Diatomeas como esta, plantas microscópicas con cáscaras de sílice, atraparon trazas de nitrógeno en sus caparazones a medida que crecían. Los investigadores del Laboratorio Sigman de la Universidad de Princeton pudieron extraer esa minúscula cantidad de nitrógeno de innumerables diatomeas fósiles y crear un modelo para la actividad del Océano Austral durante el Holoceno. un período que comenzó alrededor de las 11, Hace 000 años. Esta diatomea céntrica, fotografiado a través de un microscopio, mide alrededor de 70 micrones de ancho y vivió en el Océano Índico Austral durante el Holoceno. Crédito:Anja Studer, Instituto Max Planck de Química
Los océanos son el depósito más importante del planeta para el dióxido de carbono atmosférico en escalas de tiempo de décadas a milenios. Pero el proceso de encerrar los gases de efecto invernadero se ve debilitado por la actividad del Océano Austral, por lo que un aumento en su actividad podría explicar la misteriosa calidez de los últimos 11, 000 años, informes de un equipo internacional de investigadores.
El calor de ese período se estabilizó mediante un aumento gradual de los niveles mundiales de dióxido de carbono, por lo que comprender la razón de ese aumento es de gran interés, dijo Daniel Sigman, el Profesor Dusenbury de Ciencias Geológicas y Geofísicas en Princeton.
Los científicos han propuesto varias hipótesis para que el dióxido de carbono aumente, pero su causa última ha permanecido desconocida. Ahora, una colaboración internacional liderada por científicos de Princeton y el Instituto Max Planck de Química apunta a un aumento en el afloramiento del Océano Austral. Su investigación aparece en el número actual de la revista. Naturaleza Geociencia .
"Creemos que hemos encontrado la respuesta, ", dijo Sigman." El aumento de la circulación en el Océano Austral permitió que el dióxido de carbono se filtrara a la atmósfera, trabajando para calentar el planeta ".
Sus hallazgos sobre los cambios oceánicos también podrían tener implicaciones para predecir cómo el calentamiento global afectará la circulación oceánica y cuánto aumentará el dióxido de carbono atmosférico debido a la quema de combustibles fósiles.
Durante años, Los investigadores han sabido que el crecimiento y el hundimiento del fitoplancton bombea dióxido de carbono a las profundidades del océano, un proceso que a menudo se denomina "bomba biológica". La bomba biológica es impulsada principalmente por el océano de baja latitud, pero se deshace más cerca de los polos, donde el dióxido de carbono vuelve a la atmósfera por la rápida exposición de aguas profundas a la superficie, Dijo Sigman. El peor delincuente es el Océano Austral, que rodea la Antártida. "A menudo nos referimos al Océano Austral como una fuga en la bomba biológica, "Dijo Sigman.
Sigman y sus colegas han descubierto que un aumento en el afloramiento del Océano Austral podría ser responsable de estabilizar el clima del Holoceno. el período llega a más de 10, 000 años antes de la Revolución Industrial.
Los investigadores del Laboratorio Sigman de la Universidad de Princeton extrajeron trazas de nitrógeno de los fósiles para crear un modelo de la actividad del Océano Austral durante el Holoceno. un período cálido que comenzó alrededor de las 11, 000 años atrás, durante el cual florecieron la agricultura y la civilización humana. Los fósiles que estudiaron incluyeron (desde la izquierda):foraminífero planctónico Globigerina bulloides, una diatomea céntrica, y el coral de aguas profundas Desmophyllum dianthus. Crédito:Desde la izquierda:Ralf Schiebel, Instituto Max Planck de Química; Anja Studer, Instituto Max Planck de Química; Dann Blackwood, Encuesta geológica de los Estados Unidos
La mayoría de los científicos están de acuerdo en que la calidez del Holoceno fue fundamental para el desarrollo de la civilización humana. El Holoceno fue un "período interglacial, "uno de los raros intervalos de clima cálido que se han producido durante los ciclos de la edad de hielo del último millón de años. El retroceso de los glaciares abrió un paisaje más expansivo para los humanos, y las mayores concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera hicieron que la agricultura fuera más productiva, lo que permitió a las personas reducir sus actividades de recolección de cazadores y construir asentamientos permanentes.
El Holoceno se diferenció de otros períodos interglaciares en varias formas clave, dicen los investigadores. Para uno, su clima era inusualmente estable, sin la tendencia de enfriamiento importante que es típica de los otros interglaciales. En segundo lugar, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere rose about 20 parts per million (ppm), from 260 ppm in the early Holocene to 280 ppm in the late Holocene, whereas carbon dioxide was typically stable or declined over other interglacial periods.
Para comparacion, since the beginning of industrialization until now, the carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased from 280 to more than 400 ppm as a consequence of burning fossil fuels.
"En este contexto, the 20 ppm increase observed during the Holocene may seem small, " said Sigman. "However, scientists think that this small but significant rise played a key role in preventing progressive cooling over the Holocene, which may have facilitated the development of complex human civilizations."
In order to study the potential causes of the Holocene carbon dioxide rise, the researchers investigated three types of fossils from several different areas of the Southern Ocean:diatoms and foraminifers, both shelled microorganisms found in the oceans, and deep-sea corals.
From the nitrogen isotope ratios of the trace organic matter trapped in the mineral walls of these fossils, the scientists were able to reconstruct the evolution of nutrient concentrations in Southern Ocean surface waters over the past 10, 000 años.
"The method we used to analyze the fossils is unique and provides a new way to study past changes in ocean conditions, " says Anja Studer, primer autor del estudio, who performed the research while a graduate student working with Sigman's lab.
The fossil-bound nitrogen isotope measurements indicate that during the Holocene, increasing amounts of water, rich in nutrients and carbon dioxide, welled up from the deep ocean to the surface of the Southern Ocean. While the cause for the increased upwelling is not yet clear, the most likely process appears to be a change in the "Roaring 40s, " a belt of eastward-blowing winds that encircle Antarctica.
Because of the enhanced Southern Ocean upwelling, the biological pump weakened over the Holocene, allowing more carbon dioxide to leak from the deep ocean into the atmosphere and thus possibly explaining the 20 ppm rise in atmospheric carbon dioxide.
"This process is allowing some of that deeply stored carbon dioxide to invade back to the atmosphere, " said Sigman. "We're essentially punching holes in the membrane of the biological pump."
The increase in atmospheric carbon dioxide levels over the Holocene worked to counter the tendency for gradual cooling that dominated most previous interglacials. Por lo tanto, the new results suggest that the ocean may have been responsible for the "special stability" of the Holocene climate.
The same processes are at work today:The absorption of carbon by the ocean is slowing the rise in atmospheric carbon dioxide produced by fossil fuel burning, and the upwelling of the Southern Ocean is still allowing some of that carbon dioxide to vent back into the atmosphere.
"If the findings from the Holocene can be used to predict how Southern Ocean upwelling will change in the future, it will improve our ability to forecast changes in atmospheric carbon dioxide and thus in global climate, " said Sigman.
