Las hojas fósiles de plantas prehistóricas recolectadas de las tierras altas etíopes de Chilga y Mush River Valley les dicen a los científicos cuánto dióxido de carbono estaba presente en la atmósfera hace millones de años. Crédito:SMU
Las hojas fósiles de África han resuelto un rompecabezas climático prehistórico y también confirman el vínculo entre el dióxido de carbono en la atmósfera y el calentamiento global.
La investigación hasta ahora ha producido una variedad de resultados y datos contradictorios que han puesto en duda el vínculo entre los altos niveles de dióxido de carbono y el cambio climático durante un intervalo de tiempo hace unos 22 millones de años.
Pero un nuevo estudio ha encontrado que el vínculo existe de hecho para ese período de tiempo prehistórico, dicen los investigadores de la Universidad Metodista del Sur, Dallas.
El hallazgo ayudará a los científicos a comprender cómo los aumentos recientes y futuros en la concentración de dióxido de carbono atmosférico pueden afectar el futuro de nuestro planeta. dicen los investigadores de SMU.
El descubrimiento proviene de nuevos análisis bioquímicos de hojas fósiles de plantas que crecieron en la Tierra hace 27 millones de años y hace 22 millones de años.
Los nuevos análisis confirman la investigación sobre el clima moderno, que las temperaturas globales suben y bajan con aumentos y disminuciones en el dióxido de carbono en nuestra atmósfera, pero en este caso incluso en tiempos prehistóricos, según el equipo de investigación internacional liderado por SMU.
El dióxido de carbono es un gas que normalmente está presente en la atmósfera de la Tierra, incluso hace millones de años. Se le conoce como gas de efecto invernadero porque mayores concentraciones hacen que aumente la temperatura general de la atmósfera de la Tierra. como sucede en un invernadero con mucha luz solar.
Recientemente, los aumentos de gases de efecto invernadero han provocado el calentamiento global, que está derritiendo glaciares, provocando una variabilidad climática extrema y provocando un aumento del nivel del mar.
El nuevo descubrimiento de SMU de que el dióxido de carbono se comportó de la misma manera hace millones de años que lo hace hoy tiene implicaciones significativas para el futuro. El hallazgo sugiere que la combinación del dióxido de carbono y el calentamiento global que se ve hoy en día también es válida para el futuro si los niveles de dióxido de carbono continúan aumentando como lo han hecho. dijo el geólogo Tekie Tesfamichael, científico principal de la investigación.
"Cuanto más entendemos acerca de la relación entre las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico y la temperatura global en el pasado, cuanto más podamos planificar los cambios futuros, "dijo Tesfamichael, un becario postdoctoral de SMU en Ciencias de la Tierra.
"El trabajo anterior informó una variedad de resultados y datos contradictorios sobre las concentraciones de dióxido de carbono en los dos intervalos de tiempo que estudiamos, ", dijo." Pero un control más estricto sobre la edad de nuestros fósiles nos ayudó a determinar si la concentración de dióxido de carbono atmosférico se correspondía o no con el calentamiento, que está bien documentado de forma independiente en estudios geoquímicos de fósiles marinos en sedimentos oceánicos ".
Los investigadores informaron sus hallazgos en Geología , la revista científica de la Sociedad Geológica de América, en el artículo "Resolver el problema del 'desacoplamiento' entre el dióxido de carbono atmosférico y la temperatura global:[CO 2 ] reconstrucciones atm a través de la cálida división Paleógeno-Neógeno ".
Los coautores del Departamento de Ciencias de la Tierra Roy M. Huffington de SMU son los profesores Bonnie Jacobs, experto en paleobotánica y paleoclima, y Neil Tabor, experto en sedimentología y geoquímica sedimentaria.
Otros coautores son Lauren Michel, Universidad Tecnológica de Tennessee; Ellen Currano, Universidad de Wyoming; Mulugeta Feseha, Universidad de Addis Abeba; Richard Barclay, Institución Smithsonian; John Kappelman, Universidad de Texas; y Mark Schmitz, Universidad Estatal de Boise.
Los investigadores midieron y contaron los poros de las hojas y las células epidérmicas en hojas fósiles bien conservadas de las tierras altas de Etiopía para determinar la concentración de dióxido de carbono presente en la atmósfera de la Tierra hace 22 y 27 millones de años. Crédito:SMU
Descubrimiento de raras, las hojas fósiles bien conservadas permiten encontrar
Los hallazgos fueron posibles gracias al raro descubrimiento de dos sitios con hojas fósiles de plantas con flores extraordinariamente bien conservadas de las tierras altas de Etiopía en África oriental.
Hojas fósiles tan bien conservadas son una rareza, Tesfamichael dijo.
"Fue muy afortunado encontrar dos sitios con una gran preservación en la misma región geográfica en dos intervalos de tiempo importantes, ya que esto nos permitió abordar la pregunta que teníamos sobre la relación entre la concentración de dióxido de carbono atmosférico y las temperaturas globales, " él dijo.
Los científicos saben que las variaciones en la concentración de dióxido de carbono atmosférico afectan la fijación de carbono en las hojas durante la fotosíntesis. Esto hace que las hojas desarrollen cambios anatómicos y fisiológicos, como la frecuencia y el tamaño de los estomas, los poros de la superficie de una hoja a través de los cuales pasa el carbono.
Los científicos pueden medir esos atributos, entre otros, en hojas fósiles, de modo que los fósiles de hojas se pueden utilizar como sustitutos de la historia del dióxido de carbono atmosférico de la Tierra.
Los sitios que producen las hojas para el estudio SMU se descubrieron por separado en años anteriores, pero las principales colecciones de fósiles se produjeron a través del trabajo de campo coordinado por el equipo de investigación de SMU y sus coautores, que colaboran en este proyecto desde hace varios años.
El trabajo ha contado con financiación de la National Science Foundation, El Comité Geográfico Nacional de Investigación y Exploración, el programa de becas SMU Ford, Consejo de Investigación de SMU, el Instituto para el Estudio de la Tierra y el Hombre, y la Beca Frank Crane de la Sociedad Paleontológica de Dallas.
Los fósiles se encuentran permanentemente en las colecciones del Museo Nacional de Etiopía en Addis Abeba. El apoyo institucional y gubernamental provino del Museo Nacional de Etiopía, la Autoridad de Investigación y Conservación del Patrimonio Cultural, y la Universidad de Addis Abeba.
Estudios previos establecieron firmemente una diferencia de temperatura
Uno de los sitios data de finales del Oligoceno, y el otro al Mioceno temprano.
Estudios previos que midieron las temperaturas de los océanos de todo el mundo para los dos intervalos han establecido firmemente una diferencia de temperatura en la Tierra entre los dos tiempos. con uno mucho más cálido que el otro. Entonces, el estudio de SMU buscó medir los niveles de dióxido de carbono para los dos períodos de tiempo.
Para los análisis SMU, Se recolectaron hojas fósiles de una sola especie en el sitio del Oligoceno tardío de 27 millones de años. Las hojas habían sido depositadas durante tiempos prehistóricos en el área de Chilga en el noroeste de Etiopía, muy probablemente en la orilla de un río. El clima de la Tierra durante el Oligoceno tardío puede haber sido algo más cálido que en la actualidad, aunque se estaban formando glaciares en la Antártida. El estudio de SMU encontró niveles de dióxido de carbono, de media, alrededor de 390 partes por millón, sobre lo que hay en la Tierra hoy.
Las hojas fósiles de las especies de 22 millones de años del Mioceno temprano se recolectaron de depósitos de antiguos lagos, ahora una roca llamada pizarra, del actual valle Mush en el centro de Etiopía. El clima del Mioceno temprano en ese momento era más cálido que el del Oligoceno tardío y, del mismo modo, el estudio de SMU encontró niveles más altos de dióxido de carbono. El dióxido de carbono atmosférico era de aproximadamente 870 partes por millón, el doble de lo que hay en la Tierra hoy.
Las variaciones en la concentración de dióxido de carbono atmosférico afectan la fijación de carbono durante la fotosíntesis y se pueden medir en una hoja fósil preservada como esta de Etiopía. Crédito:SMU
El estudio SMU confirmó una relación entre el dióxido de carbono y la temperatura durante el Oligoceno tardío y el Mioceno temprano.
Los datos del paleoclima pueden ayudar a predecir el clima futuro de nuestro planeta
Si bien el dióxido de carbono no es el único factor que afecta el clima de la Tierra o la temperatura media global, es ampliamente considerado por los científicos entre los más importantes. Se sabe mucho sobre el cambio climático y el calentamiento global, pero aún quedan preguntas.
"Uno de ellos es '¿Cuál es la sensibilidad de la temperatura de la Tierra a la concentración de dióxido de carbono? ¿Es muy sensible? ¿No es tan sensible?' La estimación de la temperatura y las concentraciones de dióxido de carbono de épocas pasadas puede ayudar a encontrar la respuesta a esa pregunta, ", Dijo Jacobs." Hay mucho trabajo sobre el paleoclima en general, pero no tanto en la relación entre el dióxido de carbono y la temperatura ".
El hallazgo es importante.
"La cantidad de cambio de temperatura durante este intervalo está aproximadamente dentro del rango del cambio de temperatura que se estima a partir de los modelos climáticos para nuestro próximo siglo dada una duplicación de la concentración de dióxido de carbono desde la revolución industrial, "Dijo Jacobs.
Con el nuevo modelo reafirmando la relación prehistórica, los científicos pueden ahora mirar preguntas relacionadas, dijo la científica del cambio climático Lauren Michel, quien trabajó en el estudio como investigadora postdoctoral en SMU.
"Respondiendo preguntas sobre la tasa de cambio y qué factores cambiaron primero, por ejemplo, En última instancia, dará una imagen más clara de los patrones de cambio climático de la Tierra, "Dijo Michel." Creo que es valioso comprender la relación de los gases de efecto invernadero y los factores climáticos representados en el registro de rocas para que podamos tener una mejor idea de lo que podemos esperar en el futuro y cómo podemos prepararnos para eso ".
El estudio de SMU confirma la relación que los métodos anteriores pasaron por alto
Estudios anteriores encontraron poca o ninguna correlación entre la temperatura y el dióxido de carbono para el Oligoceno tardío y el Mioceno temprano. Eso ha desconcertado a los investigadores del paleoclima durante al menos una década.
"Tenemos un buen escenario de prueba con estas plantas bien conservadas de ambas franjas de tiempo, donde conocemos una porción de tiempo, con niveles más altos de dióxido de carbono, era un clima más cálido a nivel mundial que el otro, "Tesfamichael dijo.
"Ha sido un misterio por qué los métodos anteriores no encontraron relación, o una correlación inversa, ", dijo." Creemos que es por falta de un proxy bien fechado, como nuestras hojas fósiles de dos momentos precisos en la misma región, que brindan una respuesta confiable. O, quizás los modelos mismos necesitaban mejoras ".
Los estudios anteriores utilizaron metodologías que diferían del estudio SMU, aunque todos los métodos (proxies) incorporan algunos aspectos de lo que se sabe sobre los organismos vivos y cómo interactúan con el dióxido de carbono atmosférico.
Algunos estudios se basan en modelos bioquímicos de la relación entre los fósiles marinos unicelulares y el dióxido de carbono atmosférico. y otros se basan en la relación entre los estomas y la concentración de dióxido de carbono atmosférico observada en los parientes vivos de determinadas especies de plantas fósiles.
"Cada método tiene sus supuestos, ", dijo Tesfamichael." Veremos si nuestros resultados se mantienen con más estudios de este intervalo de tiempo utilizando la misma metodología que usamos ".
