Monte Sumbing, un volcán de arco en Java Central, en 2016. El levantamiento de roca volcánica en todo el arco de islas del sudeste asiático, comenzando hace 15 millones de años, provocó un enfriamiento global y, finalmente, capas de hielo que cubrieron gran parte de América del Norte y el norte de Europa 18, 000 años atrás, según científicos de UC Berkeley y sus colegas. Crédito:UC Berkeley foto de Yuem Park
La capa de hielo de Groenlandia debe su existencia al crecimiento de un arco de islas en el sudeste asiático, que se extiende desde Sumatra hasta Nueva Guinea, durante los últimos 15 millones de años. afirma un nuevo estudio.
Según un análisis de investigadores de la Universidad de California, Berkeley, UC Santa Barbara y un instituto de investigación en Toulouse, Francia, mientras el continente australiano empujaba estas islas volcánicas fuera del océano, las rocas estuvieron expuestas a la lluvia mezclada con dióxido de carbono, que es ácido. Los minerales dentro de las rocas se disolvieron y se lavaron con el carbono en el océano, consumir suficiente dióxido de carbono para enfriar el planeta y permitir que se formen grandes capas de hielo en América del Norte y el norte de Europa.
"Tienes la corteza continental de Australia arrasando estas islas volcánicas, dándote montañas realmente altas al sur del ecuador, "dijo Nicholas Swanson-Hysell, profesor asociado de ciencia terrestre y planetaria en UC Berkeley y autor principal del estudio. "Entonces, tiene este gran aumento de área de tierra que es bastante empinado, en una región donde es cálida y húmeda y hay muchos tipos de rocas que tienen la capacidad de secuestrar carbono de forma natural ".
Comenzando hace unos 15 millones de años, este edificio de montaña tropical extrajo dióxido de carbono en la atmósfera, disminuyendo la fuerza del efecto invernadero y enfriando el planeta. Hace unos 3 millones de años, La temperatura de la Tierra era lo suficientemente fría como para permitir que la nieve y el hielo permanecieran durante el verano y se convirtieran en enormes capas de hielo en el hemisferio norte. como el que cubre Groenlandia hoy.
Una vez que crecieron las capas de hielo del hemisferio norte, otras dinámicas climáticas llevaron a un ciclo de máximos y mínimos glaciales cada 40, 000 a 100, 000 años. En el máximo glacial más reciente, aproximadamente 15, 000 años atrás, enormes capas de hielo cubrieron la mayor parte de Canadá, las porciones del norte de los EE. UU., así como Escandinavia y gran parte de las Islas Británicas.
"Si no fuera por el secuestro de carbono que está ocurriendo en las islas del sudeste asiático, no hubiéramos terminado con el clima que incluye una capa de hielo de Groenlandia y estos ciclos glaciales e interglaciares, "Swanson-Hysell dijo." No hubiéramos cruzado este CO atmosférico 2 umbral para iniciar las capas de hielo del hemisferio norte ".
El crecimiento y el declive periódicos de las capas de hielo del norte (el ciclo de máximos y mínimos glaciares) probablemente se posponga, debido a las emisiones humanas que han aumentado las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera.
"Un proceso que tomó millones de años lo hemos revertido en 100 años, ", Dijo Swanson-Hysell." Durante las próximas decenas a cientos de miles de años, Los procesos geológicos en lugares como el sudeste asiático volverán a reducir el CO 2 niveles en la atmósfera, un ritmo que es frustrantemente lento cuando la humanidad se enfrenta al impacto del calentamiento global actual ".
Yuem Park, estudiante de doctorado de UC Berkeley, Swanson-Hysell y sus colegas, incluyendo a Francis Macdonald de UC Santa Barbara e Yves Goddéris de Géosciences Environnement Toulouse, publicará sus hallazgos esta semana en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
Cómo se arquean las costas y las áreas de las islas en la isla del sudeste asiático, desde Sumatra a la izquierda hasta Nueva Guinea a la derecha, aumentó en los últimos 15 millones de años a medida que emergían del océano. Un aumento significativo en el área durante los últimos 5 millones de años coincide con el enfriamiento y el inicio de la glaciación del hemisferio norte. Un nuevo análisis indica que el ascenso de estas montañas tropicales provocó una disminución del dióxido de carbono atmosférico que impulsó este enfriamiento. Crédito:Nicholas Swanson-Hysell
La meteorización de las rocas secuestra carbono
Los geólogos han especulado durante mucho tiempo sobre los procesos que periódicamente calientan y enfrían el planeta, ocasionalmente cubriendo todo el globo con hielo y convirtiéndolo en una llamada Tierra bola de nieve.
Una vez que los científicos se dieron cuenta de que, a lo largo de millones de años, Los procesos tectónicos mueven masas de tierra alrededor del planeta como enormes piezas de rompecabezas, buscaron una conexión entre los movimientos continentales y las colisiones y las edades de hielo. Los ciclos de la órbita de la Tierra son responsables de los 40, 000- o 100, Fluctuaciones de temperatura de 000 años que se superponen al calentamiento y enfriamiento a largo plazo.
El ascenso del Himalaya en Asia en las latitudes medias durante los últimos 50 millones de años ha sido un candidato principal para el enfriamiento y el inicio de un clima glacial después de un intervalo geológico prolongado sin capas de hielo. Hace unos pocos años, sin embargo, Swanson-Hysell y Macdonald vieron una correlación entre la formación de montañas en áreas tropicales y el inicio de intervalos de tiempo con edades de hielo durante los últimos 500 millones de años.
En 2017, propusieron que una gran edad de hielo hace 445 millones de años fue provocada por la formación de montañas en los trópicos, y siguieron eso en 2019 con una correlación más completa de los últimos cuatro intervalos de tiempo de clima glacial y colisiones entre continentes y arcos de islas tropicales. Argumentan que la combinación de una mayor exposición de la roca con minerales que pueden secuestrar carbono y una gran cantidad de lluvia tropical cálida es particularmente eficaz para extraer dióxido de carbono de la atmósfera.
El proceso implica la disolución química de las rocas que consumen dióxido de carbono, que luego se bloquea en minerales de carbonato que forman la roca caliza en el océano. El calcio dentro de las conchas marinas que encuentras en la playa puede haber salido de una montaña tropical al otro lado del mundo, Dijo Swanson-Hysell.
"Creamos una nueva base de datos de este tipo de eventos de construcción de montañas y luego reconstruimos la latitud en la que ocurrieron, "Swanson-Hysell dijo." Entonces vimos, Oye, hay mucho enfriamiento cuando se está construyendo una gran cantidad de este tipo de montaña en los trópicos, que es el escenario del sudeste asiático. Las islas del sudeste asiático son el mejor análogo de procesos que también vemos más en el pasado ".
Para el artículo actual, Parque, Swanson-Hysell y Macdonald se unieron a Goddéris para modelar con mayor precisión cuáles serían los niveles de dióxido de carbono con los cambios en el tamaño de las islas del sudeste asiático.
Los investigadores recrearon por primera vez los tamaños de las islas a medida que crecían durante los últimos 15 millones de años. centrándose principalmente en los más grandes:Java, Sumatra, las Filipinas, Sulawesi y Nueva Guinea. Calcularon que el área de las islas aumentó de 0,3 millones de kilómetros cuadrados hace 15 millones de años a 2 millones de kilómetros cuadrados en la actualidad. Eliel Anttila, estudiante de posgrado de UC Santa Bárbara, quien era un estudiante de pregrado en ciencias terrestres y planetarias en UC Berkeley y es coautor del artículo, contribuido a este aspecto de la investigación.
Izquierda:las islas del sudeste asiático con su antigua área más pequeña (rojo), reconstruido por el equipo científico. Han crecido hasta alcanzar su tamaño actual durante los últimos 15 millones de años. Derecha:La extensión de las capas de hielo sobre América del Norte durante el último máximo glacial 18, Hace 000 años. Las grandes capas de hielo del hemisferio norte se desarrollaron por primera vez hace 2,7 millones de años. Crédito:Nicholas Swanson-Hysell, UC Berkeley
Luego utilizaron el modelo informático GEOCLIM de Godderis para estimar cómo el crecimiento de estas islas alteró los niveles de carbono en la atmósfera. Junto con el becario postdoctoral de UC Berkeley, Pierre Maffre, quien recientemente obtuvo su Ph.D. en el laboratorio de Godderis, actualizaron el modelo para tener en cuenta el efecto variable de diferentes tipos de rocas. El modelo está vinculado con un modelo climático para relacionar el CO 2 niveles a las temperaturas globales y las precipitaciones.
Descubrieron que el aumento de la superficie terrestre a lo largo del borde sureste del Pacífico se correspondía con el enfriamiento global, reconstruido a partir de composiciones de isótopos de oxígeno en sedimentos oceánicos. Los niveles de dióxido de carbono inferidos del modelo también coinciden con algunas estimaciones basadas en mediciones, aunque Swanson-Hysell admite que la estimación de CO 2 niveles de hace más de un millón de años es difícil e incierto.
Según su modelo, la meteorización química solo en las islas del sudeste asiático disminuyó el CO 2 niveles de más de 500 partes por millón (ppm) hace 15 millones de años a aproximadamente 400 ppm hace 5 millones de años y, finalmente, a niveles preindustriales de 280 ppm. La quema de combustibles fósiles ha elevado ahora el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera a 411 ppm, niveles que no se han visto en la Tierra durante millones de años.
Si bien se estima que el umbral para la glaciación del Ártico es de aproximadamente 280 ppm de dióxido de carbono, el umbral para la formación de la capa de hielo en el Polo Sur es mucho más alto:alrededor de 750 ppm. Es por eso que las capas de hielo de la Antártida comenzaron a formarse mucho antes, hace unos 34 millones de años, que los del Ártico.
Si bien el modelo de los investigadores no les permite aislar los efectos climáticos del ascenso del Himalaya, su escenario de islas del sudeste asiático por sí solo puede explicar la aparición de las capas de hielo del hemisferio norte. Exploraron el efecto de los eventos volcánicos que ocurren aproximadamente al mismo tiempo, incluyendo flujos de lava masivos, o basaltos de inundación, como los de Etiopía y América del Norte (trampas colombinas). Aunque se ha propuesto la erosión de tales rocas como un desencadenante de la edad de hielo, el modelo muestra que esta actividad jugó un papel menor, en comparación con el surgimiento de las islas del sudeste asiático.
"Estos resultados destacan que el estado climático de la Tierra es particularmente sensible a los cambios en la geografía tropical, "concluyen los autores.
Swanson-Hysell le da crédito al Fondo France-Berkeley del campus por proporcionar recursos para una colaboración inicial con Goddéris que condujo a una gran subvención colaborativa del programa Frontier Research in Earth Science de la National Science Foundation (NSF) para continuar con la investigación que dio como resultado este documento.
El equipo franco-estadounidense planea modelar otras edades de hielo pasadas, incluyendo el del período Ordovícico hace 445 millones de años que, en 2017, Swanson-Hysell y Macdonald propusieron que se desencadenó por una colisión similar a la que ocurre hoy en las islas del sudeste asiático. Esa colisión tuvo lugar durante la primera fase de la construcción de las montañas Apalaches, cuando el este de los Estados Unidos actual estaba ubicado en los trópicos.
