Hace entre 800.000 y 430.000 años, la Tierra pasó por una serie de calentamientos bastante suaves que los científicos ahora llaman “interglaciares tibios”. El aire sobre la Antártida era frío durante estos periodos y los niveles de dióxido de carbono eran entre 30 y 40 partes por millón más bajos que en los interglaciares posteriores.
Durante décadas, el por qué estos calentamientos anteriores fueron tan moderados ha desconcertado a los climatólogos. Y ahora, nuevos estudios investigan en las profundidades del Océano Austral como la clave para descifrar el ritmo climático antiguo de la Tierra.
Una Ventana a las Aguas Antiguas
El equipo internacional de investigación, dirigido por el Dr. Huang Huang, quien recibió su doctorado en el Centro GEOMAR Helmholtz para la Investigación Oceánica en Alemania y ahora es investigador asistente en el Laboratorio Laoshan en Qingdao, China, utilizó una nueva técnica para mirar hacia el pasado.
Distribuciones meridionales de los niveles de oxígeno (sombreado en color) superpuestas con contornos de densidad neutral (γn) (curvas blancas). (CRÉDITO: Nature Communications)
Los científicos estudiaron una corteza de ferromanganeso recogida en el Monte Marino Haxby, cerca del margen antártico del Pacífico. Enterrada a casi una milla bajo el lecho marino, esta corteza mineral de acumulación lenta es como una cápsula del tiempo oceánica, documentando cambios en la química del agua de mar capa por capa a lo largo de cientos de miles de años.
Usando una técnica de ablación láser bidimensional, los investigadores examinaron fragmentos minúsculos de la corteza para medir la composición isotópica del plomo en miligramos. El método implica vaporizar pequeñas piezas de material y analizar el vapor para conocer su estructura elemental e isotópica.
“Esta nueva tecnología láser abre posibilidades completamente nuevas para la reconstrucción climática,” dijo el físico Dr. Jan Fietzke, jefe del laboratorio de mediciones láser en GEOMAR. “Nos permitirá comprender mejor el papel del Océano Austral en el ciclo global del carbono y las tendencias climáticas futuras.”
Leyendo el Diario Químico del Océano
Rastreando ciertas proporciones de isótopos de plomo—específicamente ^208Pb/^206Pb y ^206Pb/^204Pb—los científicos pudieron reconstruir la mezcla oceánica y el transporte de masas de agua durante los últimos 800.000 años. Son como huellas dactilares para diferentes fuentes de agua. El Agua de Fondo Antártica, formada cerca del continente helado, posee una firma isotópica distintiva comparada con las aguas más profundas que llegan desde el Pacífico.
Ilustración esquemática de los cambios en la circulación del Océano Austral antes y después del Evento Mid-Brunhes (MBE). (CRÉDITO: Nature Communications)
La evidencia fue concluyente. En los interglaciares cálidos, las proporciones de ^208Pb/^206Pb eran más altas que en los interglaciares posteriores y más modernos, sugiriendo que entraba menos Agua de Fondo Antártica en el océano profundo. Este descubrimiento apunta hacia un océano más compartimentado, o “estratificado”, con aguas profundas separadas de las de la superficie.
Por el contrario, los periodos glaciales más fríos presenciaron una mayor mezcla, reflejada en valores isotópicos más bajos. Dado que el plomo en el mar tiene una vida media relativamente corta de unos pocos cientos de años como máximo, los cambios preservados en la corteza replican cambios instantáneos locales, no los procesos globales más lentos que tienden a enmascarar las señales climáticas en los sedimentos.
La Conexión del Carbono
¿Por qué un océano más estratificado enfriaría el mundo? Es una cuestión de la forma en que se intercambia el carbono entre el océano y la atmósfera. Las aguas profundas del océano contienen enormes reservas de dióxido de carbono disuelto. A medida que la mezcla vertical disminuye, ese carbono permanece atrapado en las profundidades, minimizando lo que se libera al aire.
Las estimaciones de los investigadores indican que la reducción de la mezcla durante los periodos interglaciares cálidos mantuvo el CO₂ atmosférico aproximadamente entre 30 y 40 ppm más bajo que en los periodos cálidos posteriores. Experimentos con modelos sugieren que, en conjunto, una mayor estratificación, una capa de hielo marino antártico más gruesa y un afloramiento reducido disminuirían los niveles de CO₂ en unas 36 ppm—una cantidad que se aproxima mucho a lo que indica el registro isotópico.
Este patrón se revirtió después del Evento Mid-Brunhes, hace aproximadamente 430.000 años, cuando los interglaciares se volvieron cada vez más largos y cálidos. Desde entonces, el clima de la Tierra ha tendido a tener concentraciones más altas de CO₂ y una mezcla oceánica más vigorosa, lo que supone un cambio fundamental en la forma en que el Océano Austral ayuda a mantener estables las temperaturas globales.
Composición de Mn/Fe y edad de la corteza de ferromanganeso estudiada. (CRÉDITO: Nature Communications)
Tras la Causa de la Estratificación
Varios factores pudieron hacer que el Océano Austral profundo estuviera más estratificado en esos antiguos periodos cálidos. Las temperaturas más bajas del aire antártico y la expansión de extenso hielo marino probablemente formaron aguas de fondo más densas, creando un fuerte contraste de densidad que impedía la mezcla vertical. Además, un afloramiento más lento redujo la circulación que normalmente traería aguas profundas ricas en nutrientes hacia la superficie.
Una productividad biológica reducida—menos vida marina fijando carbono mediante la fotosíntesis y hundiéndose hacia el fondo oceánico—pudo también jugar un papel. Juntos, estos cambios ayudaron a “encerrar” el carbono en el océano profundo, sacándolo de la atmósfera y frenando el calentamiento global.
Fortalezas y Preguntas Pendientes
Lo inusual de este estudio es la precisión de sus datos y la consistencia de su lugar de muestreo. Debido a que la corteza de ferromanganeso se formó en mar abierto con contaminación de sedimentos limitada, proporciona un registro limpio de la química del agua de mar. Los investigadores incluso compararon la datación de dos partes distintas de la misma corteza y obtuvieron historias isotópicas casi idénticas, lo que aumentó la confianza en sus hallazgos.
Sin embargo, algunas cosas permanecen inciertas. Es difícil datar una corteza tan antigua, especialmente de más de 450.000 años, ya que la tasa de crecimiento es muy lenta—solo about un milímetro cada millón de años. Los investigadores tienen que usar uranio y isótopos de torio para fecharla, pero esos isótopos tienen variaciones naturales que pueden llevar a pequeños errores. Aun así, las tendencias generales coinciden con observaciones independientes de núcleos de sedimentos y otros registros isotópicos en el Océano Austral.
Composiciones elementales e isotópicas de un área seleccionada de la corteza Haxby. (CRÉDITO: Nature Communications)
Los resultados apoyan la creciente teoría de que el Océano Austral, más que el Atlántico, fue en gran parte responsable del cambio de CO₂ durante los interglaciares tibios. Mientras que la propia circulación de vuelco del Atlántico permaneció estable, las modificaciones en las aguas que rodean la Antártida parecen haber reconfigurado el mapa de cuánto carbono podían almacenar las aguas profundas.
Lecciones de un Cambio Climático Antiguo
El descubrimiento se enmarca en las actuales ansiedades sobre el calentamiento global. A medida que la temperatura global aumenta y el hielo marino antártico se derrite, el Océano Austral podría reducir su capacidad de absorber carbono. El océano se volvería menos estratificado y habría más desbordamiento de carbono profundo hacia la superficie, aumentando el efecto invernadero.
“Nuestros datos muestran por primera vez que una estratificación más intensa del Océano Austral fue un factor importante en los interglaciares relativamente fríos previos al Evento Mid-Brunhes,” dijo el Dr. Huang. “Descubrir estos procesos nos ayuda a valorar la influencia que el cambio en la estructura oceánica puede tener en el clima a largo plazo.”
El estudio no solo resuelve un misterio de larga duración en la paleoclimatología, sino que también ilustra cuán interconectados están los océanos y la atmósfera de la Tierra. Modestos cambios en la mezcla de agua a miles de metros bajo la superficie pueden resonar profundamente en todo el sistema climático.
Implicaciones Prácticas de la Investigación
Estos hallazgos ofrecen un recordatorio aleccionador para la actualidad. Si el calentamiento de los últimos siglos continúa destruyendo el hielo marino e interfiriendo con la estratificación del Océano Austral, el océano profundo verá reducida su capacidad para almacenar carbono. Eso aceleraría el cambio climático al permitir que más CO₂ se recicle a la atmósfera.
Además de la predicción climática, el nuevo método láser de Huang podría transformar el proceso mediante el cual los científicos reconstruyen hábitats antiguos.
Leyendo las “páginas” químicas dentro de las cortezas minerales, los investigadores pueden explorar cómo evolucionaron los patrones de circulación oceánica durante cientos de miles de años—un conocimiento que podría ayudar a crear modelos climáticos mejorados y guiar estrategias globales de gestión del carbono.
Los resultados de la investigación están disponibles en línea en la revista Nature Communications.
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