Sabemos mucho sobre cómo los niveles de dióxido de carbono (CO2) pueden impulsar el cambio climático, pero ¿qué hay de la forma en que el cambio climático puede causar fluctuaciones en los niveles de CO2? Una nueva investigación de un equipo internacional de científicos revela uno de los mecanismos por los cuales un clima más frío fue acompañado por una reducción del CO2 atmosférico durante las pasadas glaciaciones.

El objetivo general del trabajo es comprender mejor cómo y por qué la tierra atraviesa cambios climáticos periódicos, lo que podría arrojar luz sobre cómo los factores creados por el hombre podrían afectar el clima global.

La temperatura promedio de la Tierra ha fluctuado naturalmente entre 4 y 5 grados Celsius en el transcurso de los últimos millones de años a medida que el planeta ha entrado y salido de períodos glaciales. Durante ese tiempo, Los niveles de CO2 atmosférico de la tierra han fluctuado entre aproximadamente 180 y 280 partes por millón (ppm) cada 100, 000 años más o menos. (En años recientes, Las emisiones de carbono provocadas por el hombre han aumentado esa concentración hasta más de 400 ppm).

Hace unos 10 años, los investigadores notaron una estrecha correspondencia entre las fluctuaciones en los niveles de CO2 y en la temperatura durante el último millón de años. Cuando la tierra está en su punto más frío, la cantidad de CO2 en la atmósfera también está en su nivel más bajo. Durante la edad de hielo más reciente, que terminó alrededor de las 11, 000 años atrás, las temperaturas globales eran 5 grados centígrados más bajas de lo que son hoy, y las concentraciones de CO2 atmosférico fueron de 180 ppm.

Usando una biblioteca de más de 10, 000 corales de aguas profundas recolectados por Jess Adkins de Caltech, Un equipo internacional de científicos ha demostrado que los períodos de climas más fríos están asociados con una mayor eficiencia del fitoplancton y una reducción de los nutrientes en la superficie del Océano Austral (el océano que rodea la Antártida), que está relacionado con un aumento en la captura de carbono en las profundidades del océano. Un artículo sobre su investigación aparece la semana del 13 de marzo en la edición en línea de la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Es fundamental comprender por qué la concentración de CO2 atmosférico fue menor durante las edades de hielo. Esto nos ayudará a comprender cómo responderá el océano a las emisiones antropogénicas de CO2 en curso". "dice Xingchen (Tony) Wang, autor principal del estudio. Wang era un estudiante de posgrado en Princeton mientras realizaba la investigación en el laboratorio de Daniel Sigman, Catedrático Dusenbury de Ciencias Geológicas y Geofísicas. Ahora es becario postdoctoral de la Fundación Simons sobre los orígenes de la vida en Caltech.

Hay 60 veces más carbono en el océano que en la atmósfera, en parte porque el océano es muy grande. La masa de los océanos del mundo es aproximadamente 270 veces mayor que la de la atmósfera. Como tal, el océano es el mayor regulador de carbono en la atmósfera, actuando como sumidero y fuente de CO2 atmosférico.

Los procesos biológicos son el principal impulsor de la absorción de CO2 de la atmósfera al océano. Al igual que la fotosíntesis de árboles y plantas en la tierra, El plancton en la superficie del mar convierte el CO2 en azúcares que finalmente son consumidos por otras criaturas. A medida que mueren las criaturas marinas que consumen esos azúcares y el carbono que contienen, se hunden hasta las profundidades del océano, donde el carbono se mantiene alejado de la atmósfera durante mucho tiempo. Este proceso se denomina "bomba biológica".

Una población sana de fitoplancton ayuda a bloquear el carbono de la atmósfera. Para prosperar, el fitoplancton necesita nutrientes, en particular, nitrógeno, fósforo, y plancha. En la mayor parte del océano moderno, el fitoplancton agota todos los nutrientes disponibles en la superficie del océano, y la bomba biológica funciona con la máxima eficacia.

Sin embargo, en el moderno Océano Austral, hay una cantidad limitada de hierro, lo que significa que no hay suficiente fitoplancton para consumir por completo el nitrógeno y el fósforo de las aguas superficiales. Cuando hay menos biomasa viva, también hay menos que pueda morir y hundirse hasta el fondo, lo que resulta en una disminución en el secuestro de carbono. La bomba biológica no está funcionando actualmente con la eficiencia que podría en teoría.

Para rastrear la eficiencia de la bomba biológica en el lapso de los últimos 40, 000 años, Adkins y sus colegas recolectaron más de 10, 000 fósiles del coral Desmophyllum dianthus.

¿Por qué coral? Dos razones:primero, a medida que crece, el coral acrecienta un esqueleto a su alrededor, precipitando carbonato de calcio (CaCO3) y otros oligoelementos (incluido el nitrógeno) fuera del agua que lo rodea. Ese proceso crea un registro rocoso de la química del océano. Segundo, el coral se puede fechar con precisión utilizando una combinación de datación por radiocarbono y uranio.

"Encontrar algunos corales fósiles de unos centímetros de altura 2, 000 metros de profundidad en el océano no es una tarea trivial, "dice Adkins, Profesor de la Familia Smits de Geoquímica y Ciencias Ambientales Globales en Caltech.

Adkins y sus colegas recolectaron coral de la brecha relativamente estrecha (500 millas) conocida como el Pasaje Drake entre América del Sur y la Antártida (entre otros lugares). Debido a que el Océano Austral fluye alrededor de la Antártida, todas sus aguas se canalizan a través de esa brecha, lo que hace que las muestras que Adkins recogió sean un registro sólido del agua en todo el Océano Austral.

Wang analizó las proporciones de dos isótopos de átomos de nitrógeno en estos corales:nitrógeno-14 (14N, la variedad más común del átomo, con siete protones y siete neutrones en su núcleo) y nitrógeno-15 (15N, que tiene un neutrón extra). Cuando el fitoplancton consume nitrógeno, prefieren 14N a 15N. Como resultado, existe una correlación entre la proporción de isótopos de nitrógeno en la materia orgánica que se hunde (que luego comen los corales cuando cae al lecho marino) y la cantidad de nitrógeno que se consume en la superficie del océano, y por extensión, la eficiencia de la bomba biológica.

Una cantidad mayor de 15N en los fósiles indica que la bomba biológica estaba funcionando de manera más eficiente en ese momento. Una analogía sería monitorear lo que come una persona en su hogar. Si están comiendo más de los alimentos que menos les gustan, entonces se podría suponer que la cantidad de comida en su despensa se está agotando.

En efecto, Wang descubrió que estaban presentes cantidades más altas de 15N en los fósiles correspondientes a la última edad de hielo, lo que indica que la bomba biológica estaba funcionando de manera más eficiente durante ese tiempo. Como tal, la evidencia sugiere que los climas más fríos permiten que crezca más biomasa en la superficie del Océano Austral, probablemente porque los climas más fríos experimentan vientos más fuertes, que puede soplar más hierro en el Océano Austral desde los continentes. Que la biomasa consume carbono, luego muere y se hunde, encerrándolo lejos de la atmósfera.

Adkins y sus colegas planean continuar investigando la biblioteca de corales para obtener más detalles sobre los ciclos de cambios de la química oceánica durante los últimos cientos de miles de años.

El estudio se titula "Evidencia de corales de aguas profundas de concentraciones más bajas de nitratos en la superficie del Océano Austral durante la última edad de hielo".