Cómo las aguas antiguas ayudaron a enfriar la Tierra

Hace entre 800.000 y 430.000 años, la Tierra pasó por una serie de calentamientos bastante suaves que los científicos ahora llaman “interglaciales tibios”. El aire sobre la Antártida era frío durante estos interglaciares y los niveles de dióxido de carbono eran entre 30 y 40 partes por millón más bajos que en interglaciales posteriores.

Por qué estos calentamientos anteriores fueron tan moderados ha desconcertado a los científicos del clima durante décadas. Y ahora, nuevos estudios miran hacia el fondo del Océano Austral como la clave para desbloquear el antiguo ritmo climático de la Tierra.

Una ventana a aguas antiguas

El equipo de investigación internacional, encabezado por el Dr. Huang Huang, quien recibió su Ph.D. en el Centro GEOMAR Helmholtz de Investigación Oceánica en Alemania y hoy trabaja como investigador asistente en el Laboratorio Laoshan en Qingdao, China, utilizó una nueva técnica para mirar hacia el pasado.

Los científicos estudiaron una corteza de ferromanganeso recolectada en el monte submarino Haxby, frente al margen antártico del Pacífico. Enterrada a casi una milla bajo el lecho marino, la corteza mineral que se acumula lentamente es como una cápsula del tiempo oceánica, que documenta los cambios en química del agua de mar capa tras capa a lo largo de cientos de miles de años.

Utilizando una técnica de ablación láser bidimensional, los investigadores examinaron pequeños fragmentos de la corteza para medir la composición isotópica del plomo en miligramos. El método implica vaporizar trozos diminutos de material y analizar el vapor para determinar su estructura elemental e isotópica.

«Esta nueva tecnología láser abre posibilidades completamente nuevas para la reconstrucción del clima», afirmó el físico Dr. Jan Fietzke, jefe del laboratorio de mediciones láser en GEOMAR. «Nos permitirá comprender mejor el papel del Océano Austral en el ciclo global del carbono y las tendencias climáticas futuras».

Leyendo el diario químico del océano

Al rastrear algunas proporciones de isótopos de plomo, a saber, ^208Pb/^206Pb y ^206Pb/^204Pb, los científicos pudieron reconstruir la mezcla de los océanos y el transporte de masa de agua a lo largo de los últimos 800.000 años. Son huellas dactilares de diferentes fuentes de agua. El agua del fondo antártico, formada cerca del continente helado, posee una firma isotópica distintiva en comparación con las aguas más profundas que llegan desde el Pacífico.

La evidencia fue concluyente. En los interglaciares cálidos, las proporciones ^208Pb/^206Pb fueron mayores que en interglaciares posteriores, más modernos, lo que sugiere que entra menos agua del fondo antártico a las profundidades del océano. El descubrimiento apunta hacia un océano más compartimentado o “estratificado”, con aguas profundas separadas de las de la superficie.

Al contrario, más frío periodos glaciales Fue testigo de una mayor mezcla, como lo reflejan los valores de isótopos más bajos. Dado que el plomo en el mar tiene una vida media relativamente corta, de unos pocos cientos de años como máximo, los cambios conservados en la corteza replican cambios instantáneos cercanos, no los procesos globales más glaciales que tienden a enmascarar las señales climáticas en los sedimentos.

La conexión del carbono

¿Por qué un océano más estratificado enfriaría el mundo? Se trata de la manera en que se intercambia el carbono entre el océano y la atmósfera. Las aguas profundas del océano contienen enormes reservas de dióxido de carbono disuelto. A medida que disminuye la mezcla vertical, ese carbono queda atrapado debajo, manteniéndose al mínimo que se pierde en el aire.

Las estimaciones de los investigadores sostienen que la mezcla reducida durante los períodos interglaciales cálidos mantiene CO₂ atmosférico aproximadamente entre 30 y 40 ppm menos que en períodos cálidos posteriores. Los experimentos con modelos sugieren que todo combinado, una mayor estratificación, una capa de hielo marino más gruesa en la Antártida y una reducción de las surgencias reducirían los niveles de CO₂ en unas 36 ppm, una cantidad que se aproxima mucho a la que indica el registro de isótopos.

Este patrón se revirtió después del Evento Mid-Brunhes, hace aproximadamente 430.000 años, cuando los interglaciales se volvieron cada vez más largos y cálidos. Desde entonces, el clima de la Tierra ha tendido a tener concentraciones de CO₂ más altas y una mezcla oceánica más vigorosa, lo cual es un cambio fundamental en la forma en que el Océano Austral ayuda a mantener estables las temperaturas globales.

Después de la causa de la estratificación

Varios factores pueden haber hecho que las profundidades del Océano Austral estuvieran más estratificadas en aquellos antiguos períodos cálidos. Las temperaturas más bajas del aire antártico y la expansión de una extensa capa de hielo marino probablemente formaron aguas del fondo más densas que produjeron un fuerte contraste de densidad que se opuso a la mezcla vertical. Por el contrario, un afloramiento más lento redujo la circulación que de otro modo traería aguas profundas ricas en nutrientes hacia la superficie.

Reducción de la productividad biológica: menos vida marina que fija carbono a través de fotosíntesis y el hundimiento hasta el fondo del océano también pueden haber influido. En conjunto, estos cambios ayudaron a “fijar” el carbono en las profundidades del océano, sacándolo de la atmósfera y retardando el calentamiento global.

Fortalezas y preguntas pendientes

Lo inusual en este estudio es la precisión de sus datos y la consistencia de su sitio de muestreo. Debido a que la corteza de ferromanganeso se formó en mar abierto con una contaminación de sedimentos limitada, proporciona un registro limpio de la química del agua de mar. Los investigadores incluso cruzaron dos porciones distintas de la misma corteza y obtuvieron historias isotópicas casi idénticas, lo que aumentó la confianza en sus hallazgos.

Sin embargo, algunas cosas siguen siendo inciertas. Es difícil datar la corteza con tanta antigüedad, particularmente hace más de 450.000 años, ya que la tasa de crecimiento es leve: sólo alrededor de un milímetro cada millón de años. Los investigadores tienen que utilizar uranio y isótopos de torio hasta la fecha, pero esos isótopos tienen variaciones naturales que pueden dar lugar a ligeros errores. Sin embargo, las tendencias generales coinciden con observaciones independientes de los núcleos de sedimentos, así como con otros registros isotópicos en el Océano Austral.

Los resultados respaldan la creencia cada vez más extendida de que el Océano Austral, y no el Atlántico, fue en gran medida responsable del cambio de CO₂ durante los interglaciales tibios. Si bien la propia circulación de inversión del Atlántico permaneció fija, las modificaciones en las aguas que rodean la Antártida parecen haber reformulado el mapa de cuánto carbono podrían almacenar las aguas profundas.

Lecciones de un antiguo cambio climático

El descubrimiento encaja con las ansiedades actuales sobre calentamiento global. Mientras la temperatura global aumenta y el hielo marino de la Antártida se derrite, el Océano Austral puede reducir su capacidad para absorber carbono. El océano se volvería menos estratificado y tendría un mayor desbordamiento de carbono hacia la superficie, aumentando el efecto invernadero.

«Nuestros datos muestran por primera vez que una estratificación más intensa del Océano Austral fue un factor importante en los interglaciales relativamente fríos que condujeron al Evento Mid-Brunhes», dijo el Dr. Huang. «Descubrir estos procesos nos ayuda a valorar la influencia que el cambio de la estructura del océano puede tener en el clima a largo plazo».

El estudio no sólo disipa un misterio de larga data en la ciencia paleoclimática sino que también ilustra cuán interconectados están los océanos y la atmósfera de la Tierra. Los cambios modestos en el agua que se mezclan a miles de metros debajo de la superficie pueden resonar profundamente en todo el sistema climático.

Implicaciones prácticas de la investigación.

Estos hallazgos ofrecen un escalofriante recordatorio para el día de hoy. Si el calentamiento de los últimos siglos continúa rompiendo el hielo marino e interfiriendo con las capas del Océano Austral, las profundidades del océano perderán su capacidad de almacenar carbono. Eso aceleraría cambio climático al permitir que más CO₂ se recicle en la atmósfera.

Además de la previsión climática, el nuevo método láser de Huang podría transformar el proceso de reconstrucción de hábitats antiguos por parte de los científicos.

Al leer las “páginas” químicas dentro de las cortezas minerales, los investigadores pueden explorar cómo evolucionaron los patrones de circulación oceánica a lo largo de cientos de miles de años, conocimiento que podría ayudar a crear modelos climáticos mejorados y guiar las estrategias globales de gestión del carbono.

Los resultados de la investigación están disponibles en línea en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.

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