Casi una cuarta parte de la tierra en el hemisferio norte, que asciende a unos 9 millones de millas cuadradas, tiene capas de permafrost:suelo, sedimento, y rocas que permanecen congeladas durante años. Se pueden encontrar vastas extensiones de permafrost en Alaska, Siberia, y el Ártico canadiense, donde las temperaturas de congelación persistentes han retenido el carbono, en forma de trozos podridos de plantas y animales, encerrado en el suelo.

Los científicos estiman que más de 1, 400 gigatoneladas de carbono están atrapadas en el permafrost de la Tierra. A medida que suben las temperaturas globales, y el permafrost se descongela, este depósito congelado podría potencialmente escapar a la atmósfera como dióxido de carbono y metano, amplificando significativamente el cambio climático. Sin embargo, poco se sabe sobre la estabilidad del permafrost, hoy o en el pasado.

Ahora geólogos del MIT, Boston College, y en otros lugares han reconstruido la historia del permafrost durante los últimos 1,5 millones de años. Los investigadores analizaron depósitos de cuevas en lugares del oeste de Canadá y encontraron evidencia de que, entre 1,5 millones y 400, 000 años atrás, el permafrost era propenso a descongelarse, incluso en altas latitudes árticas. Desde entonces, sin embargo, El deshielo del permafrost se ha limitado a las regiones subárticas.

Los resultados, publicado en Avances de la ciencia , sugieren que el permafrost del planeta cambió a un estado más estable en los últimos 400, 000 años, y ha sido menos susceptible a descongelarse desde entonces. En este estado más estable, el permafrost probablemente ha retenido gran parte del carbono que ha acumulado durante este tiempo, teniendo pocas oportunidades de liberarlo gradualmente.

"La estabilidad de los últimos 400, 000 años pueden funcionar en nuestra contra, porque ha permitido que el carbono se acumule de manera constante en el permafrost durante este tiempo. El derretimiento ahora podría conducir a emisiones de carbono a la atmósfera sustancialmente mayores que en el pasado, "dice el coautor del estudio, David McGee, profesor asociado en el Departamento de Tierra del MIT, Atmosférico, y Ciencias Planetarias.

Los coautores de McGee son Ben Hardt e Irit Tal en MIT; Nicole Biller-Celander, Jeremy Shakun, y Corinne Wong en Boston College; Alberto Reyes en la Universidad de Alberta; Bernard Lauriol de la Universidad de Ottawa; y Derek Ford de la Universidad McMaster.

Calentamiento apilado

Los períodos de calentamiento anterior se consideran períodos interglaciares, o tiempos entre glaciaciones globales. Estas ventanas geológicamente breves pueden calentar el permafrost lo suficiente como para descongelarse. Los signos del antiguo deshielo del permafrost se pueden ver en las estalagmitas y otros depósitos minerales que quedan a medida que el agua se mueve a través del suelo y entra en las cuevas. Estas cuevas particularmente en altas latitudes árticas, son a menudo remotos y de difícil acceso, y como un resultado, se ha sabido poco sobre la historia del permafrost, y su estabilidad pasada en climas cálidos.

Sin embargo, en 2013, los investigadores de la Universidad de Oxford pudieron tomar muestras de depósitos de cuevas de algunos lugares en Siberia; su análisis sugirió que el deshielo del permafrost estaba generalizado en toda Siberia antes de 400, Hace 000 años. Desde entonces, los resultados mostraron un rango muy reducido de deshielo del permafrost.

Shakun y Biller-Celander se preguntaron si la tendencia hacia un permafrost más estable era global, y buscó realizar estudios similares en Canadá para reconstruir la historia del permafrost allí. Se vincularon con los científicos pioneros de las cuevas Lauriol y Ford, quienes proporcionaron muestras de depósitos de cuevas que recolectaron a lo largo de los años de tres regiones distintas de permafrost:las Montañas Rocosas del sur de Canadá, Parque Nacional Nahanni en los Territorios del Noroeste, y el norte de Yukon.

En total, el equipo obtuvo 74 muestras de espeleotemas, o secciones de estalagmitas, estalactitas, y piedras de flujo, de al menos cinco cuevas en cada región, que representan varias profundidades de cuevas, geometrías, e historias glaciales. Cada cueva muestreada estaba ubicada en laderas expuestas que probablemente fueron las primeras partes del paisaje de permafrost en descongelarse con el calentamiento.

Las muestras se enviaron en avión al MIT, donde McGee y su laboratorio utilizaron técnicas de geocronología precisas para determinar las edades de las capas de cada muestra, cada capa refleja un período de deshielo del permafrost.

"Cada espeleotema se depositó a lo largo del tiempo como conos de tráfico apilados, "dice McGee." Comenzamos con el más externo, capas más jóvenes hasta la fecha, la última vez que se descongeló el permafrost ".

Cambio ártico

McGee y sus colegas utilizaron técnicas de geocronología de uranio / torio para fechar las capas de cada espeleotema. La técnica de datación se basa en el proceso de desintegración natural del uranio a su isótopo hijo, torio 230, y el hecho de que el uranio es soluble en agua, mientras que el torio no lo es.

"En las rocas sobre la cueva, como las aguas se filtran a través, acumulan uranio y dejan torio, "McGee explica." Una vez que el agua llega a la superficie de la estalagmita y se precipita en el tiempo cero, tienes uranio, y sin torio. Luego, gradualmente, el uranio se descompone y produce torio ".

El equipo extrajo pequeñas cantidades de cada muestra y las disolvió mediante varios pasos químicos para aislar uranio y torio. Luego pasaron los dos elementos a través de un espectrómetro de masas para medir sus cantidades, la proporción que utilizaron para calcular la edad de una capa determinada.

De su análisis, los investigadores observaron que las muestras recolectadas del Yukón y los sitios más lejanos del norte tenían muestras no menores de 400, 000 años, lo que sugiere que el deshielo del permafrost no ha ocurrido en esos sitios desde entonces.

"Puede que haya habido un deshielo poco profundo, pero en términos de que toda la roca sobre la cueva se descongele, que no ha ocurrido durante los últimos 400, 000 años, y era mucho más común antes de eso, "Dice McGee.

Los resultados sugieren que el permafrost de la Tierra era mucho menos estable antes de 400, 000 años atrás y era más propenso a descongelarse, incluso durante los períodos interglaciares cuando los niveles de temperatura y dióxido de carbono atmosférico estaban a la par con los niveles modernos, como ha demostrado otro trabajo.

"Para ver esta evidencia de un Ártico mucho menos estable antes de 400, 000 años atrás, sugiere incluso en condiciones similares, el Ártico puede ser un lugar muy diferente, "Dice McGee." Me plantea preguntas sobre qué causó que el Ártico cambiara a esta condición más estable, y qué puede hacer que se salga de él ".