Durante cientos de millones de años, el clima de la Tierra se ha calentado y enfriado con fluctuaciones naturales en el nivel de dióxido de carbono (CO₂) en la atmósfera. Durante el siglo pasado, los humanos han llevado los niveles de CO₂ a su nivel más alto en 2 millones de años, superando las emisiones naturales, principalmente al quemar combustibles fósiles, lo que provoca un calentamiento global continuo que puede hacer que partes del mundo sean inhabitables.

¿Qué se puede hacer? Como científicos de la Tierra, observamos cómo los procesos naturales han reciclado el carbono de la atmósfera a la Tierra y al pasado para encontrar posibles respuestas a esta pregunta.

Nuestra nueva investigación publicada en Nature , muestra cómo las placas tectónicas, los volcanes, las montañas erosionadas y los sedimentos del lecho marino han controlado el clima de la Tierra en el pasado geológico. Aprovechar estos procesos puede desempeñar un papel en el mantenimiento del clima "Ricitos de oro" que ha disfrutado nuestro planeta.

Del invernadero a la edad de hielo

Los climas de invernadero y casa de hielo han existido en el pasado geológico. El invernadero del Cretácico (que duró desde hace aproximadamente 145 millones a 66 millones de años) tenía niveles atmosféricos de CO₂ superiores a 1000 partes por millón, en comparación con las 420 actuales, y temperaturas hasta 10 ℃ más altas que las actuales.

Pero el clima de la Tierra comenzó a enfriarse hace unos 50 millones de años durante la Era Cenozoica, que culminó en un clima de casa de hielo en el que las temperaturas bajaron aproximadamente 7 ℃ más que en la actualidad.

¿Qué inició este cambio dramático en el clima global?

Nuestra sospecha era que las placas tectónicas de la Tierra eran las culpables. Para comprender mejor cómo las placas tectónicas almacenan, mueven y emiten carbono, creamos un modelo informático de la "cinta transportadora de carbono" tectónica.

La cinta transportadora de carbono

Los procesos tectónicos liberan carbono a la atmósfera en las dorsales oceánicas, donde dos placas se alejan una de la otra, lo que permite que el magma suba a la superficie y cree una nueva corteza oceánica.

Al mismo tiempo, en las fosas oceánicas, donde convergen dos placas, las placas se tiran hacia abajo y se reciclan de vuelta a las profundidades de la Tierra. En su descenso, llevan carbono de vuelta al interior de la Tierra, pero también liberan algo de CO₂ a través de la actividad volcánica.

Nuestro modelo muestra que el clima de invernadero del Cretácico fue causado por placas tectónicas que se movían muy rápido, lo que aumentó drásticamente las emisiones de CO₂ de las dorsales oceánicas.

En la transición al clima de la casa de hielo del Cenozoico, el movimiento de las placas tectónicas se ralentizó y las emisiones volcánicas de CO₂ comenzaron a disminuir. Pero, para nuestra sorpresa, descubrimos un mecanismo más complejo oculto en el sistema de cintas transportadoras que involucra la formación de montañas, la erosión continental y el entierro de los restos de organismos microscópicos en el lecho marino.

El efecto de enfriamiento oculto de la desaceleración de las placas tectónicas en el Cenozoico

Las placas tectónicas se ralentizan debido a las colisiones, lo que a su vez conduce a la formación de montañas, como el Himalaya y los Alpes formados en los últimos 50 millones de años. Esto debería haber reducido las emisiones volcánicas de CO₂ pero, en cambio, nuestro modelo de cinta transportadora de carbono reveló un aumento de las emisiones.

We tracked their source to carbon-rich deep-sea sediments being pushed downwards to feed volcanoes, increasing CO₂ emissions and canceling out the effect of slowing plates.

So what exactly was the mechanism responsible for the drop in atmospheric CO₂?

The answer lies in the mountains that were responsible for slowing down the plates in the first place and in carbon storage in the deep sea.

As soon as mountains form, they start being eroded. Rainwater containing CO₂ reacts with a range of mountain rocks, breaking them down. Rivers carry the dissolved minerals into the sea. Marine organisms then use the dissolved products to build their shells, which ultimately become a part of carbon-rich marine sediments.

As new mountain chains formed, more rocks were eroded, speeding up this process. Massive amounts of CO₂ were stored away, and the planet cooled, even though some of these sediments were subducted with their carbon degassing via arc volcanoes.

Rock weathering as a possible carbon dioxide removal technology

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) says large-scale deployment of carbon dioxide removal methods is "unavoidable" if the world is to reach net-zero greenhouse gas emissions.

The weathering of igneous rocks, especially rocks like basalt containing a mineral called olivine, is very efficient in reducing atmospheric CO₂. Spreading olivine on beaches could absorb up to a trillion tons of CO₂ from the atmosphere, according to some estimates.

The speed of current human-induced warming is such that reducing our carbon emissions very quickly is essential to avoid catastrophic global warming. But geological processes, with some human help, may also have their role in maintaining Earth's "Goldilocks" climate.

This study was carried out by researchers from the University of Sydney's EarthByte Group, The University of Western Australia, the University of Leeds and the Swiss Federal Institute of Technology, Zurich using GPlates open access modeling software. This was enabled by Australia's National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS) via AuScope and The Office of the Chief Scientist and Engineer, NSW Department of Industry.