Vinculan las temperaturas de la superficie del mar con los niveles de CO2 atmosférico
A finales del Paleoceno y principios del Eoceno, hace entre 59 y 51 millones de años, la Tierra experimentó dramáticos períodos de calentamiento, tanto períodos graduales que se extendieron durante millones de años como eventos de repentino calentamiento conocidos como hipertermales.
Este calentamiento planetario se debió a las masivas emisiones de dióxido de carbono (CO2) y otros gases de efecto invernadero, pero otros factores, como la actividad tectónica, también pueden haber intervenido.
Una nueva investigación dirigida por geocientíficos de la Universidad de Utah vincula las temperaturas de la superficie del mar con los niveles de CO2 atmosférico durante este período, mostrando que ambos estaban estrechamente relacionados.
Los hallazgos también proporcionan estudios de casos para probar los mecanismos de retroalimentación del ciclo del carbono y las sensibilidades críticas para predecir el cambio climático antropogénico a medida que continuamos vertiendo gases de efecto invernadero a la atmósfera en una escala sin precedentes en la historia del planeta.
"La principal razón por la que estamos interesados en estos eventos globales de liberación de carbono es porque pueden proporcionar análogos para el cambio futuro", dijo el autor principal Dustin Harper, investigador postdoctoral en el Departamento de Geología y Geofísica. "Realmente no tenemos un evento análogo perfecto con exactamente las mismas condiciones de fondo y tasa de liberación de carbono".
Pero el estudio publicado el lunes sugiere que las emisiones durante dos "máximos térmicos" antiguos son lo suficientemente similares al actual cambio climático antropogénico como para ayudar a los científicos a pronosticar sus consecuencias.
Imagen derecha: Imágenes de fósiles de foraminíferos creadas con un microscopio electrónico de barrido. Crédito: Dustin Harper
El equipo de investigación analizó fósiles microscópicos (recuperados en núcleos de perforación tomados de una meseta submarina en el Pacífico) para caracterizar la química de la superficie del océano en el momento en que estaban vivas las criaturas con caparazón. Utilizando un sofisticado modelo estadístico, reconstruyeron las temperaturas de la superficie del mar y los niveles de CO2 atmosférico durante un período de 6 millones de años que abarcó dos hipertermales, el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, o PETM, hace 56 millones de años, y el Máximo Térmico del Eoceno 2, ETM-2, hace 54 millones de años.
Los resultados indican que a medida que aumentaron los niveles atmosféricos de CO2, también lo hicieron las temperaturas globales.
"Tenemos múltiples formas en que nuestro planeta y nuestra atmósfera están siendo influenciados por las adiciones de CO2, pero en cada caso, independientemente de la fuente de CO2, estamos viendo impactos similares en el sistema climático", dijo el coautor Gabriel Bowen, profesor de geología y geofísica de la Universidad de Utah.
"Nos interesa saber cuán sensible era el sistema climático a estos cambios en el CO2. Lo que vemos en este estudio es que hay cierta variación, tal vez una sensibilidad un poco menor, un calentamiento menor asociado con una cantidad dada de cambio de CO2 cuando observamos estos cambios a muy largo plazo. Pero en general, vemos un rango común de sensibilidades climáticas", dijo Bowen.
Hoy en día, las actividades humanas asociadas con los combustibles fósiles están liberando carbono entre 4 y 10 veces más rápido que durante estos antiguos eventos hipertermales. Sin embargo, la cantidad total de carbono liberado durante los antiguos eventos es similar al rango proyectado para las emisiones humanas, lo que potencialmente da a los investigadores una idea de lo que podría depararnos a nosotros y a las futuras generaciones.
Primero, los científicos deben determinar qué sucedió con el clima y los océanos durante estos episodios de calentamiento planetario hace más de 50 millones de años.
"Estos eventos podrían representar un caso de estudio de tipo medio o peor", dijo Harper. "Podemos investigarlos para responder cuál es el cambio ambiental que se produce debido a esta liberación de carbono".
La Tierra estaba muy cálida durante el PETM. No había capas de hielo que cubrieran los polos y las temperaturas del océano rondaban los 32°C.
Para determinar los niveles de CO2 oceánico, los investigadores recurrieron a restos fosilizados de foraminíferos, organismos unicelulares con concha similares al plancton. El equipo de investigación basó el estudio en núcleos extraídos previamente por el Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos en dos lugares del Pacífico (IODP).
Imagen: Dustin Harper, a la derecha, geocientífico de la Universidad de Utah, habla sobre la extracción de núcleos de perforación con su colega Weimu Xu, del University College de Dublín, a bordo de un buque de investigación operado por el Programa Internacional de Descubrimiento de los Océanos. Crédito: Sandra Herrmann
Las conchas de foraminíferos acumulan pequeñas cantidades de boro, cuyos isótopos son un indicador que refleja las concentraciones de CO2 en el océano en el momento en que se formaron las conchas, según Harper.
"Medimos la composición química del boro en las conchas y, utilizando modernas observaciones, podemos traducir esos valores a las condiciones del agua de mar del pasado. Podemos obtener el CO2 del agua de mar y traducirlo a CO2 atmosférico", dijo Harper. "El objetivo del intervalo de estudio objetivo fue establecer algunos nuevos registros de CO2 y temperatura para el PETM y el ETM-2, que representan dos de los mejores análogos en términos de cambio moderno, y también proporcionar una evaluación de fondo a más largo plazo del sistema climático para contextualizar mejor esos eventos".
Imagen derecha: Acoplamiento a largo y corto plazo de la temperatura de la superficie del mar y el CO2 atmosférico durante el Paleoceno tardío y el Eoceno temprano
Los núcleos que estudió Harper fueron extraídos de la Shatsky Rise en el Pacífico Norte subtropical, que es un lugar ideal para recuperar sedimentos del fondo del océano que reflejan las condiciones del pasado antiguo.
Las conchas de carbonato se disuelven si se depositan en las profundidades del océano, por lo que los científicos deben buscar mesetas submarinas como Shatsky Rise, donde las profundidades del agua son relativamente poco profundas. Mientras sus habitantes vivían hace millones de años, las conchas de los foraminíferos registran las condiciones de la superficie del mar.
"Luego mueren y se hunden hasta el fondo del mar, donde quedan depositados a unos dos kilómetros de profundidad", explicó Harper. "Pudimos recuperar la secuencia completa de los fósiles muertos. En estos lugares en medio del océano, no hay muchos sedimentos de los continentes, por lo que predominan los fósiles y eso es todo. Es un archivo realmente bueno para lo que queremos hacer".
La investigación se publica en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences: Long- and short-term coupling of sea surface temperature and atmospheric CO2 during the late Paleocene and early Eocene
