El estudio de los climas pasados ​​(paleoclimatología) implica el interrogatorio de factores físicos, información química y biológica almacenada en archivos naturales, como núcleos de hielo y sedimentos oceánicos.

Por ejemplo, Las mediciones de los núcleos de hielo de la Antártida se utilizan para reconstruir los cambios pasados ​​de temperatura por encima de la capa de hielo y las concentraciones globales de gases de efecto invernadero atmosféricos.

La estimación de las temperaturas pasadas es una pieza fundamental en el rompecabezas del paleoclima. Nos ayuda a comprender cómo responde cada región a los principales episodios de cambio climático global.

Hasta ahora, la mayor parte de la información que tenemos sobre temperaturas pasadas proviene de sedimentos oceánicos y núcleos de hielo. Estos contienen propiedades químicas que cambian en gran medida en respuesta a la temperatura.

Pero estos solo nos dicen sobre la temperatura en las cuencas oceánicas y las regiones polares.

¿Qué pasa con las masas de tierra que ocupan el resto de la superficie terrestre, sobre las que vivimos?

Resulta que las opciones en entornos terrestres son limitadas:los archivos naturales que estudiamos tienden a carecer de las propiedades que son sustitutos directos de la temperatura.

En un estudio reciente publicado en Comunicaciones de la naturaleza , Demostramos que las variaciones de magnesio (Mg) en un archivo raramente estudiado (espeleotemas sumergidos) imitan los cambios de temperatura del océano durante cientos de miles de años.

Los espeleotemas son depósitos minerales de carbonato de calcio que se forman en las cuevas.

Las estalagmitas son los ejemplos más conocidos y se utilizan ampliamente en estudios de cambios climáticos y ambientales pasados. Los espeleotemas sumergidos son diferentes. Crecen en cuevas y lagos, ya veces debajo del nivel freático.

En nuestro estudio, perforamos una muestra de núcleo de un espeleotema sumergido en Laghetto Basso, una piscina situada dentro del enorme sistema de cuevas Antro del Corchia en Toscana, Italia.

Primero, tomamos una serie de muestras espaciadas a intervalos de un milímetro a lo largo del perfil de crecimiento del núcleo.

El contenido de Mg de estas muestras fue analizado por colegas de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear.

Los resultados, que cubren los últimos cuatro ciclos de la edad de hielo (aproximadamente los últimos 350, 000 años), muestran una notable correlación con los patrones de temperatura de la superficie del mar registrados en los núcleos de sedimentos oceánicos del Atlántico norte.

Este fue un emocionante pero inesperado, descubrimiento para nuestro equipo, ya que sugirió que habíamos encontrado una propiedad química que responde a los cambios de temperatura.

Para verificar esta similitud, centramos nuestra atención en un intervalo de tiempo dentro de este intervalo llamado Terminación II:este fue el período en el que la penúltima edad de hielo llegó a su fin, fechado entre 136, 000 y 128, Hace 000 años.

Durante este período de calentamiento, las temperaturas del océano cercano aumentaron en 8 ℃ en cuestión de unos pocos miles de años, por lo que esperábamos un gran aumento en las concentraciones de Mg en el espeleotema subacuático.

Esta vez, Tomamos muestras del espeleotema usando un rayo láser de tres centésimas de milímetro de diámetro, y midió la abundancia de diferentes elementos en un espectrómetro de masas en la Facultad de Ciencias de la Tierra de la Universidad de Melbourne.

Descubrimos que los resultados eran exactamente los que esperábamos, pero aún más convincente:un fuerte aumento de Mg ocurrió exactamente al mismo tiempo que el fuerte aumento de la temperatura del océano informado en otros estudios.

Entonces, ¿Cómo funciona el Mg como sensor de temperatura?

El Mg tiene una fuerte afinidad por los minerales de carbonato de calcio, particularmente calcita. Puede ocupar la posición de los iones de calcio (Ca) en la estructura del cristal de calcita. En tono rimbombante, a medida que aumenta la temperatura de la solución, también aumenta la cantidad de Mg que termina en la calcita.

Si la concentración de Mg en la solución permanece constante, pero la temperatura del agua aumenta, aumentará la concentración de Mg en la calcita.

Pero hay un problema.

En aguas de cuevas la proporción de Mg a Ca rara vez es constante a lo largo del tiempo; cambia de acuerdo con la cantidad de agua que pasa a través de la roca del acuífero en el camino hacia el lugar donde crece el espeleotema.

Este 'efecto hidrológico' generalmente supera con creces la dependencia de la temperatura del Mg.

Pero espeleotemas subacuáticos, como el que estudiamos, son diferentes.

Crecen unas 10 veces más lento que las estalagmitas que se forman a partir del mismo agua de la cueva. Esto se debe a que las reacciones que transfieren los iones disueltos en el agua de la piscina al cristal de calcita sólido son extremadamente lentas.

Parece que la dependencia de la temperatura de la partición del Mg del agua de la piscina a la calcita es significativamente mayor en el entorno de reacción lenta de la piscina. hasta tal punto que contrarresta cualquier efecto hidrológico.

Por décadas, Los oceanógrafos han estado midiendo las concentraciones de Mg en microfósiles marinos y corales para estimar las temperaturas oceánicas pasadas. Funciona bien en este caso porque las variaciones de Mg del agua del océano durante los últimos millones de años son relativamente pequeñas.

Pero nuestro estudio es el primero en mostrar que el Mg en un espeleotema puede actuar como un proxy de temperatura. Esto se debe a que los científicos no han considerado antes los espeleotemas subacuáticos.

Nuestro siguiente paso es convertir los cambios relativos en el contenido de Mg a valores absolutos de temperatura para producir una serie temporal de cambios de temperatura en el sitio de la cueva.

Los resultados de nuestro estudio abren nuevas y emocionantes oportunidades en la búsqueda de registros terrestres de temperaturas pasadas.