Tendencias pasadas y futuras de la temperatura media global que abarcan los últimos 67 millones de años. Los valores de los isótopos de oxígeno en los foraminíferos bentónicos de aguas profundas de los núcleos de sedimentos son una medida de la temperatura global y el volumen de hielo. La temperatura es relativa a la media mundial de 1961-1990. Los datos de los registros de núcleos de hielo de los últimos 25.000 años ilustran la transición desde el último glaciar al período más cálido actual, el Holoceno. Los datos históricos desde 1850 hasta hoy muestran el marcado aumento después de 1950 que marcó el inicio del Antropoceno. Las proyecciones futuras de la temperatura global para tres escenarios de vías de concentración representativas (RCP) en relación con el registro bentónico de aguas profundas sugieren que para el 2100 el estado climático será comparable al óptimo climático del Mioceno (hace ~ 16 millones de años), mucho más allá del umbral. para nuclear capas de hielo continentales. Si las emisiones son constantes después de 2100 y no se estabilizan antes de 2250, el clima global para 2300 podría entrar en el mundo invernadero del Eoceno temprano (hace ~ 50 millones de años) con sus múltiples eventos de calentamiento global y sin grandes capas de hielo en los polos. Crédito: Westerhold et al., CENOGRID
Un registro continuo de los últimos 66 millones de años muestra que la variabilidad climática natural debido a cambios en la órbita de la Tierra alrededor del sol es mucho menor que el calentamiento futuro proyectado debido a las emisiones de gases de efecto invernadero.
Por primera vez, los científicos del clima han compilado un registro continuo y de alta fidelidad de variaciones en el clima de la Tierra que se extienden 66 millones de años en el pasado. El registro revela cuatro estados climáticos distintivos, que los investigadores denominaron Hothouse, Warmhouse, Coolhouse y Icehouse.
Estos estados climáticos importantes persistieron durante millones y, a veces, decenas de millones de años, y dentro de cada uno, el clima muestra variaciones rítmicas correspondientes a cambios en la órbita de la Tierra alrededor del sol. Pero cada estado climático tiene una respuesta distintiva a las variaciones orbitales, que provocan cambios relativamente pequeños en las temperaturas globales en comparación con los cambios dramáticos entre diferentes estados climáticos.
Los nuevos hallazgos, publicados hoy (10 de septiembre de 2020 en la revista Ciencias, son el resultado de décadas de trabajo y una gran colaboración internacional. El desafío era determinar las variaciones climáticas pasadas en una escala de tiempo lo suficientemente fina como para ver la variabilidad atribuible a las variaciones orbitales (en la excentricidad de la órbita de la Tierra alrededor del sol y la precesión e inclinación de su eje de rotación).
“Sabemos desde hace mucho tiempo que los ciclos glacial-interglaciares están marcados por cambios en la órbita de la Tierra, que alteran la cantidad de energía solar que llega a la superficie de la Tierra, y los astrónomos han estado calculando estas variaciones orbitales en el tiempo”, explicó el coautor James. Zachos, distinguida profesora de ciencias terrestres y planetarias e Ida Benson Lynn Profesora de Salud Oceánica en UC Santa Cruz.
“A medida que reconstruimos los climas pasados, pudimos ver bastante bien cambios bruscos a largo plazo. También sabíamos que debería haber una variabilidad rítmica en una escala más fina debido a las variaciones orbitales, pero durante mucho tiempo se consideró imposible recuperar esa señal ”, dijo Zachos. “Ahora que hemos logrado capturar la variabilidad climática natural, podemos ver que el calentamiento antropogénico proyectado será mucho mayor que eso”.
Durante los últimos 3 millones de años, el clima de la Tierra ha estado en un estado de Icehouse caracterizado por períodos glaciales e interglaciares alternados. Los humanos modernos evolucionaron durante este tiempo, pero las emisiones de gases de efecto invernadero y otras actividades humanas ahora están impulsando al planeta hacia los estados climáticos Warmhouse e Invernadero no vistos desde la época del Eoceno, que terminó hace unos 34 millones de años. Durante el Eoceno temprano, no hubo casquetes polares y las temperaturas globales promedio fueron de 9 a 14 grados. Celsius más alto que hoy.
“Las proyecciones del IPCC para 2300 en el escenario de ‘negocios como siempre’ potencialmente llevarán la temperatura global a un nivel que el planeta no ha visto en 50 millones de años”, dijo Zachos.
Para compilar el nuevo registro climático fue fundamental obtener núcleos de sedimentos de alta calidad de las cuencas oceánicas profundas a través del Programa internacional de perforación oceánica (ODP, más tarde el Programa Integrado de Perforación Oceánica, IODP, sucedido en 2013 por el Programa Internacional de Descubrimiento Oceánico). Las firmas de climas pasados se registran en las conchas de plancton microscópico (llamado foraminífero) conservado en los sedimentos del lecho marino. Después de analizar los núcleos de sedimentos, los investigadores tuvieron que desarrollar una “astrocronología” haciendo coincidir las variaciones climáticas registradas en las capas de sedimentos con variaciones en la órbita de la Tierra (conocidos como ciclos de Milankovitch).
“La comunidad descubrió cómo extender esta estrategia a intervalos de tiempo más antiguos a mediados de la década de 1990”, dijo Zachos, quien dirigió un estudio publicado en 2001 en Ciencias que mostró la respuesta climática a las variaciones orbitales durante un período de 5 millones de años que cubre la transición del Oligoceno al Mioceno, hace unos 25 millones de años.
“Eso cambió todo, porque si podíamos hacer eso, sabíamos que podríamos remontarnos hasta hace 66 millones de años y poner estos eventos transitorios y transiciones importantes en el clima de la Tierra en el contexto de variaciones de escala orbital”, dijo. .
Zachos ha colaborado durante años con el autor principal Thomas Westerhold en el Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen (MARUM) en Alemania, que alberga un vasto depósito de núcleos de sedimentos. El laboratorio de Bremen junto con el grupo de Zachos en UCSC generaron gran parte de los nuevos datos para la parte anterior del registro.
Westerhold supervisó un paso crítico, uniendo segmentos superpuestos del registro climático obtenido de núcleos de sedimentos de diferentes partes del mundo. “Es un proceso tedioso ensamblar este largo megasplice de registros climáticos, y también queríamos replicar los registros con núcleos de sedimentos separados para verificar las señales, por lo que este fue un gran esfuerzo de la comunidad internacional trabajando en conjunto”, dijo Zachos.
Ahora que han compilado un registro climático continuo y astronómico de los últimos 66 millones de años, los investigadores pueden ver que la respuesta del clima a las variaciones orbitales depende de factores como los niveles de gases de efecto invernadero y la extensión de las capas de hielo polar.
“En un mundo de invernadero extremo sin hielo, no habrá retroalimentación que involucre las capas de hielo, y eso cambia la dinámica del clima”, explicó Zachos.
La mayoría de las principales transiciones climáticas de los últimos 66 millones de años se han asociado con cambios en los niveles de gases de efecto invernadero. Zachos ha realizado una extensa investigación sobre el Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno (PETM), por ejemplo, mostrando que este episodio de calentamiento global rápido, que llevó al clima a un estado de invernadero, se asoció con una liberación masiva de carbono a la atmósfera. De manera similar, a finales del Eoceno, cuando los niveles de dióxido de carbono atmosférico estaban cayendo, las capas de hielo comenzaron a formarse en la Antártida y el clima pasó a un estado Coolhouse.
“El clima puede volverse inestable cuando se acerca a una de estas transiciones, y vemos respuestas más deterministas al forzamiento orbital, así que eso es algo que nos gustaría comprender mejor”, dijo Zachos.
El nuevo registro climático proporciona un marco valioso para muchas áreas de investigación, agregó. No solo es útil para probar modelos climáticos, sino también para geofísicos que estudian diferentes aspectos de la dinámica de la Tierra y paleontólogos que estudian cómo los entornos cambiantes impulsan la evolución de las especies.
“Es un avance significativo en las ciencias de la Tierra y un legado importante del Programa internacional de perforación oceánica”, dijo Zachos.
Referencia: 10 de septiembre de 2020, Ciencias.
DOI: science.aba6853
Los coautores Steven Bohaty, ahora en la Universidad de Southampton, y Kate Littler, ahora en la Universidad de Exeter, trabajaron con Zachos en UC Santa Cruz. Los coautores del artículo también incluyen investigadores de más de una docena de instituciones de todo el mundo. Este trabajo fue financiado por la Fundación Alemana de Investigación (DFG), el Consejo de Investigación Ambiental Natural (NERC), el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea, la Fundación Nacional de Ciencias de China, el Centro de Ciencias del Sistema Terrestre de los Países Bajos y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
