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

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

Ahora Daniel Rothman, profesor de geofísica en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias y codirector del Centro Lorenz del MIT, ha analizado cambios significativos en el ciclo del carbono durante los últimos 540 millones de años, incluidos los cinco eventos de extinción masiva. Ha identificado "umbrales de catástrofe" en el ciclo del carbono que, si se excede, conduciría a un entorno inestable, y ultimamente, extinción masiva.

En un artículo publicado en Avances de la ciencia , Él propone que la extinción masiva ocurre si se cruza uno de dos umbrales:Para cambios en el ciclo del carbono que ocurren en escalas de tiempo largas, las extinciones seguirán si esos cambios ocurren a un ritmo más rápido de lo que los ecosistemas globales pueden adaptarse. Para las perturbaciones de carbono que tienen lugar en escalas de tiempo más cortas, el ritmo de los cambios del ciclo del carbono no importará; en lugar de, el tamaño o la magnitud del cambio determinará la probabilidad de un evento de extinción.

Llevando este razonamiento hacia adelante en el tiempo, Rothman predice que, Dado el reciente aumento de las emisiones de dióxido de carbono en un período de tiempo relativamente corto, una sexta extinción dependerá de si se agrega una cantidad crítica de carbono a los océanos. Esa cantidad, él calcula, son aproximadamente 310 gigatoneladas, que estima que es 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 pronto se producirá una extinción masiva a principios de siglo? Rothman dice que tomaría algo de tiempo, alrededor de 10, 000 años, para que se produzcan estos desastres ecológicos. Sin embargo, él dice que para el 2100 el mundo puede haber caído en "territorio desconocido".

"Esto no significa que el desastre ocurra al día siguiente, "Dice Rothman." Está diciendo eso, si no se marca, el ciclo del carbono pasaría a un ámbito 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 masiva ".

La historia sigue a la teoría

Rothman había trabajado previamente en la extinción del final del Pérmico, la extinción más severa en la historia de la Tierra, en el que un pulso masivo de carbono a través del sistema de la Tierra estuvo involucrado en la eliminación de más del 95 por ciento de las especies marinas en todo el mundo. Desde entonces, conversaciones con colegas lo impulsaron a considerar la probabilidad de una sexta extinción, planteando una pregunta esencial:

"¿Cómo se pueden comparar estos grandes eventos del pasado geológico, que ocurren en escalas de tiempo tan amplias, a lo que está pasando hoy, ¿Cuál es, como mucho, siglos? ", dice Rothman." Así que me senté un día de verano y traté de pensar en cómo se podría hacer esto de forma sistemática ".

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

Rothman luego preguntó si la historia seguía su hipótesis. Al buscar en cientos de artículos de geoquímica publicados, identificó 31 eventos en los últimos 542 millones de años en los que ocurrió un cambio significativo en el ciclo del carbono de la Tierra. Para cada evento, incluidas las cinco extinciones masivas, Rothman notó el cambio en el carbono, expresado en el registro geoquímico como un cambio en la abundancia relativa de dos isótopos, carbono-12 y carbono-13. También señaló el período de tiempo durante el cual se produjeron los cambios.

Luego ideó una transformación matemática para convertir estas cantidades en la masa total de carbono que se agregó a los océanos durante cada evento. Finalmente, trazó tanto la masa como 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, observó un umbral común por debajo del cual la mayoría de los 31 eventos parecían permanecer. Si bien estos eventos involucraron cambios significativos en el carbono, eran relativamente benignos, no lo suficiente como para desestabilizar el sistema hacia la catástrofe. A diferencia de, cuatro de los cinco eventos de extinción masiva se encuentran por encima del umbral, siendo la extinción más severa al final del Pérmico la más lejana de la línea.

"Luego se convirtió en una cuestión de averiguar qué significaba, "Dice Rothman.

Una fuga oculta

Tras un análisis más detallado, Rothman descubrió que la tasa crítica de catástrofes está relacionada con un proceso oculto dentro del ciclo natural del 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, tiempo extraordinario, está enterrado como sedimento y secuestrado del resto del ciclo del carbono.

Rothman descubrió que la tasa crítica era equivalente a la tasa de producción excesiva de dióxido de carbono que resultaría de taponar la fuga. El circuito en sí no podría describir cualquier dióxido de carbono adicional inyectado en el ciclo. En cambio, uno o más de otros procesos habrían llevado el ciclo del carbono a un territorio inestable.

Luego determinó que la tasa crítica se aplica solo más allá de la escala de tiempo en la que el ciclo del carbono marino puede restablecer su equilibrio después de que se perturba. Hoy dia, esta escala de tiempo es de aproximadamente 10, 000 años. Para eventos mucho más cortos, el umbral crítico ya no está ligado a la velocidad a la que se agrega carbono a los océanos, sino a la masa total de carbono. Ambos escenarios dejarían un exceso de carbono circulando por los océanos y la atmósfera, probablemente provocando 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 la masa crítica de carbono para la actualidad en unas 310 gigatoneladas.

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

El mejor escenario proyecta que los humanos agregarán 300 gigatoneladas de carbono a los océanos para 2100, mientras que se agregarán más de 500 gigatoneladas en el peor de los casos, superando con creces el umbral crítico. En todos los escenarios, Rothman muestra que para el 2100, el ciclo del carbono estará cerca o mucho más allá del umbral de catástrofe.

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