Las conchas microscópicas fosilizadas están ayudando a los geólogos a reconstruir el clima de la Tierra durante el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM), un período de abrupto calentamiento global y acidificación de los océanos que ocurrió hace 56 millones de años. Las pistas de estas antiguas conchas pueden ayudar a los científicos a predecir mejor el calentamiento futuro y la acidificación de los océanos provocada por las emisiones de dióxido de carbono causadas por los humanos.

Dirigido por la Universidad Northwestern, los investigadores analizaron conchas de foraminíferos, un organismo unicelular que habita en el océano con una capa externa hecha de carbonato de calcio. Después de analizar la composición de isótopos de calcio de los fósiles, los investigadores concluyeron que la actividad volcánica masiva inyectaba grandes cantidades de dióxido de carbono en el sistema terrestre, causando el calentamiento global y la acidificación de los océanos.

También encontraron que el calentamiento global y la acidificación de los océanos no solo afectaron pasivamente a los foraminíferos. Los organismos también respondieron activamente reduciendo las tasas de calcificación al construir sus caparazones. A medida que la calcificación se ralentizaba, los foraminíferos consumieron menos alcalinidad del agua de mar, lo que ayudó a amortiguar el aumento de la acidez del océano.

"La formación y disolución del carbonato de calcio ayudan a regular la acidez y alcalinidad del agua de mar, "dijo Andrew Jacobson de Northwestern, un autor principal del estudio. "Nuestros datos de isótopos de calcio indican que la calcificación reducida de los foraminíferos funcionó para amortiguar la acidificación del océano antes y a través del PETM".

"Este es un concepto bastante nuevo en el campo, "agregó Gabriella Kitch, el primer autor del estudio. "Previamente, la gente pensaba que solo la disolución de carbonatos en el fondo del mar podría aumentar la alcalinidad del océano y amortiguar los efectos de la acidificación del océano. Pero estamos agregando a los estudios existentes que muestran que la disminución de la producción de carbonato tiene el mismo efecto amortiguador ".

La investigación se publicó en línea la semana pasada (4 de marzo) en la revista Geología . Este es el primer estudio que examina la composición de isótopos de calcio de los foraminíferos para reconstruir las condiciones antes y a través del PETM y el tercer estudio reciente del Noroeste para encontrar que la acidificación del océano, debido a las emisiones de dióxido de carbono volcánico, precedió a las principales catástrofes ambientales prehistóricas. como extinciones masivas, eventos anóxicos oceánicos y períodos de intenso calentamiento global.

Jacobson es profesor de ciencias terrestres y planetarias en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern. Kitch es un Ph.D. candidato e investigador graduado de la National Science Foundation en el laboratorio de Jacobson. Los profesores de ciencias del noroeste de la Tierra Bradley Sageman y Matthew Hurtgen, así como colaboradores de la Universidad de California-Santa Cruz (UCSC) y la Universidad de Kansas, fue coautor del artículo con Jacobson y Kitch.

Clasificación de conchas microscópicas

Para estudiar las condiciones oceánicas durante el PETM, los investigadores examinaron la composición de isótopos de calcio de fósiles de foraminíferos recolectados de dos sitios, uno en el sureste del Océano Atlántico y otro en el Océano Pacífico, por el Programa de Perforación Oceánica.

Debido a que cada caparazón fosilizado tiene aproximadamente el tamaño de un solo grano de arena, Los investigadores de UCSC recolectaron físicamente los diminutos especímenes identificándolos primero bajo un microscopio. Después de clasificar las conchas de los sedimentos a granel, el equipo de Northwestern disolvió las muestras y analizó su composición de isótopos de calcio utilizando un espectrómetro de masas de ionización térmica.

"El trabajo es muy desafiante, ", Dijo Jacobson." Para manipular estos pequeños materiales, tienes que recogerlos, uno a uno, con la punta de un pincel húmedo bajo un microscopio ".

Estrés antes de PETM

A medida que las conchas se formaron hace más de 56 millones de años, respondieron a las condiciones oceánicas. Al examinar estas conchas, el equipo de Northwestern encontró que las proporciones de isótopos de calcio aumentaron antes del inicio del PETM.

"Estamos viendo un grupo de organismos que construyeron sus caparazones en una parte del océano, registrar la química del agua de mar que los rodea, ", Dijo Kitch." Creemos que los datos de isótopos de calcio revelan estrés potencial antes de la frontera bien conocida ".

Otros archivos indican que el sistema atmósfera-océano experimentó una liberación masiva de dióxido de carbono inmediatamente antes del PETM. Cuando el dióxido de carbono atmosférico se disuelve en agua de mar, forma un ácido débil que puede inhibir la formación de carbonato de calcio. Aunque todavía está indeterminado, Los científicos de la Tierra creen que la liberación de carbono probablemente provino de la actividad volcánica o efectos en cascada, como la liberación de hidratos de metano del fondo marino como resultado del calentamiento del océano.

"Mi sospecha es que son ambos factores o algún tipo de combinación, ", Dijo Sageman." La mayoría de los grandes eventos en la historia de la Tierra representan una confluencia de muchos actores que se unen al mismo tiempo ".

Emerge un patrón consistente

Este es el tercer estudio dirigido por Jacobson que descubre que la acidificación de los océanos precede a las grandes catástrofes ambientales que se correlacionan con las grandes erupciones de las provincias ígneas. El mes pasado, El equipo de Jacobson publicó resultados que encontraron que la actividad volcánica desencadenó una crisis de biocalcificación antes de un evento anóxico en el océano que ocurrió hace 120 millones de años. Hace poco más de un año El equipo de Jacobson publicó otro estudio que encontró que la acidificación del océano precedió al impacto del asteroide que condujo al evento de extinción masiva del Cretácico-Paleógeno hace 66 millones de años. que incluyó la desaparición de los dinosaurios.

En los tres estudios, El equipo de Jacobson utilizó herramientas sofisticadas en su laboratorio para analizar la composición del isótopo de calcio de los fósiles y sedimentos de carbonato de calcio. Jacobson dijo que está surgiendo un patrón claro. Las afluencias de dióxido de carbono provocaron el calentamiento global y la acidificación de los océanos y, por último, a cambios ambientales masivos.

"En todos nuestros estudios, Constantemente vemos un aumento en las proporciones de isótopos de calcio antes del inicio de eventos importantes o horizontes de extinción, "Esto parece apuntar a impulsores similares y respuestas comunes", dijo Jacobson.

"Quizás el sistema de isótopos de calcio tiene sensibilidad a las primeras fases de estos eventos, "Añadió Sageman.

Predictor de estrés oceánico futuro

Muchos investigadores estudian el PETM porque proporciona el mejor análogo para la actualidad, calentamiento global causado por el hombre. La afluencia de carbono durante el PETM es similar a la cantidad de carbono liberada durante los últimos dos siglos. Las escalas de tiempo sin embargo, difieren significativamente. Las temperaturas durante el PETM aumentaron de 5 a 8 grados Celsius por encima de los 170, 000 años. Con el cambio climático causado por el hombre, se prevé que ocurra el mismo nivel de calentamiento en menos de 200 años, si las emisiones de dióxido de carbono no disminuyen.

Pavorosamente, estrés terrestre y oceánico, incluida una disminución importante de la calcificación de los foraminíferos, acompañó al PETM.

"El PETM es un modelo de lo que sucede durante las grandes perturbaciones del ciclo del carbono, ", Dijo Jacobson." Muchas predicciones para el clima futuro de la Tierra se basan en la comprensión de lo que sucedió durante el PETM ".