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updated 6:40 PM CET, Dec 14, 2017

Matemáticos predicen una sexta extinción en masa

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sexta extinción en masa de la Tierra

Para el año 2100 los océanos pueden tener suficiente carbono para iniciar el sexto exterminio masivo de especies

En los últimos 540 millones de años, la Tierra ha sufrido cinco eventos de extinción en masa, cada uno involucrando procesos que alteraron el ciclo normal del carbono a través de la atmósfera y los océanos. Estas perturbaciones en carbono globalmente fatales se desarrollaron cada una por miles o millones de años y coinciden con el exterminio generalizado de especies marinas alrededor del mundo.

La pregunta para muchos científicos es si el ciclo del carbono está ahora experimentando una sacudida significativa que podría conducir al planeta hacia una sexta extinción en masa. En la era moderna, las emisiones de dióxido de carbono han aumentado constantemente desde el siglo XIX, pero ha sido un reto descifrar si este reciente aumento en el carbono podría llevar a la extinción en masa. Esto se debe principalmente a que es difícil relacionar antiguas anomalías en el carbono, que ocurren durante miles o millones de años, hasta las interrupciones de hoy, que han tenido lugar durante poco más de un siglo.

Daniel Rothman, profesor de geofísica del Departamento de Ciencias Atmosféricas y Planetarias del MIT y co-director del Centro Lorenz del MIT, ha analizado cambios significativos en el ciclo del carbono durante los últimos 540 millones de años, incluyendo los cinco eventos de extinción masiva. Ha identificado "umbrales de catástrofe" en el ciclo del carbono que, si se superan, conducirían a un entorno inestable y, en última instancia, a la extinción en masa.

En un artículo publicado en Science Advances, propone que la extinción masiva ocurre si es cruzado uno de los dos umbrales: Para los cambios en el ciclo del carbono que ocurren en largas escalas de tiempo, las extinciones seguirán si esos cambios ocurren en las tarifas más rápidamente que los ecosistemas globales pueden adaptarse. Para las perturbaciones del carbono que tienen lugar en escalas de tiempo más cortas, el ritmo de los cambios del ciclo del carbono no importará. En cambio, el tamaño o magnitud del cambio determinará la probabilidad de un evento de extinción.

Tomando este razonamiento en el tiempo, Rothman predice que, dada la reciente subida de las emisiones de dióxido de carbono en una escala de tiempo relativamente corta, una sexta extinción dependerá de si se agrega a los océanos una cantidad crítica de carbono. Esa cantidad, calcula, es de 310 gigatoneladas, que estima ser aproximadamente equivalente a la cantidad de carbono que las actividades humanas habrán agregado a los océanos del mundo para el año 2100.

¿Significa esto que la extinción en masa empezará a principios de siglo? Rothman dice que tomaría algún tiempo - cerca de 10.000 años - para que ocurran tales desastres ecológicos. Sin embargo, él dice que para el 2100 el mundo puede haberse mretido en un "territorio desconocido".

"Esto no quiere decir que el desastre ocurre al día siguiente", dice Rothman. "Está diciendo que, si no se controla, el ciclo del carbono se movería hacia un reino que ya no sería estable y se comportaría de una manera que sería difícil de predecir. En el pasado geológico, este tipo de comportamiento está asociado con la extinción en masa".

La historia da la razón a la teoría

rocas del Pérmico con exceso carbonoRothman había trabajado anteriormente en la extinción del final de Pérmico, la extinción más severa en la historia de la Tierra, en la cual estuvo involucrado un pulso masivo de carbono a través del sistema de la Tierra eliminando más del 95 por ciento de especies marinas en todo el mundo. Desde entonces, las conversaciones con colegas lo estimularon a considerar la posibilidad de una sexta extinción, planteando una pregunta esencial:

"¿Cómo puedes realmente comparar estos grandes acontecimientos en el pasado geológico, que se producen en tan vastas escalas de tiempo, a lo que está pasando hoy, que es siglos el más largo?" Dice Rothman. "Así que me senté un día de verano y traté de pensar en cómo uno podría ir sobre esto sistemáticamente".

Él derivó una fórmula matemática simple basada en principios físicos básicos que relaciona la tarifa crítica y la magnitud del cambio en el ciclo del carbono a una escala de tiempo que separa cambio rápido de lento. Hizo la hipótesis de que esta fórmula debería predecir si debería ocurrir la extinción en masa, o algún otro tipo de catástrofe global.

Rothman entonces preguntó si la historia siguió su hipótesis. Al buscar a través de cientos de artículos publicados de geoquímica, identificó 31 eventos en los últimos 542 millones de años en los que se produjo un cambio significativo en el ciclo de carbono de la Tierra. Para cada evento, incluyendo las cinco extinciones en masa, Rothman señaló el cambio en el carbono, expresado en el registro geoquímico como un cambio en la abundancia relativa de dos isótopos, el carbono-12 y el carbono-13. También señaló la duración del tiempo durante el cual ocurrieron los cambios.

Entonces ideó una transformación matemática para convertir estas cantidades en la masa total del carbono que fue agregada a los océanos durante cada acontecimiento. Finalmente, trazó la masa y la escala de tiempo de cada evento.

"Se hizo evidente que había una tasa característica de cambio que al sistema básicamente no le gustaba pasar", dice Rothman.

En otras palabras, él observó un umbral común que la mayor parte de los 31 acontecimientos parecían permanecer debajo. Si bien estos eventos implicaron cambios significativos en el carbono, fueron relativamente benignos - no lo suficiente como para desestabilizar el sistema hacia la catástrofe. Por el contrario, cuatro de los cinco eventos de extinción en masa se encuentran por encima del umbral, siendo la más extrema la extinción de final del Pérmico, la más lejana sobre la línea.

"Entonces se convirtió en una cuestión de averiguar lo que significaba", dice Rothman.

Una fuga oculta

Tras un análisis más profundo, Rothman encontró que la tasa crítica para la catástrofe está relacionada con un proceso oculto dentro del ciclo natural de carbono de la Tierra. El ciclo es esencialmente un bucle entre la fotosíntesis y la respiración. Normalmente, hay una "fuga" en el ciclo, en el que una pequeña cantidad de carbono orgánico se hunde en el fondo del océano y, con el tiempo, es enterrada como sedimento y secuestrado del resto del ciclo del carbono.

Rothman encontró que la tasa crítica era equivalente a la tasa de exceso de producción de dióxido de carbono que resultaría de tapar la fuga. Cualquier dióxido de carbono adicional inyectado en el ciclo no podría ser descrito por el propio bucle. Uno o más de los otros procesos habrían llevado el ciclo del carbono a un territorio inestable.

A continuación, determinó que la tasa crítica sólo se aplica más allá de la escala temporal en la que el ciclo del carbono marino puede restablecer su equilibrio después de ser perturbado. Hoy en día, este plazo es de unos 10.000 años. Para eventos mucho más cortos, el umbral crítico ya no está vinculado a la velocidad a la que se agrega carbono a los océanos, sino a la masa total del carbono. Ambos escenarios dejarían un exceso de carbono circulando a través de los océanos y la atmósfera, probablemente resultando en el calentamiento global y la acidificación de los océanos.

El siglo es el límite

A partir de la tasa crítica y la escala de tiempo de equilibrio, Rothman calculó que la masa crítica de carbono para el día moderno era de aproximadamente 310 gigatoneladas.

A continuación, comparó su predicción con la cantidad total de carbono añadido a los océanos de la Tierra para el año 2100, como se proyecta en el informe más reciente del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático. Las proyecciones del IPCC consideran cuatro vías posibles para las emisiones de dióxido de carbono, que van desde una asociada con políticas estrictas para limitar las emisiones de dióxido de carbono, a otra relacionada con la gama alta de escenarios sin limitaciones.

En el mejor de los casos se proyecta que los seres humanos aportarán 300 gigatoneladas de carbono a los océanos para el año 2100, mientras que en el peor de los casos se añadirán más de 500 gigatonelones, superando con creces el umbral crítico. En todos los escenarios, Rothman muestra que para el año 2100, el ciclo del carbono estará cerca o muy por encima del umbral de la catástrofe.

"Debería haber formas de retroceder [las emisiones de dióxido de carbono]", dice Rothman. "Pero este trabajo señala las razones por las que tenemos que tener cuidado, y da más razones para estudiar el pasado para informar al presente".

Artículo científico: Thresholds of catastrophe in the Earth system

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