Los registros isotópicos obtenidos de las cuevas muestran cómo la distribución de las lluvias en Brasil varió durante los cambios climáticos globales que afectaron a Europa en la Edad Media. Crédito:Novello et al. / Revista de investigación geofísica
Un nuevo estudio publicado en Cartas de investigación geofísica muestra que la llamada Pequeña Edad de Hielo, un período que se extiende desde 1500 hasta 1850, durante el cual las temperaturas medias en el hemisferio norte fueron considerablemente más bajas que las actuales, lo que tuvo efectos sobre el clima de América del Sur.
Basado en un análisis de espeleotemas (formaciones de cuevas) en los estados brasileños de Mato Grosso do Sul y Goiás, el estudio reveló que en los siglos XVII y XVIII, el clima del suroeste de Brasil era más húmedo de lo que es ahora, por ejemplo, mientras que el de la región noreste del país fue más seco.
Los mismos registros de cuevas brasileñas mostraron que el clima fue más seco en Brasil entre 900 y 1100 durante un período conocido como la Anomalía Climática Medieval (MCA), cuando el clima del hemisferio norte era más cálido que ahora.
Los autores del estudio son el físico Valdir Felipe Novello y el geólogo Francisco William Cruz, investigadores del Instituto de Geociencias de la Universidad de São Paulo (IGC-USP), en colaboración con colegas en Brasil, Estados Unidos y China. El estudio detectó períodos secos y húmedos en el paleoclima brasileño al analizar los isótopos de oxígeno en las moléculas de carbonato de calcio que se encuentran en los espeleotemas. "En el grupo del profesor Cruz, Viajamos por todo Brasil recolectando muestras de rocas de cuevas. La composición de los isótopos de oxígeno en el carbonato de calcio depositado durante siglos y milenios para formar espeleotemas [estalagmitas y estalactitas] muestra si el clima era más seco o más húmedo en el pasado. "dijo Novelo.
Isótopos de estación seca y húmeda
Los isótopos son variantes de un elemento químico. Si bien todos los isótopos de cualquier elemento tienen el mismo número de protones en cada átomo, diferentes isótopos tienen diferentes números de neutrones. Por ejemplo, oxígeno 16 dieciséis O) tiene ocho protones y ocho neutrones, mientras que el oxígeno 18 ( 18 O) tiene ocho protones y diez neutrones.
"En naturaleza, hay aproximadamente un átomo de oxígeno 18 por cada 1, 000 átomos de oxígeno 16, "Explicó Novello. 18 O es más pesado que dieciséis Oh así que cuando empiece a llover, moléculas de agua con 18 O precipitar primero.
Como resultado, la cantidad de dieciséis O en la nube de lluvia se eleva en relación con la cantidad de 18 Oh que necesariamente disminuye ya que la mayor parte del original 18 O se precipita como lluvia. "Cuando llueve mucho, el perfil de isótopos de la lluvia cambia, "Dijo Novello.
Para determinar cómo se pueden medir los cambios en los regímenes de lluvia pasados, Novello y Cruz analizaron registros de la dieciséis O / 18 Proporción O conservada en carbonato cálcico espeleotemáticos.
Las cuevas se forman durante largos períodos de lluvia en regiones kársticas, un tipo de paisaje formado por rocas carbonáticas como la piedra caliza. El agua de lluvia entra en contacto con el gas de carbono (CO2) disuelto en el aire y el suelo. El resultado de esta reacción química es agua ligeramente ácida, que penetra en el suelo hasta llegar a la roca calcárea subterránea.
La roca calcárea es insoluble en agua con pH neutro pero se disuelve en presencia de agua ácida (que tiene un pH moderadamente bajo). conduciendo a la formación de los vacíos subterráneos naturales que llamamos cuevas.
Los investigadores explicaron que los espeleotemas se forman cuando el agua de lluvia cargada de carbonato de calcio que ha penetrado en el suelo llega al techo de la cueva. El goteo lento y continuo durante miles de años precipita el carbonato de calcio disuelto en cada gota en forma de espeleotemas, como estalactitas suspendidas del techo de la cueva y como estalagmitas que se elevan del suelo.
Cualquier carbonato de calcio que se precipite del techo se deposita en el piso en capas que se acumulan para formar estalagmitas. Los espeleotemas conservan la firma isotópica del oxígeno en la lluvia que cayó en el momento en que se depositó cada capa de carbonato de calcio.
"Entonces, en una región con fuertes lluvias, por ejemplo, tiende a encontrar espeleotemas con secuencias de capas que contienen menos 18 O. Por el contrario, en regiones con clima seco, la pequeña cantidad de lluvia contiene más 18 O.Cuando esta agua penetra en el suelo y disuelve el carbonato de calcio, termina creando espeleotemas con un nivel relativamente alto de 18 O. "
Datación de rocas y análisis de isótopos
Novello recolectó muestras de rocas de dos estalagmitas en la cueva de Jaraguá, cerca de Bonito, Mato Grosso del Sur, y de estalagmitas en la cueva de São Bernardo y la cueva de São Mateus, ubicado en el Parque Estatal Terra Ronca, Goiás.
Se recolectaron dos muestras de dos estalagmitas diferentes en la Cueva Jaraguá. Uno de ellos creció continuamente durante 800 años según la datación de uranio-torio, entre 1190 y 2000, un período que incluyó la LIA. La otra muestra creció continuamente en 442-1451, un período que incluyó la MCA.
En Goiás, Novello recogió una muestra de roca de la cueva de São Bernardo que cubría el período 1123-2010, que incluía el LIA. La cueva de São Mateus arrojó una muestra fechada en el período 264-1201, que incluía el MCA.
El estudio mostró que el 18 El perfil O de las muestras de la cueva de Jaraguá mostró niveles decrecientes de oxígeno en el período 400-1400, sugiriendo un clima moderadamente húmedo en el centro de Brasil durante el período (que incluyó el MCA en el hemisferio norte).
Niveles de 18 O en las muestras de la Cueva de Jaraguá cayeron entre 1400 y 1770, reflejando un aumento de la humedad durante el período (que incluyó el LIA en el hemisferio norte), pero se elevó entre 1770 y 1950, en consonancia con la caída de humedad.
Un análisis similar de las muestras de la cueva São Bernardo y la cueva São Mateus en Goiás no mostró una tendencia clara, pero hubo una serie de largos períodos húmedos, principalmente 680-780 y 1290-1350, con picos en 1050, 1175 y 1490.
Por otra parte, el período húmedo documentado por el registro de la Cueva Jaraguá durante el LIA en 1500-1850 es consistente con las condiciones húmedas favorecidas por el paso de la Zona de Convergencia del Atlántico Sur (SACZ), un gran sistema de nubes con una orientación noroeste-sureste que se extiende desde el sur de la Amazonia hasta el centro del Atlántico Sur en el verano.
"La SACZ es la masa de nubes responsable de los largos períodos de lluvia que ocurren en la región sureste de Brasil. Los isótopos cuentan la historia completa de esta masa húmeda y su movimiento a través del continente, "Dijo Novello.
En un estudio anterior que utilizó registros de isótopos de cuevas en la región noreste de Brasil (en Iraquara, Bahía), Novello había inferido que prevaleció un clima más seco durante la LIA en esa región, que está fuera de la SACZ.
"Los datos de los espeleotemas en Bonito, asociado con datos paleoclimáticos conocidos de Perú, demostrar que durante la LIA, el SACZ se estancó con mayor frecuencia más hacia el suroeste en un área que se extiende desde Perú hasta São Paulo a través de Mato Grosso do Sul, ", dijo." Por otro lado, los datos de las cuevas de Goiás e Iraquara sugieren que la SACZ no llegó a Goiás, Bahía y Nordeste durante la LIA, pero se quedó en el sureste. Como resultado, el noreste se volvió más seco ".
Aunque los registros de las dos cuevas en Goiás (y otras tres cuevas) no mostraron cambios significativos en la proporción promedio de 18 O durante los periodos que incluyeron el MCA y LIA, señalaron una fuerte variabilidad en una escala de tiempo multidecadal a centenaria durante el período de transición de la MCA a la LIA (1100-1500).
Zonas de convergencia
"Hay coherencia entre los cambios climáticos en América del Sur y los datos climáticos del hemisferio norte, "dijo Cruz, investigador principal del proyecto financiado por la FAPESP. "El clima de la Tierra está completamente interconectado. Si hay anomalías en las regiones de latitudes altas, esto se reflejará en los trópicos ".
"Cuando miramos los datos del paleoclima para el período correspondiente a la LIA, vemos mas frio en Sudamerica, pero los patrones de lluvia cambiaron, "Dijo Novello. A partir de esta información, se puede concluir que si el clima se enfría en el hemisferio norte, llueve más en el hemisferio sur. La convergencia de humedad termina moviéndose hacia el sur. En cambio, cuando el clima se calienta en el hemisferio norte, llueve menos en el hemisferio sur.
"En las regiones ecuatoriales, hay un cinturón de nubes llamado Zona de Convergencia Intertropical. Su ubicación corresponde al área donde la superficie del océano es más cálida. Esta región más cálida crea una zona de baja presión a la que converge toda la humedad, y así cae más lluvia ".
Durante la LIA, cuando la diferencia entre el clima más frío en el hemisferio norte y el clima más cálido en el hemisferio sur era mayor, los vientos que convergieron desde el hemisferio norte a la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) transportaron más humedad que ahora. Esta mayor humedad contribuyó a un aumento del volumen de nubes en la ZCIT, que avanzó de este a oeste sobre el ecuador desde el Atlántico hasta el Amazonas, donde empezó a llover torrencialmente. Fue entonces cuando todos los 18 O contenida en las nubes se precipitó.
"El enfriamiento del Atlántico Norte durante el LIA intensificó los vientos alisios del noreste, lo que favoreció el transporte de humedad al Amazonas. Esto es lo contrario de lo que ocurre en los años en que los vientos alisios del noreste son menos intensos:tienden a ser años más secos, "Dijo Cruz.
Una vez que las masas de nubes en la ZCIT lleguen al Amazonas, aportan humedad que es más rica en dieciséis O al SACZ. Los espeleotemas registran la cantidad extra de este isótopo.
Durante el MCA, El clima más cálido del hemisferio norte formó una zona de baja presión a la que convergían vientos húmedos del Atlántico sur. "La ZCIT se trasladó más al norte. Toda Sudamérica se volvió más seca, "Dijo Cruz.
