Cada vez es más evidente que las condiciones de sequía prolongada, calor récord, incendios forestales sostenidos, y frecuente, Las tormentas más extremas experimentadas en los últimos años son el resultado directo del aumento de las temperaturas globales provocado por la adición de dióxido de carbono a la atmósfera por parte de los humanos. Y un nuevo estudio del MIT sobre eventos climáticos extremos en la historia antigua de la Tierra sugiere que el planeta actual puede volverse más volátil a medida que continúa calentándose.

El estudio, apareciendo hoy en Avances de la ciencia , examina el registro del paleoclima de los últimos 66 millones de años, durante la era Cenozoica, que comenzó poco después de la extinción de los dinosaurios. Los científicos descubrieron que durante este período, Las fluctuaciones en el clima de la Tierra experimentaron un sorprendente "sesgo de calentamiento". En otras palabras, hubo muchos más eventos de calentamiento:períodos de calentamiento global prolongado, que duran de miles a decenas de miles de años, que los eventos de enfriamiento. Y lo que es más, los eventos de calentamiento tendían a ser más extremos, con mayores cambios de temperatura, que los eventos de enfriamiento.

Los investigadores dicen que una posible explicación de este sesgo de calentamiento puede residir en un "efecto multiplicador, "mediante el cual un grado modesto de calentamiento, por ejemplo, debido a que los volcanes liberan dióxido de carbono a la atmósfera, naturalmente acelera ciertos procesos biológicos y químicos que aumentan estas fluctuaciones, principal, de media, a un calentamiento aún mayor.

Curiosamente, el equipo observó que este sesgo de calentamiento desapareció hace unos 5 millones de años, alrededor del momento en que las capas de hielo comenzaron a formarse en el hemisferio norte. No está claro qué efecto ha tenido el hielo en la respuesta de la Tierra a los cambios climáticos. Pero a medida que el hielo ártico actual retrocede, el nuevo estudio sugiere que un efecto multiplicador puede reaparecer, y el resultado puede ser una mayor amplificación del calentamiento global inducido por el hombre.

"Las capas de hielo del hemisferio norte se están reduciendo, y potencialmente podría desaparecer como una consecuencia a largo plazo de las acciones humanas ", dice el autor principal del estudio, Constantin Arnscheidt, estudiante de posgrado en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Nuestra investigación sugiere que esto puede hacer que el clima de la Tierra sea fundamentalmente más susceptible a los fenómenos extremos, eventos de calentamiento global a largo plazo como los vistos en el pasado geológico ".

El coautor del estudio de Arnscheidt es Daniel Rothman, profesor de geofísica en el MIT, y cofundador y codirector del Lorenz Center del MIT.

Un empujón volátil.

Para su análisis, El equipo consultó grandes bases de datos de sedimentos que contienen foraminíferos bentónicos de aguas profundas, organismos unicelulares que han existido durante cientos de millones de años y cuyas cáscaras duras se conservan en los sedimentos. La composición de estas conchas se ve afectada por las temperaturas del océano a medida que crecen los organismos; por lo tanto, las conchas se consideran un proxy confiable de las antiguas temperaturas de la Tierra.

Por décadas, los científicos han analizado la composición de estas conchas, recopilados de todo el mundo y fechados en varios períodos de tiempo, para rastrear cómo la temperatura de la Tierra ha fluctuado durante millones de años.

"Cuando se utilizan estos datos para estudiar eventos climáticos extremos, la mayoría de los estudios se han centrado en grandes picos individuales de temperatura, típicamente de unos pocos grados Celsius de calentamiento, "Arnscheidt dice". En cambio, intentamos observar las estadísticas generales y considerar todas las fluctuaciones involucradas, en lugar de elegir los grandes ".

El equipo primero llevó a cabo un análisis estadístico de los datos y observó que, durante los últimos 66 millones de años, la distribución de las fluctuaciones de la temperatura global no se parecía a una curva de campana estándar, con colas simétricas que representan una probabilidad igual de fluctuaciones extremas cálidas y extremas frías. En lugar de, la curva estaba notablemente ladeada, sesgado hacia eventos más cálidos que fríos. La curva también exhibió una cola notablemente más larga, representando eventos cálidos que fueron más extremos, o de mayor temperatura, que los eventos fríos más extremos.

"Esto indica que hay algún tipo de amplificación en relación con lo que de otro modo hubiera esperado, ", Dice Arnscheidt." Todo apunta a algo fundamental que está causando este impulso, o sesgo hacia eventos de calentamiento ".

"Es justo decir que el sistema de la Tierra se vuelve más volátil, en un sentido cálido, ", Agrega Rothman.

Un multiplicador de calentamiento

El equipo se preguntó si este sesgo de calentamiento podría haber sido el resultado de un "ruido multiplicativo" en el ciclo clima-carbono. Los científicos han entendido desde hace mucho tiempo que las temperaturas más altas, hasta cierto punto, tienden a acelerar los procesos biológicos y químicos. Porque el ciclo del carbono, que es un factor clave de las fluctuaciones climáticas a largo plazo, se compone de tales procesos, los aumentos de temperatura pueden dar lugar a mayores fluctuaciones, sesgando el sistema hacia eventos extremos de calentamiento.

En matemáticas, existe un conjunto de ecuaciones que describe tal amplificación general, o efectos multiplicativos. Los investigadores aplicaron esta teoría multiplicativa a su análisis para ver si las ecuaciones podían predecir la distribución asimétrica, incluyendo el grado de su sesgo y la longitud de sus colas.

En el final, encontraron que los datos, y el sesgo observado hacia el calentamiento, podría explicarse por la teoría multiplicativa. En otras palabras, es muy probable que, durante los últimos 66 millones de años, En promedio, los períodos de calentamiento moderado se vieron reforzados por efectos multiplicadores, como la respuesta de procesos biológicos y químicos que calentaron aún más el planeta.

Como parte del estudio, los investigadores también observaron la correlación entre los eventos de calentamiento pasados ​​y los cambios en la órbita de la Tierra. Durante cientos de miles de años, La órbita de la Tierra alrededor del Sol se vuelve regularmente más o menos elíptica. Pero los científicos se han preguntado por qué muchos eventos de calentamiento pasados ​​parecían coincidir con estos cambios, y por qué estos eventos presentan un calentamiento descomunal en comparación con lo que podría haber provocado el cambio en la órbita de la Tierra por sí solo.

Entonces, Arnscheidt y Rothman incorporaron los cambios orbitales de la Tierra en el modelo multiplicativo y su análisis de los cambios de temperatura de la Tierra, y descubrió que los efectos multiplicadores podrían amplificarse de manera predecible, de media, la modesta temperatura aumenta debido a cambios en la órbita de la Tierra.

"El clima se calienta y se enfría en sincronía con los cambios orbitales, pero los ciclos orbitales mismos predecirían solo cambios modestos en el clima, "Dice Rothman." Pero si consideramos un modelo multiplicativo, luego moderado calentamiento, junto con este efecto multiplicador, puede resultar en eventos extremos que tienden a ocurrir al mismo tiempo que estos cambios orbitales ".

"Los humanos están forzando el sistema de una manera nueva, ", Agrega Arnscheidt." Y este estudio muestra que, cuando aumentamos la temperatura, es probable que interactuemos con estos efectos amplificadores ".