tengan una dispersión geográfica lo suficientemente amplia como para que puedan establecerse correlaciones entre yacimientos alejados. Por último, que no se trate de especies raras, difíciles de encontrar, y que sean abundantes en cualquier clase de yacimiento.

3.- MÉTODOS DE DATACIÓN ABSOLUTA EN GEOLOGÍA. Tratan de calcular la edad de una roca, formación geológica o estructura desde que se formó, o el tiempo que ha transcurrido para que se produzca un determinado proceso.

Espesor alcanzado por los sedimentos. Se considera el espesor de los estratos de un lugar, hay que suponer que la velocidad de sedimentación ha sido constante, y con esto calcular el tiempo transcurrido para que se forme una roca sedimentaria. No es un método exacto ya que la velocidad de sedimentación no es constante ni geográfica ni geológicamente.

Varvas glaciares. Se trata de parejas de estratos de color claro y oscuro formadas en verano e invierno respectivamente en los lagos glaciares, por la fusión del hielo. Cada pareja corresponde a un año. El grosor de los respectivos niveles nos da información de las características climáticas de un año completo. Este método se ha utilizado para datar las glaciaciones ocurridas en el Periodo Cuaternario.

Anillos de crecimiento, Dendrocronología. Los anillos de crecimiento de los árboles corresponden a un año. Se sabe además que cuando el año es más húmedo, el anillo es más grueso, y que años de sequía producen anillos finos y más apretados. Este método sólo puede utilizarse con fiabilidad con árboles recientes, ya que el proceso de fosilización y carbonización de la madera destruye prácticamente la estructura interna.

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Bandas de crecimiento Existen animales cuyo crecimiento de su exoesqueleto sigue un patrón temporal muy regular. Algunos crecen periódicamente cada año. Determinados corales forman cada año una protuberancia caliza y alrededor de su apertura se forma una estría cada día. Por esto se sabe que durante el periodo Devónico (Era Primaria) el año tenía 400 días.

Método radiométrico La datación radiométrica es un procedimiento técnico empleado para determinar la edad absoluta de rocas, minerales y restos orgánicos (paleontológicos). El método se basa en utilizar las proporciones, que hay en las muestras que queremos datar, de unos elementos de la tabla periódica llamados ISÓTOPOS. Son elementos que ocupan el mismo lugar en la tabla periódica (tienen por tanto el mismo número atómico), pero se diferencian en su masa atómica que es el resultado de sumar los protones y los neutrones del núcleo. Estos isótopos radiactivos son inestables, se descomponen con el tiempo a una velocidad predecible. A medida que los isótopos se descomponen, emiten partículas de su núcleo y se convierten en un isótopo diferente. El isótopo padre es el isótopo inestable original, y los isótopos descendientes o hijos son el producto estable de la descomposición. Cada elemento se desintegra a una determinada velocidad, que se puede calcular experimentalmente. Se denomina Periodo de Semidesintegración o Vida media al tiempo necesario para que se desintegren la mitad de los átomos de un elemento radiactivo presentes en una muestra; es característico de cada elemento. Se puede calcular la edad e una roca que tenga algún elemento radiactivo conociendo su periodo de semidesintegración, y determinando la proporción en la que se encuentra en la roca cada versión del elemento (la radiactiva y la estable), mediante un aparato que se llama espectrógrafo de masas.

t = edad de la muestra. λ (lambda) = constante de desintegración radiactiva del isótopo padre. ln = logaritmo neperiano o natural. D = número de átomos del isótopo hijo existentes en la muestra (= n.º de átomos padre que han decaído radioactivamente). P = cantidad de isótopos padre presentes en la muestra

Algunos de los pares de elementos radiactivos que se utilizan son K/Ar, U/Pb, Rb/Sr, Sm/Nd, … Un caso particular es la datación por carbono radiactivo14C (una variedad de Carbono de la naturaleza cuyo núcleo contiene 6 protones y 8 neutrones), cuando los organismos mueren el 14C de sus moléculas,va transformándose en 14N por decaimiento radiactivo. El 14Ctiene un corto periodo de semidesintegración (5730 años), por eso se utiliza para calcular edades inferiores a los 70000 años.

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La datación radiométrica se viene realizando desde 1905, cuando fue inventado por Ernest Rutherford como un método por el cual determinar la edad de la Tierra. Desde entonces las técnicas han sido enormemente mejoradas y ampliadas.

4.- LA DIVISIÓN DEL TIEMPO GEOLÓGICO. El tiempo geológico del planeta se divide y distribuye en intervalos de tiempo caracterizados por acontecimientos importantes de la historia de la Tierra y de la vida. Como la edad de la Tierra es de aproximadamente 4600 millones de años, cuando se habla de tiempo geológico suele expresarse casi siempre en millones de años. Existen dos escalas de la historia de la Tierra:una ESTRATIGRÁFICA, para las rocas y su fauna asociada, y otra CRONOLÓGICA, para el paso de un tiempo. Las UNIDADES CRONOESTRATIGRÁFICAS se refieren a los estratos que se han depositado durante un tiempo determinado, por lo que son unidades materiales (estratos), mientras que las UNIDADES GEOCRONOLÓGICAS son divisiones puramente temporales, intangibles (tiempo), aunque estén relacionadas con las primeras. Existe una equivalenciaentre las divisiones estratigráficas y las cronológicas.

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La unidad cronológica mayor es el eón. Así, toda la historia de la Tierra se divide en doseones: el PRECÁMBRICO y el FANEROZOICO. Su duración es muy desigual. El Precámbrico ocupa casi el 90% de la historia de la Tierra. Cada eón se divide en eras. Por ejemplo, en el Fanerozoico se distinguen las eras Paleozoica, Mesozoica y Cenozoica. A su vez, estas se dividen en períodos. Así, la era Cenozoica se divide en período Terciario y Cuaternario. Y los períodos, en épocas.

TABLA DEL TIEMPO GEOLÓGICO (CSIC revisión de 2004)

EÓN HÁDICO 4.500-3.800 millones de años Formación de la Tierra y otros astros del sistema Solar. Formación de la Geosfera y de los minerales y las rocas. Acontecimientos volcánicos que expulsan gases al espacio. Origen de la primitiva Atmósfera (reductora) y la Hidrosfera

EÓN ARCAICO 3.800-2.500 millones de años

Primera parte del tiempo Precámbrico. Se produce el origen de las primeras formas de vida, células procariotas. Aparición de la FOTOSÍNTESIS, que produce un cambio en la atmósfera porque se carga de O2, pasa de ser reductora a oxidante.

EÓN PROTEROZOICO 2.500-542 m. de a. Comienza la segunda parte del Precámbrico. Aparición de las células eucariotas y de los primeros seres vivos pluricelulares. Gran diversificación de las formas de vida

630-542 millones de años. El último periodo del Proterozoico es el EDIACÁRICO. En las rocas de este periodo se han encontrado fósiles de invertebrados macroscópicos, forman la fauna de EDIACARA (localidad de Australia donde se hallaron)

EÓN FANEROZOICO 542-65 millones de años

Era Paleozoica o Primaria 542-251 millones de años PERIODO CAMBRICO 542- 488

Gran explosión de la vida, que da origen a numerosos grupos de seres vivos, entre ellos los trilobites.

PERIODO ORDOVÍCICO 488-443 Los invertebrados dominan los ecosistemas de la TIERRA

PERIODO SILÚRICO 443-416 Surgen las primeras plantas terrestres

PERIODO DEVÓNICO 416-359 En los ecosistemas acuáticos habitan peces acorazados. Surgen los anfibios. Aparecen los helechos.

PERIODO CARBONÍFERO 359-290 Desarrollo de los bosques de helechos gigantes, que dieron origen al carbón. Abundan los insectos, aparecen los reptiles.

PERIODO PÉRMICO 290-251 Al final de este periodo se produce una extinción masiva. Desaparece el 95% de las especies, incluidos los trilobites.

Era Mesozoica o Secundaria 251-65 millones de años PERIODO TRIÁSICO 251-199

Comienza la llamada Era de los reptiles, el Mesozoico. Aparecen los primeros dinosaurios y otros grandes reptiles. Estos animales comienzan a dominar todos los ecosistemas de la Tierra.

PERIODO JURÁSICO 199-145 En pleno apogeo de los dinosaurios aparecen las primeras especies de aves y mamíferos. También corresponden a este periodo las plantas con flores más primitivas.

PERIODO CRETÁCICO Época de los Tiranosaurios. Al final de esta época se produjo la acida de un meteorito que produjo la extinción de un 75% de especies del planeta, entre ellas las de los dinosaurios.

Era Cenozoica 65-0 millones de años PERIODO TERCIARIO 65-1,8

En esta época alcanzan pleno desarrollo las plantas con flores, las aves y los mamíferos.

PERIODO CUATERNARIO 1,8-0 Época actual. Aparición y desarrollo de la especie humana.

PALEOCENO 65-54,8

EOCENO 54,8-33,7

OLIGOCENO 33,7-23,8

MIOCENO 23,8-5,3

PLIOCENO 5,3-1,8

PLEISTOCENO 1,8-0,01

HOLOCENO 0,01-0

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5.- LOS GRANDES ACONTECIMIENTOS DE LA HISTORIA DE LA TIERRA. A lo largo de la historia de la Tierra se han producido grandes cambios en la Litosfera, la Atmósfera, la Hidrosfera y la Biosfera, que se han manifestado como cambios en la evolución y la diversidad de los seres vivos o en el clima. En este apartado veremos algunos de esos cambios que merecen una atención especial.

Deriva continental y Evolución La Tectónica de Placas es la deriva de los continentes, que afecta a la distribución de las tierras emergidas del planeta y los océanos. Dicha distribución tiene una gran influencia en la circulación de las corrientes oceánicas y en la regulación de la temperatura, y por tanto, sobre el clima, que a su vez influye sobre la diversidad de los seres vivos.

La evolución del caballo puede seguirse a través del registro fósil hasta llegar a Hyracotherium (también llamado Eohippus), un pequeño

mamífero herbívoro que vivió durante el Eoceno, hace 55 millones de años, en América del Norte. Se supone que de él descienden todos los

équidos posteriores, incluido el género actual, Equus. Hyracotherium tenía un tamaño que oscilaba entre los 20 y los 40 cm de altura, con cuatro

dedos en las extremidades anteriores y tres en las posteriores terminando cada uno en una uña (no en un casco, como las especies actuales). A

primera vista era similar a un perro pequeño.

La evolución posterior de Hyracotherium le hizo aumentar

su altura hasta los 115 cm y perder sus dedos hasta

hacerse monodáctilo, es decir, con un solo dedo. Poco a

poco, su único dedo se endurecería mediante mutaciones,

hasta desarrollar cascos que les permitían huir de los

depredadores. En esa época aparecieron a la vez en

Norteamérica y Eurasia diversas especies y géneros

relacionados. Parece ser que las especies euroasiáticas

desaparecieron; sin embargo, las especies americanas

dieron lugar durante el Oligoceno al género Mesohippus

del tamaño de una gacela, que tenía sólo 3 dedos en las

patas delanteras y que ya presentaba pies con forma de

casco.

Algo más tarde, en el Mioceno, a Mesohippus le sucedió

Hypohippus y Anchitherium; se cree que ambas especies

colonizaron después Eurasia desde América del Norte.

Otros descendientes de Mesohippus fueron Miohippus y

Merychippus; este último género desarrolló dientes con

coronas muy altas, lo que le permitió, a diferencia de

Hyracotherium, que pastaba hierba, ramonear las hojas y

brotes de árboles y arbustos. Entre los descendientes de

Merychippus estaba Hipparion, que durante el Plioceno se

desplazó y expandió desde Norteamérica hasta Eurasia, y

Pliohippus (primer antepasado de un solo dedo), antecesor

de Pleshippus y de su sucesor, el caballo moderno, es

decir, el género Equus, que apareció hace 5 millones de años.

Se cree que durante el Pleistoceno, hace unos 15.000 años, el género Equus extendió su área de distribución desde Norteamérica a Eurasia y

África cruzando el puente de Beringia. Hace unos 10.000 años los caballos se extinguieron en Norteamérica, por causas aún desconocidas,

quizá por algún cataclismo climático que modificó los ecosistemas americanos. Diversos hallazgos en cuevas de Europa indican que el caballo

era un animal muy abundante durante la Edad de Piedra en dicho continente; se han encontrado suficientes restos de esqueletos de caballos

dentro y en los alrededores de estas cuevas como para afirmar que eran consumidos por el ser humano. El número de caballos disminuyó en el

Neolítico, cuando Europa estaba cubierta por bosques en su mayor parte. Se han encontrado restos de la Edad del Bronce, embocaduras y

piezas de arneses, que demuestran que el caballo ya estaba domesticado en esta época. Esta domesticación siglos más tarde permitió, tras el

descubrimiento de América, que los caballos fueran reintroducidos por los conquistadores españoles en el continente que los vio surgir.

(Wikipedia)

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Eventos de extinción Como se desprende del registro fósil, la mayoría de los organismos que una vez existieron han desaparecido o se han extinguido. Las extinciones pueden ser

CATASTRÓFICAS, con la desaparición de los taxones que se extinguen en un momento determinado. GRADUALES, con la desaparición de los taxones en diferentes momentos en un intervalo de tiempo.

NOMBRE/PERIODOS HACE

(millones de

años)

DURACIÓN

ESTIMADA

ESPECIES

EXTINTAS

CAUSAS DE LA EXTINCIÓN

EXTINCIONES DEL

ORDOVÍCICO-SILÚRICO

444 Entre 500.000 y 1

millón de años

85 % Supernova, subida/bajada nivel de

los océanos

EXTINCIÓN DEL

DEVÓNICO-CARBONÍFERO

360 Tres millones de

años

82 % Pluma del Manto

EXTINCIÓN DEL PÉRMICO-

TRIÁSICO

251 Un millón de años 96% Posible impacto de un

meteorito y Pluma del Manto

EXTINCIÓN DEL TRIÁSICO-

JURÁSICO

210 Un millón de años 76 % Fragmentación de Pangea con

erupciones masivas

EXTINCIÓN DEL

CRETÁCICO-TERCIARIO

65 Treinta días 76 % Impacto de un meteorito

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Las glaciaciones Son periodos de la Historia de la Tierra de larga duración, durante los cuales la temperatura global se hace muy baja, y esto da como resultado la extensión del hielo continental, de los casquetes polares y de los glaciares. Aunque explicar las causas de las glaciaciones no es tarea fácil, se atribuyen tres categorías de causas para explicarlas:

CAUSAS ASTRONÓMICAS Se conocen como Ciclos de Milankovitch en honor al autor que las propuso Milutin Milankovitch (ingeniero civil,

astrónomo, matemático y geofísico serbio, 1879-1958). Basó sus teorías en tres acontecimientos cíclicos: 1. Variaciones de la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor

del Sol. Se producen cada 93.000 años, y provocan variaciones en la distribución de la energía solar recibida. Cuanto mayor es la excentricidad, mayor será también la distancia de insolación entre la máxima distancia al Sol (Afelio) y la mínima distancia al Sol (Perihelio).

2. Variaciones en la inclinación del eje de rotación terrestre respecto al plano de su órbita de traslación (eclíptica). Se producen cada 41.000 años. Al aumentar el ángulo de inclinación, las estaciones resultan más extremasen ambos hemisferios. Los inviernos serán más fríos y los vernos más cálidos.

3. El movimiento de precesión del eje de rotación terrestre. El movimiento traza una trayectoria cónica en el espacio, semejante al movimiento de una peonza. Este movimiento se produce cada 25.000 años. La cantidad de energía solar recibida en las diferentes zonas de la Tierra varía, provocando un importante descenso de la temperatura en algunas de ellas.

Milankovitch propuso que cada 100.000 años los tres factores astronómicos coincidían para provocar un periodo glaciar.

CAUSAS GEOLÓGICAS 1. Distribución de los continentes y los mares. Los

continentes tienen mayor capacidad de reflexión solar y menor capacidad de distribución del calor que los océanos. Por eso contribuyen a una mayor acumulación de nieve y hielo. Si el emplazamiento de los continentes bloquea la circulación de las corrientes marinas cálidas que fluyen desde la zona ecuatorial hasta los polos, se favorece la formación de los casquetes glaciares.

2. Vulcanismo. Los volcanes emiten a la atmósfera grandes cantidades de partículas que bloquean la radiación solar y pueden provocar épocas frías persistentes.

3. La formación de Orógenos por la colisión de placas hace que la temperatura descienda con la altitud y además pueden actuar como barreras climáticas.

CAUSAS BIOLÓGICAS En las etapas de la historia de la Tierra en las que hay mayor tasa de fotosíntesis, se consume más cantidad de CO2 y esta contribuye a enfriar el clima.