Se considera que las fluctuaciones en los parámetros orbitales de la Tierra son el desencadenante de fluctuaciones climáticas a largo plazo, como las edades de hielo. Esto incluye la variación del ángulo de inclinación del eje de la Tierra con un ciclo de aproximadamente 40, 000 años. Los científicos marinos con sede en Kiel dirigidos por el Centro GEOMAR Helmholtz de Investigación Oceánica de Kiel han demostrado mediante el uso de un nuevo modelo que las interacciones biogeoquímicas entre el océano y la atmósfera también podrían ser responsables de las fluctuaciones climáticas en esta escala de tiempo.

La historia climática de la tierra está marcada por cambios periódicos que generalmente se atribuyen a la radiación solar que llega a la superficie de la tierra. Esta insolación no es constante durante el tiempo geológico, sino que está modulada por cambios cíclicos en los parámetros orbitales de la Tierra. Uno de los parámetros clave que afectan a la insolación es la inclinación del eje de rotación de la Tierra (oblicuidad) que cambia periódicamente con el tiempo con una duración de ciclo de aproximadamente 40 000 años. Las firmas químicas e isotópicas de los sedimentos que se depositaron durante el Cretácico y otros períodos de la historia de la Tierra documentan cambios regulares en la temperatura y el ciclo del carbono en esta escala de tiempo. Se cree que los ciclos de 40 kyr observados en los archivos climáticos geológicos son el resultado de cambios de insolación provocados por la oblicuidad que afectan la temperatura de la superficie. la circulación del océano y la atmósfera, el ciclo hidrológico, la biosfera, y finalmente el ciclo del carbono. Uno de los problemas con esta teoría estándar es que los cambios en la insolación global son muy pequeños y tienen que ser amplificados por mecanismos de retroalimentación positiva mal entendidos para afectar el clima global.

Un grupo de científicos de Kiel, Alemania propone una perspectiva muy diferente que surge de un nuevo modelo numérico de la biosfera marina. Simula la renovación de la biomasa de plancton en el océano y resuelve las reacciones de oxidación y reducción microbianas asociadas controlando las existencias de oxígeno disuelto. sulfuro, nutrientes y plancton en el océano. En sus experimentos con modelos, los científicos encontraron sorprendentemente un ciclo climático autosostenido de 40 kyr utilizando el modelo biogeoquímico integrado en un modelo de circulación del Océano Cretácico sin aplicar forzamiento de oblicuidad.

"En nuestro modelo, el ciclo del carbono está controlado en gran medida por el plancton que vive en la superficie del océano, "explica el Prof. Dr. Klaus Wallmann de GEOMAR, autor principal del estudio que se publicó recientemente en Naturaleza Geociencia . El plancton consume CO atmosférico ₂ a través de la fotosíntesis y por microorganismos que degradan la biomasa de plancton y liberan CO ₂ de vuelta a la atmósfera. Dado que CO ₂ es un potente gas de efecto invernadero, el CO biológico ₂ la rotación afecta las temperaturas de la superficie y el clima global. El crecimiento del plancton está controlado por nutrientes que participan en una serie de reacciones de oxidación y reducción microbianas.

"Hemos integrado este nuevo modelo biogeoquímico en un modelo de circulación del océano Cretácico, y crea un ciclo climático autosostenido de 40 años sin aplicar forzamiento de oblicuidad, "dice el Dr. Sascha Flögel, coautor de GEOMAR. "Desde nuestra perspectiva, el ciclo es inducido por una red de retroalimentaciones positivas y negativas que tienen sus raíces en la renovación del nitrógeno dependiente del oxígeno, fósforo, hierro y azufre en el océano. Los datos químicos e isotópicos registrados en los sedimentos depositados en el océano Cretácico muestran cambios periódicos que son consistentes con los resultados del modelo, "Flögel continúa

En esta nueva visión del cambio climático, la relación entre causas y efectos es radicalmente diferente de la teoría orbital estándar. La biosfera marina, más que la insolación, está marcando el ritmo y la amplitud al controlar la presión parcial de CO ₂ en la atmósfera. "Nuestra nueva teoría está respaldada por observaciones y es coherente con nuestra comprensión de los ciclos biogeoquímicos en el océano, "según el Prof. Wallmann.

"Sin embargo, la oblicuidad y otros parámetros orbitales también pueden afectar el cambio climático global cuando sus delicados efectos sobre la insolación se amplifican mediante mecanismos de retroalimentación positiva. Por lo tanto, el cambio climático periódico documentado en el registro geológico puede reflejar tanto el aliento de la biosfera como la respuesta del sistema terrestre al forzamiento orbital externo y la insolación, "resume el Prof. Dr. Wolfgang Kuhnt de la Universidad de Kiel que participó en este estudio.