Investigadores de la Universidad de Berna analizaron un núcleo de sedimento de 169 metros de largo recolectado en el fondo del Océano Austral por el buque de investigación JOIDES Resolution, en conjunto con el Proyecto Internacional de Perforación Oceánica (IODP). Crédito:IODP
Durante el último millón de años las edades de hielo se han intensificado y alargado. Según un estudio dirigido por la Universidad de Berna, esta transición climática previamente inexplicable coincide con una disminución de la mezcla entre aguas profundas y superficiales en el Océano Austral. El estudio confirma que la región antártica juega un papel crucial durante los períodos de cambio climático.
Un análisis de los sedimentos marinos recogidos a una profundidad de más de 2 km acaba de proporcionar una respuesta a uno de los enigmas de la historia climática de la Tierra:la transición del Pleistoceno medio, que comenzó hace alrededor de un millón de años. Después de eso, edades de hielo alargadas e intensificadas, y la frecuencia de sus ciclos aumentó de 40, 000 años a 100, 000 años. El estudio, que apareció en la revista Ciencias , muestra que una de las claves de este fenómeno radica en las aguas profundas del Océano Austral que rodean la Antártida.
Las aguas del océano contienen 60 veces más carbono que la atmósfera. Como consecuencia, pequeñas variaciones en el dióxido de carbono (CO 2 ) La concentración de las aguas juega un papel importante en las transiciones climáticas. Dirigido por Samuel Jaccard, Profesor SNSF en la Universidad de Berna, el nuevo estudio trazó la evolución de la mezcla entre aguas profundas y superficiales en el Océano Austral. La mezcla es un factor importante en el sistema climático global, porque trae CO oceánico 2 a la superficie, donde se escapa a la atmósfera.
Los hallazgos muestran que la mezcla se redujo significativamente al final de la transición del Pleistoceno medio, alrededor de 600, Hace 000 años. Es más, explican cómo la mezcla reducida disminuyó la cantidad de CO 2 liberado por el océano, lo que a su vez redujo el efecto invernadero e intensificó las glaciaciones. Por lo tanto, el estudio arroja luz sobre los mecanismos de retroalimentación capaces de desacelerar o acelerar significativamente el cambio climático en curso.
"La dinámica del sistema climático global es muy compleja", dice Samuel Jaccard. "Concentraciones de gases de efecto invernadero atmosféricos, especialmente CO 2 , Juega un papel importante. Obviamente, están vinculados a las emisiones debidas a las actividades humanas, pero también a los fenómenos naturales y especialmente a la desgasificación del dióxido de carbono contenido en los océanos. La mezcla juega un papel muy importante en este caso, porque trae el CO disuelto 2 desde las aguas profundas hasta la superficie, desde donde se transfiere a la atmósfera y contribuye al efecto invernadero. Una mejor comprensión de estos fenómenos es fundamental, porque también son un factor en el calentamiento global actual ".
Consecuencias para el calentamiento global
Los investigadores determinaron la diferencia de salinidad y temperatura entre la superficie y las aguas profundas, porque estos dos factores determinan la intensidad de la mezcla, entre otras cosas. Los hallazgos muestran que dos procesos opuestos se han intensificado durante la transición climática a edades de hielo más largas:las aguas superficiales se volvieron simultáneamente más frías y menos saladas.
Análisis químico de estas conchas (que se encuentran en sedimentos marinos debajo del suelo del Océano Austral, y visto aquí bajo un microscopio electrónico) permitió a los investigadores rastrear la evolución de la mezcla de agua, un fenómeno crucial en las transiciones climáticas. Estos foraminíferos viven en el fondo del océano, o en las aguas superficiales (foto). Crédito:Adam Hasenfratz / Universidad de Berna
Como resultado, la mezcla de capas disminuyó considerablemente durante las edades de hielo. Reduciendo la cantidad de CO 2 liberado por los océanos a la atmósfera, este fenómeno ayudó a disminuir el efecto invernadero y prolongar un clima frío, marcando así el comienzo de un período de "enfriamiento global", dice Jaccard. "Este es un ejemplo típico de un ciclo de retroalimentación:la mezcla disminuye, y la precipitación y el deshielo de los glaciares se acumulan en la superficie del océano y permanecen allí por más tiempo; que a su vez disminuye la salinidad y la densidad en la superficie del agua, reforzando la atenuación del proceso de mezcla ".
Estos resultados son relevantes para la situación actual, dice Jaccard:"En las últimas décadas hemos observado vientos del oeste más intensos a medida que el clima se calienta, que promueve la mezcla y por lo tanto la liberación de CO oceánico 2 en la atmósfera. Pero esta tendencia podría compensarse con otros efectos:por ejemplo, un clima más cálido podría aumentar las precipitaciones y el derretimiento de los glaciares, agregando así agua dulce a la superficie. Todavía no podemos predecir lo que sucederá; necesitamos simulaciones climáticas para comprender mejor cómo evolucionará la dinámica de circulación del Océano Austral en el futuro ".
Llegando al meollo de la cuestión
La reconstrucción histórica de la mezcla oceánica se realizó utilizando un núcleo de sedimentos de 169 metros de largo, tomado de debajo del fondo del océano a una profundidad de 2800 metros, a unos 2500 km de la costa de Sudáfrica. El núcleo se extrajo durante la década de 1990 como parte del Proyecto Internacional de Perforación Oceánica (IODP) y se almacenó desde entonces en Alemania. El equipo tuvo acceso al núcleo a través de la participación activa de Suiza en el IODP, que ha sido apoyado por la Swiss National Science Foundation.
Durante su Ph.D. en ETH Zurich, Adam Hasenfratz cortó el núcleo en miles de rodajas de un centímetro de grosor, cada uno correspondiente a aproximadamente un siglo de depósitos. De cada rebanada, aisló y analizó conchas de foraminíferos, protozoos con un esqueleto de calcita. La composición química de las conchas depende de las condiciones marinas durante la formación de las conchas, en particular la salinidad y la temperatura del agua.
"En primer lugar, todos los expertos nos dijeron que nuestro proyecto estaba condenado porque el número de foraminíferos sería demasiado pequeño para realizar los análisis químico-físicos necesarios ", dice Samuel Jaccard. "Pero Adam logró desarrollar nuevas técnicas que le permitieron analizar cantidades muy pequeñas de material. Esto nos permitió rastrear la evolución de la salinidad y la temperatura del agua". Hasenfratz identificó dos especies que viven en el fondo del océano (Melonis pompilioides) o en la superficie del océano (Neogloboquadrina pachyderma). Eso le permitió obtener información sobre la temperatura y la salinidad de las aguas profundas y superficiales durante un período de más de un millón de años.
Como sucede, la proporción de magnesio a calcio presente en la cáscara de un foraminífero depende de la temperatura del agua a medida que se forma la cáscara. Ese dato permite deducir la salinidad del agua en función de la proporción de dos isótopos de oxígeno (O16 y O18) presentes en la calcita (CaCO 3 ) cascarón, que refleja tanto la temperatura como la salinidad del agua. Debido a que el agua de mar que contiene el isótopo ligero O16 se evapora más fácilmente, la proporción de isótopos de oxígeno proporciona una indicación de la velocidad de evaporación y, en consecuencia, la salinidad y la temperatura del agua.
El análisis muestra que las aguas superficiales se enfriaron en el transcurso de los últimos millones de años, especialmente durante las edades de hielo. Esto redujo la diferencia de temperatura entre la superficie y el frío, aguas profundas, que en principio debería haber intensificado la mezcla. Pero esta tendencia se revirtió por la marcada disminución de la salinidad de las aguas superficiales, que se volvió menos denso y por lo tanto menos susceptible de mezclarse con las capas profundas. El estudio muestra que la mezcla de las aguas disminuyó significativamente, lo que permitió que las aguas profundas secuestraran más CO disuelto 2 , con importantes consecuencias para la evolución climática.
