El ciclo del carbono durante el último período glacial puede ayudar a monitorear la crisis climática

En el marco de un reciente estudio, y mediante el análisis de sedimentos marinos, se investigaron los intercambios gaseosos entre los océanos y la atmósfera. El calentamiento del Atlántico Sur provocó la liberación del CO₂ aprisionado en el fondo oceánico de la región austral, consignan sus autores

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Los intercambios gaseosos entre la atmósfera y los océanos constituyen un componente importante del ciclo del carbono, y cumplen un papel vital en la regulación del clima y en el mantenimiento del equilibrio ecológico del planeta. Se estima que los océanos absorben aproximadamente una tercera parte del dióxido de carbono (CO₂) que emite la humanidad. Por este motivo, la comprensión de los complejos procesos que rigen dichos intercambios gaseosos es de suma importancia, más aún ahora, en el marco de la crisis climática global.

Y en un reciente estudio se investigaron los procesos que rigieron en el pasado geológico reciente los flujos gaseosos entre la atmósfera y el océano Atlántico Sur. La referida investigación reveló un significativo equilibrio natural en los intercambios de CO₂, aun en un escenario de cambios climáticos abruptos. El trabajo se concretó en Brasil, contó con financiación de la FAPESP y salió publicado en la revista Global and Planetary Change.

“Investigamos períodos del pasado geológico reciente en los cuales el clima global sufrió cambios abruptos causados por la disminución de la intensidad de la circulación de vuelco meridional del Atlántico [AMOC, por sus siglas en inglés]. A estos sucesos se los conoce con el nombre en inglés de Heinrich Stadials (HS), en homenaje al climatólogo alemán Hartmut Heinrich”, comenta Tainã Pinho, autor corresponsal del trabajo, fruto de su proyecto de maestría llevado a cabo en el Instituto de Geociencias de la Universidad de São Paulo (IGc-USP).

Como la AMOC es responsable del transporte de una sustancial cantidad de calor desde el Atlántico Sur hacia el Atlántico Norte, una mengua de su eficiencia genera un enfriamiento en el Atlántico Norte y una acumulación de calor en el Atlántico Sur. Una importante consecuencia del calentamiento de la parte meridional del Atlántico fue el aumento de la surgencia marina en el océano Austral que circunda la Antártida. La surgencia o afloramiento es el ascenso de las aguas profundas a la superficie. Su intensificación hizo que el océano Austral liberase una gran cantidad de CO₂ que se encontraba aprisionada en el fondo oceánico hacia la atmósfera. Ese CO₂ proveniente del océano profundo posee una “huella dactilar” que hace posible distinguirlo del CO₂ oriundo de otras fuentes.

Toda esta historia quedó en cierta forma grabada en los sedimentos marinos. “Nuestro estudio se basó en análisis de microconchas de foraminíferos planctónicos, preservadas en tres testigos sedimentarios marinos. Dos de ellos se recolectaron en la costa brasileña, en los estados de Alagoas y Santa Catarina, y el tercero en Sudáfrica. Los análisis de las microconchas permitieron reconstituir y entender un importante nexo en los intercambios gaseosos entre la atmósfera y el Atlántico Sur durante los eventos HS”, dice Pinho.

Según el investigador, “los análisis isotópicos realizados y los resultados del modelado matemático indicaron que el carbono proveniente del fondo oceánico se traslada primeramente desde el océano Austral hacia la atmósfera, y posteriormente entra en equilibrio con la parte superior del Atlántico Sur”.

Esa comprensión fue posible mediante el estudio de la composición de los isótopos estables del carbono presentes en las microconchas, que están formadas fundamentalmente por carbonato de cálcio (CaCO₃). Los isótopos estables son átomos de un elemento químico que posee el mismo número de protones, pero tienen cantidades distintas de neutrones en sus núcleos, y no están sujetos al decaimento radioativo. En el caso del carbono, procesos naturales como la fotosíntesis le asignan preferencia a la incorporación de un isótopo en detrimento del otro en la materia orgánica. Y cuando los organismos que producen la fotosíntesis en la cima del océano mueren, se hunden en la columna de agua y se degradan a grandes profundidades. En ese momento, el isótopo que se incorporó preferentemente se libera nuevamente hacia el pool de CO₂ de las aguas del océano profundo, generando así la mentada “huella dactilar”.

“Con base en la comparación entre la composición isotópica de las microconchas obtenidas en los tres testigos sedimentarios marinos y la composición isotópica del CO₂ atmosférico registrada en los testigos del hielo de la Antártida, pudimos arribar a la conclusión de que el Atlántico Sur registró aumentos del CO₂ atmosférico durante los eventos HS”, afirma Pinho.

Los investigadores observaron un exceso de uno de los isótopos estables del carbono –más precisamente del carbono 12, también denominado “carbono liviano”– durante los eventos HS. Y esta es la “huella dactilar” del CO₂ del océano profundo. Las microconchas detectaron la emisión de CO₂ con exceso de carbono 12 del fondo oceánico de la región austral hacia la atmósfera que entró entonces en equilibrio con la capa superficial del Atlántico Sur.

“Ese equilibrio no se limitó a los primeros metros de la columna de agua, sino que alcanzó profundidades de al menos 300 metros. A través del mismo, la ‘huella dactilar’ del CO₂ del océano profundo se trasladó a la parte superficial del Atlántico Sur”, añade Pinho.

Actualmente existe un grupo creciente de evidencias que apunta hacia un debilitamiento o incluso un colapso de la AMOC a finales de este siglo. Aparte del calentamiento global en curso, esto podrá causar un calentamiento adicional del Atlántico Sur y repercutir en el clima planetario.

“Como la solubilidad del CO₂ en el agua disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua, este calentamiento puede menguar la capacidad de los océanos de absorber CO₂, desconectando así al menos parcialmente a los océanos de la atmósfera. Este importante desequilibrio podrá rastrearse a través de la composición isotópica del carbono del CO₂ en el agua del océano, de manera análoga a lo que se hizo en el estudio al que acá se alude”, comenta el profesor Cristiano Chiessi, director de la investigación de Pinho en el IGc-USP y coautor del artículo.

La comprensión de las bases y de los límites naturales del ciclo del carbono que conectaban a la atmósfera con los océanos en el pasado enriquecerá los escenarios sobre los cambios climáticos en curso. El eventual desacoplamiento entre estos importantísimos reservorios de carbono −la atmósfera y los océanos− es algo que debe monitorearse con suma atención. “La composición de los isótopos estables de carbono en foraminíferos planctónicos requiere de una interpretación compleja, pero puede suministrar pistas relevantes para la comprensión de aspectos específicos del ciclo del carbono”, puntualiza Chiessi.

El director de la investigación remarca que además de las conclusiones a las que se arribó, este estudio constituyó un notable esfuerzo de laboratorio, al obtener nuevos registros de tres áreas distintas del Atlántico Sur con más de 940 análisis.

El trabajo contó con financiación de la FAPESP en el marco de tres proyectos (19/10642-6, 18/15123-4 y 19/24349-9) y se llevó a cabo en el ámbito de los programas de Investigaciones en Caracterización, Conservación, Restauración y Uso Sostenible de la Biodiversidad (BIOTA) y de Investigaciones de Cambios Climáticos Globales (PFPMCG).  

Puede accederse a la lectura del artículo intitulado Thermodynamic air-sea equilibration controls carbon isotopic composition of the South Atlantic thermocline during the last glacial period en el siguiente enlace: www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921818123001960?via%3Dihub.