El calentamiento podrá reducir un 44% la gran circulación de las aguas del Atlántico

Una investigación mostró que, en el pasado, el colapso de ese proceso oceánico provocó lluvias torrenciales y prolongadas en el nordeste de Brasil, y una mayor emisión de CO2 en las inmediaciones de la Antártida

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Debido a los cambios climáticos, la gigantesca circulación de aguas que lleva calor del Atlántico Sur al Atlántico Norte podrá disminuir casi a la mitad durante este siglo. De suceder esto, las consecuencias serán dramáticas, tanto a escala global como –y principalmente– en las zonas costeras de los tres continentes bañados por el Atlántico: América, Europa y África.

Para hacerse una idea acerca de la importancia de esta circulación oceánica, conocida como Circulación Meridional de Retorno del Atlántico, basta considerar que su potencia (la cantidad de energía liberada por segundo) es casi cien mil veces mayor que la de la central hidroeléctrica de Itaipú, emplazada en la frontera entre Brasil y Paraguay, con todas sus turbinas funcionando. La estimación más pesimista del IPCC (el Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático) indica que esa potencia, de 1,3 petavatios (1,3 x 10¹⁵ W), se reducirá un 44% en 2100.

En este caso, el 44% de la energía térmica actualmente transportada hacia las aguas frías de las altas latitudes del Atlántico Norte quedará retenido y será redistribuido en el Atlántico Sur y en el Océano Antártico, impactando así sobre los centros de alta y baja presión, sobre el régimen de los vientos, sobre la intensidad y la duración de las lluvias, etc.

Una forma de estimar la precisión de estas proyecciones y diseñar con mayor exactitud el escenario futuro consiste en observar el pasado. Es decir, “hacer funcionar el modelo hacia atrás” y comparar los resultados obtenidos mediante la simulación con los datos concretos recabados a través de la investigación de campo.

Éste es el propósito del proyecto intitulado “Respuesta de la parte oeste del Océano Atlántico a los cambios en la circulación meridional del Atlántico: de la variabilidad milenaria a la variabilidad estacional”, conducido por el paleoclimatólogo Cristiano Mazur Chiessi, docente de la Escuela de Artes, Ciencias y Humanidades de la Universidad de São Paulo (EACH-USP), en Brasil. Este proyecto cuenta con el apoyo de la FAPESP a través del Programa Jóvenes Investigadores.

“Nuestro proyecto apunta a evaluar los impactos que los cambios ocurridos hace miles de años en la circulación oceánica del Atlántico tuvieron en esa época sobre el clima de América del Sur y sobre la fracción oeste del Atlántico Sur. Uno de esos impactos, que ocurrió cuando la circulación mermó drásticamente su intensidad, o incluso llegó a colapsarse, fue un período prolongado de lluvias torrenciales sobre la región nordeste del actual territorio brasileño”, declaró Mazur Chiessi a Agência FAPESP.

En las condiciones actuales, la Circulación Meridional de Retorno del Atlántico es un movimiento oceánico a gran escala, que recoge aguas cálidas de gran salinidad, situadas en la cima de la columna de agua del Atlántico Sur, y las lleva hasta las altas latitudes del Atlántico Norte.

“A lo largo del trayecto, la intensa evaporación, que sucede a bajas latitudes, causa un aumento aún mayor de la salinidad. Posteriormente, el enfriamiento, en las altas latitudes, provoca una contracción de volumen. Estos dos factores conjugados, el aumento de la salinidad y la contracción de volumen, vuelven a las aguas más densas. Y la mayor densidad hace que se hundan en la columna de agua y regresen al Atlántico Sur en capas profundas y frías, hasta llegar a las inmediaciones de la Antártida”, explicó el investigador (vea la animación en: www.youtube.com/watch?v=LkRQjTdTvFE).

En mayor detalle, el proceso es el que se relata a continuación. La corriente cálida se desplaza hacia el norte, cerca del litoral este de América, desde la altura de Salvador, en Brasil, hasta la altura de Nueva York, en Estados Unidos, aproximadamente. Allí sufre una inflexión hacia el este, rumbo a Islandia y Noruega. Y tras alcanzar el norte europeo, regresa al sur, ya como corriente fría y profunda, fluyendo paralela a la costa este de América, hasta llegar a las inmediaciones de la Antártida.

La gran pérdida de calor hacia el medio, que hace que la corriente se hunda, ocurre en dos sitios específicos: el Mar de Labrador, entre Canadá y Groenlandia, y el Mar de Noruega, entre Groenlandia, Islandia y Noruega. “Debido a esa liberación de calor, la temperatura media de la superficie oceánica cerca del sur de Noruega o del norte de Inglaterra es mucho más alta que en la parte de la costa canadiense situada en la misma latitud”, informó Mazur Chiessi.

La circulación meridional ejerce un influjo muy grande sobre el clima, y no sólo sobre el del océano sino también sobre el de todos los continentes situados alrededor del Atlántico. “Esto vale especialmente para las partes de esos continentes bañadas por el océano. En América del Sur, todo lo que está al este de la Cordillera de los Andes recibe una importantísima influencia de este fenómeno”, añadió el investigador.

Mazur Chiessi cree que la disminución de la intensidad de este proceso oceánico ya está ocurriendo en función de los cambios climáticos.

“El calentamiento global debilita la circulación de dos maneras. En primer lugar, debido a una intensificación de las lluvias en las altas latitudes del Atlántico Norte, exactamente en los lugares donde las aguas requieren mayor densidad para poder hundirse y regresar al sur. Si llueve mucho en esas regiones, la salinidad de las aguas superficiales disminuye, con lo cual y consiguientemente se reduce su densidad y se dificulta su hundimiento. En segundo lugar, debido al derretimiento del casquete de hielo sobre la Groenlandia –que libera agua dulce, de salinidad extremadamente baja– exactamente en los sitios de formación de las aguas profundas”, afirmó.

Lluvias torrenciales y prolongadas en el nordeste brasileño

Según el investigador, existe también un gran margen de incertidumbre en las proyecciones. Los modelos actuales funcionarían muy bien para algunas variables. Pero no así para otras. De allí la propuesta de investigar en el pasado algunos períodos en los cuales la circulación se vio bastante disminuida o incluso se colapsó, para detectar cuáles fueron las consecuencias, especialmente en la margen oeste del Atlántico Sur.

“El período icónico más reciente de reducción de la circulación oceánica ocurrió hace entre 18 mil y 15 mil años, durante la última gran deglaciación. Con el calentamiento del planeta, los glaciares existentes en las altas latitudes del Hemisferio Norte, especialmente sobre el territorio canadiense, se derritieron y arrojaron una enorme cantidad de agua dulce al Mar de Labrador, debilitando así o incluso llegando a paralizar la Circulación Meridional de Retorno del Atlántico”, comentó Mazur Chiessi.

Para estimar la magnitud del deshielo, se hace necesario retroceder otro milenio, diecinueve mil años atrás. En esa época, en el máximo glacial, la concentración de CO₂ en la atmósfera, actualmente superior a 400 partes por millón (ppm), estaba muy baja, en la franja de las 175 ppm. Y el nivel del mar se encontraba 130 metros por debajo del actual. Toda el agua correspondiente estaba aprisionada en los hielos continentales, principalmente sobre Canadá y el norte de Estados Unidos.

En varias regiones del planeta, la línea de la costa había avanzado centenas de kilómetros sobre el área actualmente ocupada por los océanos. Era posible ir a pie desde las Islas Malvinas hasta el actual territorio de Argentina, desde el sur de Inglaterra hasta Francia y del nordeste de Asia al noroeste de América del Norte. No existía el Canal de la Mancha ni tampoco el Estrecho de Bering, pues esas regiones habían emergido.

“Hace entre 18 mil y 15 mil años, con el calentamiento, los glaciares empezaron a arrojar una extraordinaria cantidad de icebergs al Mar de Labrador, con lo cual disminuyó la salinidad de las aguas superficiales y, por ende, la intensidad de la Circulación Meridional. Creo incluso que puede haber habido un colapso total de la circulación. La potencia de 1,3 petavatios de calor se habría redistribuido alrededor del Atlántico Sur y del Océano Austral. Y llegó a calentar ostensiblemente la Antártida”, informó el investigador.

Debido a ello, la llamada zona de convergencia intertropical, ubicada donde la superficie del océano es más cálida y, por consiguiente, la evaporación y la concentración de nubes alcanzan los valores más altos, se desplazó hacia el sur. En la actualidad está situada aproximadamente entre 5 y 10 grados al norte de la línea ecuatorial. En aquella época, migró hacia el sur del Ecuador, provocando lluvias torrenciales y prolongadas sobre el nordeste del territorio brasileño.

“Uno de nuestros trabajos, publicado en Earth and Planetary Science Letters el año pasado, puso en evidencia dicho fenómeno”, dijo Mazur Chiessi, en referencia al artículo intitulado Origin of increased terrigenous supply to the NE South American continental margin during Heinrich Stadial 1 and the Younger Dryas.

En esa investigación se constató un colosal aumento del índice de sedimentación en el fondo oceánico como consecuencia de la erosión causada por las lluvias y del arrastre de sedimentos provocado por los ríos, mar adentro. Al frente de la desembocadura del río Parnaíba, en el estado brasileño del Piauí, pero ya en alta mar, a más de un kilómetro de profundidad, el índice de sedimentación llegó a un valor de 100 centímetros en mil años. Es el patrón de sedimentación del Amazonas, que es un río gigantesco. No obstante, fue igualado por el Parnaíba, un río de porte incomparablemente menor.

“Debido a las lluvias que incidieron sobre el nordeste de Brasil, el Parnaíba depositó en algunos lugares una cantidad de sedimentos equivalente a que deposita el Amazonas. En el mismo período, existen registros de una gran disminución de las precipitaciones al norte, en Venezuela y en América Central”, comentó Mazur Chiessi.

“Nosotros recolectamos y analizamos entre ocho y nueve metros de columna sedimentaria en dos sitios marinos: uno a lo largo de la desembocadura del Parnaíba y el otro a lo largo de la Guayana Francesa. El primero fue recolectado a 1.367 metros de profundidad. El segundo, a 2.510 metros”, detalló.

Tal como lo describió el investigador, el proceso de recolección transcurre de la siguiente manera. Primero, mediante el empleo de una ecosonda de penetración, se toma la imagen del subfondo oceánico. Esto informa cómo están las capas sedimentarias, si existen o no trastornos de sedimentación. En regiones donde no existen trastornos, se envía entonces un artefacto que pesa más de cinco toneladas llamado “testificador de gravedad” desde el barco hacia abajo.”

Precisamente por acción de la gravedad, el “testificador” llega al fondo oceánico y penetra suavemente en la capa de sedimentos no consolidada, para recoger sin trastornos entre ocho y diez metros de columna sedimentaria. Posteriormente, ya en el laboratorio, se analiza cada fracción de la columna, a los efectos de obtenerse una importante cantidad de información con base en ella. 

El desfase entre el calentamiento del océano y el del continente

“Siguiendo en líneas generales esa misma metodología, en otro trabajo nuestro demostramos que el calentamiento del Atlántico Sur no provocó una elevación inmediata de la temperatura del continente. Las aguas del océano se calentaron hace alrededor de 18 mil años, pero ese calentamiento sólo se manifestó en tierra firme hace aproximadamente hace 16.500 años. Hubo un desfase de un milenio y medio”, afirmó Mazur Chiessi.

Según el investigador, fue sólo con el aumento de la concentración de CO₂ en la atmósfera –asociado a la deglaciación– que la temperatura continental empezó a subir finalmente. Dicha conclusión la comunicaron él y sus colaboradores en un artículo publicado en Climate of the Past, una revista periódica de la European Geosciences Union, intitulado Thermal evolution of the western South Atlantic and the adjacent continent during Termination 1.

En este punto, resulta importante definir con precisión la secuencia causal. En primer lugar, el comienzo del proceso de deglaciación, que provocó el escurrimiento de agua dulce hacia el Mar de Labrador, enfrió o colapsó la circulación oceánica. El calor aprisionado en el Atlántico Sur calentó entonces no sólo las aguas del litoral este sudamericano, sino también las aguas ubicadas alrededor de la Antártida. Esto hizo con que los vientos del oeste, que soplan intensamente sobre la Patagonia, migrasen hacia el sur. Con esa migración, esos vientos incrementaron en las cercanías de la Antártida el fenómeno de las surgencias o afloramientos, al traer aguas profundas hacia la superficie del océano.

Por un lado, la intensificación del afloramiento provocó una explosión de vida marina en la zona, porque muchos nutrientes que estaban en el fondo oceánico quedaron disponibles. Por otro lado, liberó en la atmósfera el CO₂ que estaba aprisionado en el fondo. Y fue ese gas de efecto invernadero lo que generó el calentamiento adicional que terminó definitivamente con la glaciación.

“No fuimos los primeros en correlacionar la última deglaciación con el aumento de la concentración de CO₂. Eso lo había hecho Jeremy Shakun en un artículo famoso, publicado en Nature en 2012, intitulado: “Global warming preceded by increasing carbon dioxide concentrations during the last deglaciation”. Ese trabajo tuvo una gran repercusión en la comunidad científica, y fue objeto de varias citas”, aclaró Mazur Chiessi.

“O sea que no tuvimos la primacía en la sugerencia de ese mecanismo. La característica inédita de nuestro trabajo, si podemos decirlo así, radicó en corroborar a aserción de Shakun a partir del análisis de una curva de temperatura oceánica y de una curva de temperatura continental en un mismo testigo sedimentario”, añadió.

El investigador estableció la serie de temperaturas oceánicas con base en el análisis químico de conchas sumamente pequeñas de zooplancton depositadas en las diversas capas de la columna de sedimentos. Y estableció la serie de temperaturas continentales mediante el análisis de lípidos producidos por bacterias de la microbiota del suelo, llevadas al océano por las lluvias. De este modo, y partiendo de un mismo testigo sedimentario, pudo llegar a las temperaturas del océano y a las temperaturas del continente.

“Eso fue sumamente interesante, porque eliminó el problema de sincronización de los registros. Éstos ya estaban sincronizados pues se encontraban en el mismo estrato de la columna de sedimentos. Al elaborar las curvas, pudimos verificar que la temperatura continental no siguió en el corto plazo el calentamiento del océano. Sólo aumentó efectivamente cuando se elevó la concentración de CO₂, pero no antes”, comentó.

De acuerdo con la interpretación del investigador, este desfase entre el calentamiento de las aguas y el calentamiento del área continental constituye una evidencia de que la Tierra sólo salió efectivamente de la última glaciación luego del aumento de la concentración de CO₂, tal como lo afirmara Shakun. La importancia singular del descubrimiento del papel del CO₂ se debe al hecho de que, hasta hace muy poco tiempo, se atribuían las entradas y salidas de las glaciaciones exclusivamente a las variaciones de la órbita terrestre.

“La correlación de las glaciaciones con la variación orbital, establecida por el geofísico serbio Milutin Milankovitch (1879-1958), predominó desde la década de 1950 hasta la década de 1980. Con todo, en la década de 1990, los estudiosos del área empezaron a percatarse de que ese modelo tenía su sentido, pero no estaba completo. Le faltaba algo. Y ese algo es precisamente el rol del CO₂, y Shakun demostró que éste era fundamental para llevar adelante la deglaciación”, enfatizó Mazur Chiessi.

Hace unos 15 mil años, la reconexión de la circulación oceánica modificó el escenario abruptamente. En pocas décadas, la temperatura de Europa subió 6 ó 7 grados Celsius. Fue un calentamiento regional en función de la redistribución de la energía térmica que estaba confinada en el sur.

Pero hubo fluctuaciones menores posteriormente. Y ése fue el motivo de un tercer trabajo de Mazur Chiessi y sus colaboradores, publicado en Paleoceanography e intitulado Holocene shifts of the southern westerlies across the South Atlantic.

Estudiar el pasado para perfeccionar el escenario futuro

“En ese tercer trabajo, cambiamos las balizas temporales para enfocarnos en las modificaciones ocurridas en los últimos diez mil años. Esas modificaciones no fueron tan grandes como las de la deglaciación. Pero tuvieron su importancia y son relevantes en la construcción de los escenarios actuales, incluso porque el pronóstico para el final del siglo indica una disminución del orden de un 44% en la circulación oceánica y no un colapso. Resulta importante hacer hincapié en esto: las proyecciones no indican un colapso. Por eso fuimos a investigar qué sucedió con los vientos de oeste durante el Holoceno, cuando hubo también una disminución parcial de la circulación”, afirmó el investigador.

A tal fin, se seleccionaron tres testigos sedimentarios: uno a lo largo del estado de Río Grande do Sul, en Brasil, otro exactamente frente a Buenos Aires, en Argentina, y el tercero un poco más al sur, todavía en las inmediaciones de la costa argentina. Con base en ellos, se reconstituyeron las características de la franja norte de los vientos del oeste durante los últimos diez mil años. Y se verificó que durante el largo lapso del Holoceno hubo una migración de esos vientos hacia el sur.

“Investigamos ese pasado no tan lejano mediante la utilización del mismo modelo empleado por el IPCC para la proyección del clima futuro. Fue por ese motivo un trabajo de validación del modelo. Y dicho modelo reprodujo muy bien el patrón que detectamos empíricamente. Pero subestimó la amplitud de la migración de los vientos hacia el sur en lo atinente a su magnitud. Es decir, estimó como 10 algo que valía 100. Pues bien, el modelo también proyecta, en el futuro, una migración de los vientos hacia el sur. Si en el cotejo con los datos del pasado detectamos una subestimación de la magnitud, es posible que la proyección también esté subestimando en la misma escala”, advirtió Mazur Chiessi.

“El modelo acertó en la dirección de los vientos y en el intervalo de tiempo de la variación. Pero no así en la amplitud del cambio. Y esto es sumamente preocupante, pues puede indicar que la migración de los vientos hacia el sur podrán ser mucho mayor al final del siglo”, prosiguió.

De ser mayor, entre otras consecuencias, podrá ocasionar una disminución del área de secuestro de CO₂, situada al sur de los vientos del oeste, en la costa de Argentina, y un aumento de la área de emisión de CO₂, ubicada al norte de los vientos del oeste, en la costa de Uruguay y de Brasil. Por ende, habrá riesgo de una emisión de CO₂ aún mayor que la estimada.

En conjunto, los tres estudios ponen en evidencia la importancia de la interrelación entre la paleoclimatología, la climatología actual y el modelado climático para la proyección del clima futuro, al buscar en el pasado eventos que funcionen como análogos a eventos futuros y poner a prueba, mediante el cotejo entre la simulación y los datos empíricos, la precisión de las proyecciones.

“Asimismo, la paleoclimatología permite expandir los horizontes de los modelos climáticos, al poner en evidencia reacciones no necesariamente lineales. Los modelos exhiben dificultades al operar con variables no lineales. Un aporte de información del pasado puede contribuir a la mejora de las proyecciones”, concluyó Mazur Chiessi.

Desde el 21 de marzo, y hasta el 15 de abril, se realizó el crucero oceanográfico SAMBA (South American Hydrological Balance and Paleocéanography during the Late Pleistocene and Holocene), con el barco de investigaciones oceanográficas alemán Meteor. Dicho crucero, con una travesía entre las ciudades de Río de Janeiro y Fortaleza, en Brasil, recolectó datos y muestras de la columna de agua y de sedimentos del fondo oceánico. Y contó con participantes de la Universidad de Heidelberg, Alemania (André Bahr), de la Universidad Federal Fluminense (Ana Luiza Albuquerque) y de la Universidad de São Paulo (Cristiano M. Chiessi), en Brasil, entre otras instituciones.