El buque de investigación JOIDES Resolution en Fremantle (Australia) la mañana antes de que el barco zarpara en la Expedición 356. Los resultados se basan en muestras tomadas de este buque de perforación como parte del Programa Internacional de Descubrimiento Oceánico IODP. Crédito: William Crawford, IODP JRSO
Los científicos del clima de Bremen revelan los cambios en los mecanismos de retroalimentación entre el clima y el ciclo global del carbono durante los últimos 35 millones de años.
La actual crisis climática subraya que las perturbaciones del ciclo del carbono pueden provocar un cambio climático significativo. Una nueva investigación revela cómo el ciclo del carbono y el clima global han estado interactuando a lo largo de los últimos 35 millones de años de historia geológica, en circunstancias naturales. El estudio, dirigido por David De Vleeschouwer de MARUM – Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen, se publicó ahora en Nature Communications.
El calentamiento global provocado por el hombre se ha presentado durante mucho tiempo como una cadena relativamente simple de causa y efecto: los humanos interrumpen el ciclo del carbono al quemar combustibles fósiles, lo que aumenta la concentración de CO2 en la atmósfera, lo que a su vez conduce a temperaturas más altas en todo el mundo. “Sin embargo, resulta cada vez más claro que este no es el final de la historia. Los incendios forestales se vuelven más frecuentes en todo el mundo y liberan CO adicional2 a la atmósfera, y reforzar aún más el calentamiento global que aumentó el riesgo de incendios forestales en primer lugar. Este es un ejemplo de libro de texto de lo que los científicos del clima llaman un mecanismo de retroalimentación positiva ”, destaca David De Vleeschouwer, investigador postdoctoral en MARUM – Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen.
Para revelar este tipo de mecanismos de retroalimentación del ciclo del carbono-clima en circunstancias naturales, David De Vleeschouwer y sus colegas explotaron datos isotópicos de núcleos de sedimentos de las profundidades del océano. “Algunos de estos núcleos contienen sedimentos de hasta 35 millones de años. A pesar de su respetable edad, estos sedimentos llevan una clara huella de los llamados ciclos de Milanković. Los ciclos de Milanković se relacionan con cambios rítmicos en la forma de la órbita de la Tierra (excentricidad), así como con la inclinación (oblicuidad) y orientación (precesión) del eje de rotación de la Tierra. Como un reloj astronómico, los ciclos de Milanković generan cambios en la distribución de la insolación solar sobre el planeta y, por tanto, provocan un cambio climático cadenciado ”, explica David De Vleeschouwer. “Observamos la composición isotópica de carbono y oxígeno de los microfósiles dentro del sedimento y primero usamos las cadencias de excentricidad, oblicuidad y precesión como cronómetros geológicos. Luego, aplicamos un método estadístico para determinar si los cambios en un sistema isotópico conducen o retrasan la variabilidad en el otro isótopo “.
Su colega Maximilian Vahlenkamp agrega: “Cuando un patrón común en ambos sistemas de isótopos ocurre un poco antes en el sistema de carbono en comparación con el sistema de isótopos de oxígeno, lo llamamos plomo de isótopos de carbono. Luego inferimos que el ciclo del carbono ejerció control sobre el sistema climático en el momento de la deposición de sedimentos “. Los paleoclimatólogos y paleoceanógrafos a menudo usan isótopos de carbono como un indicador de las perturbaciones del ciclo del carbono, e isótopos de oxígeno como un indicador de los cambios en el estado climático global. Los cambios en la composición isotópica de estos microfósiles de aguas profundas pueden indicar, por ejemplo, un aumento en el almacenamiento de carbono continental por las plantas terrestres y los suelos, o un enfriamiento global con el crecimiento de los casquetes polares.
“El análisis sistemático y continuo de los adelantos y retrasos entre el ciclo del carbono y el clima constituye el carácter innovador de este estudio. Nuestro enfoque permite secuenciar la historia de la Tierra en alta resolución durante los últimos 35 millones de años ”, dice el profesor Heiko Pälike. “Demostramos que los últimos 35 millones de años se pueden subdividir en tres intervalos, cada uno con su modus operandi específico del ciclo clima-carbono”. En promedio, los autores encontraron que los isótopos de oxígeno conducen a variaciones de isótopos de carbono. Esto significa que, en condiciones naturales, las variaciones climáticas regulan en gran medida la dinámica global del ciclo del carbono. Sin embargo, el equipo de investigación se centró en momentos en los que ocurría lo contrario. De hecho, De Vleeschouwer y sus colegas encontraron algunos ejemplos de períodos antiguos durante los cuales el ciclo del carbono impulsó el cambio climático en escalas de tiempo de aproximadamente 100.000 años, tal como es el caso ahora en escalas de tiempo mucho más cortas, “pero luego, por supuesto, sin intervención humana”. afirma Pälike.
Durante el intervalo más antiguo, hace entre 35 y 26 millones de años, el ciclo del carbono tomó la delantera sobre el cambio climático principalmente durante los períodos de estabilidad climática. “Los períodos de estabilidad climática en el registro geológico a menudo tienen una causa astronómica. Cuando la órbita de la Tierra alrededor del Sol está cerca de un círculo perfecto, los extremos de insolación estacional se truncan y se aplican climas más equilibrados ”, explica David De Vleeschouwer. “Hace entre 35 y 26 millones de años, tal configuración astronómica habría sido favorable para una expansión temporal de la capa de hielo antártica. Proponemos que en tal escenario, la intensidad de la erosión glacial y la posterior erosión de las rocas aumentaron. Esto es importante, porque la erosión de las rocas de silicato elimina el CO2 de la atmósfera y, en última instancia, controla el efecto invernadero “.
Pero hace unos 26 millones de años, el modus operandi cambió radicalmente. El ciclo del carbono tomó el control del clima en momentos de volatilidad climática, no de estabilidad. “Creemos que este cambio se remonta a la elevación de las montañas del Himalaya y un estado climático dominado por los monzones. Cuando los extremos de insolación estacional se amplifican a través de una órbita terrestre excéntrica, los monzones pueden volverse realmente intensos. Los monzones más fuertes permiten una mayor meteorización química, la eliminación de CO2 de la atmósfera y, por lo tanto, un control del ciclo del carbono sobre el clima “.
Los mecanismos propuestos por los autores no solo explican los patrones observados en los isótopos de carbono y oxígeno, sino que también proporcionan nuevas ideas sobre cómo el sistema climático y el ciclo del carbono interactúan a través del tiempo. “Algunas hipótesis necesitan más pruebas con modelos numéricos del ciclo del carbono y el clima, pero la comprensión a nivel de proceso presentada en este trabajo es importante porque proporciona un vistazo a la maquinaria de nuestro planeta en condiciones de frontera que son fundamentalmente diferentes de las actuales”, dice De Vleeschouwer. Además, este trabajo también proporciona escenarios que se pueden utilizar para evaluar la capacidad de los modelos del ciclo clima-carbono cuando se llevan a los escenarios extremos del pasado geológico.
Referencia: “Los biomas de latitudes altas y la meteorización de las rocas median las retroalimentaciones del ciclo del carbono y el clima en escalas de tiempo de excentricidad” por David De Vleeschouwer, Anna Joy Drury, Maximilian Vahlenkamp, Fiona Rochholz, Diederik Liebrand y Heiko Pälike, 6 de octubre de 2020, Comunicaciones de la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-020-18733-w
