Perfeccionan modelos climáticos mediante un estudio geoquímico

Material recolectado en cavernas y en el fondo de lagos ayuda a entender de qué modo varió el clima en el pasado y cómo se combinan los factores naturales y la intervención humana en la determinación del clima futuro

Por José Tadeu Arantes

Agência FAPESP – ¿Cuál es el impacto de las oscilaciones naturales de larga y mediana duración en la configuración climática? ¿Cómo evolucionó durante los últimos 50 mil años aquélla que es actualmente la mayor selva del mundo? ¿En qué medida los datos del pasado validan las proyecciones para el futuro?

Preguntas como éstas compusieron el telón de fondo del proyecto de investigación intitulado “La variabilidad del sistema de monzón de América del Sur durante los últimos tres milenios mediante la integración de registros lacustres, de espeleotemas y marinos”, coordinado por Francisco William da Cruz Junior, del Instituto de Geociencias de la Universidad de São Paulo (IG-USP), y por Renato Campello Cordeiro, del Instituto de Química de la Universidad Federal Fluminense (IQ-UFF). Este proyecto fue posible merced a un acuerdo de cooperación entre la FAPESP y la Fundación Carlos Chagas Filho de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Río de Janeiro (Faperj).

En el estudio se hicieron reconstituciones del clima y del ambiente de miles de años atrás, en el territorio que actualmente es Brasil, investigando el fondo de lagos y cavernas. Según Da Cruz, de la USP, este tipo de investigaciones, en las cuales se estudia el llamado “paleoclima”, podrán ayudar a los climatólogos en la actualidad. “Hoy en día son muy conocidos los ciclos de alta frecuencia, tales como los del El Niño y La Niña, que se repiten en intervalos de entre dos y siete años. Pero hay ciclos naturales más largos, que duran varias décadas, siglos o hasta milenios, y existe una limitación estadística para detectarlos, pues nuestras series temporales no son lo suficientemente extensas, toda vez que dependen de la edad de las estaciones de recolección”, dijo.

De acuerdo con los autores, la investigación abarcó un intervalo de tiempo mucho mayor que los 3 mil años referidos en el título del proyecto. El trabajo realizado por Da Cruz consistió en analizar muestras de cavernas (espeleotemas), más específicamente de estalagmitas, que fueron datadas mediante el método de decaimiento radiactivo del uranio al torio y después sometidas a análisis geoquímicos. En tanto, Campello Cordeiro se valió en su estudio de perfiles sedimentarios lacustres –el lodo parcialmente endurecido de los fondos de los lagos– y efectuó la datación de las diversas secciones de esas columnas mediante el método del carbono 14.

Una de las constataciones apuntó que la Selva Amazónica adquirió la exuberancia que la caracteriza actualmente en una época sumamente reciente, durante los últimos 4 mil años.

Muestras de cavernas

En el caso de los espeleotemas, como se trata de material inorgánico –carbonatos infiltrados por aguas de lluvias y depositados en las cavernas–, no pudo aplicarse la técnica más conocida del carbono 14, que resulta efectiva únicamente para muestras orgánicas.

“Al medirse las concentraciones de uranio y de torio con el espectrómetro de masa, es posible estimar, por la relación entre los dos valores, la edad de la muestra, con un margen de error de tan sólo el 1%”, dijo Da Cruz.

Una vez datadas, se las sometió a las muestras a análisis geoquímicos. La composición química de cada sección del material se correlaciona con las condiciones ambientales prevalentes en el período de formación de la capa.

“Resulta difícil traducir la composición química en milímetros de lluvia anuales. Pero es posible detectar oscilaciones de precipitaciones caracterizando períodos más o menos lluviosos, y con base en ello construir un mapa de distribución de lluvias a escala continental”, detalló Da Cruz.

Según el científico, el indicador más seguro, en el caso de sus muestras, es la razón de los diferentes isótopos del oxígeno: la razón entre el oxígeno 18, que es raro, y el oxígeno 16, el más abundante. Esa relación permitió determinar incluso la procedencia de las precipitaciones, si se generaron debido a la humedad proveniente de la Amazonia o del Atlántico, por ejemplo.

Los sedimentos de lagos

“El estudio del paleoclima me hizo revisar algunos conceptos de la Ecología”, recordó Campello Cordeiro. “La Ecología opera con la idea de clímax, de que el ecosistema alcanza un apogeo de complejidad a partir del cual empieza a declinar. No obstante, la ciencia paleoclimática muestra que los sistemas cambian de estructura y de funcionamiento en función del clima, estando siempre en equilibrio con los cambios climáticos.”

“Los sistemas forestales amazónicos tal como los conocemos actualmente con relación a sus biomasas constituyen un producto de la relativa estabilidad climática de los últimos 4 mil años. Durante ese lapso, la biomasa aumentó de manera significativa y con una creciente acumulación de carbono hasta los días actuales, y componen hoy en día el bioma más importante de la biósfera terrestre en existencias y captura de carbono. Este patrimonio se encuentra ahora bajo una fuerte amenaza debido a la acción humana”, dijo el profesor de la UFF.

De acuerdo con Campello Cordeiro, el nivel de los lagos existentes en la Amazonia exhibió un movimiento descendiente en el período que se extiende entre 50 mil y 18 mil años atrás. Y muchos lagos se secaron entre los 25 mil y 18 mil años en función de la última era glacial, cuando el régimen hidrológico global disminuyó con la retención de agua en los glaciares.

Posteriormente, hace entre 15 mil y 8 mil años, el clima nuevamente se tornó húmedo. Y, hace entre 8 mil y 4 mil años hubo nuevamente un período de disminución de la humedad denominado “fase seca del Holoceno Medio”.

“Durante esa fase, el clima fue extremadamente variable, con épocas en las cuales la selva creció y otras en las cuales padeció intensos desarreglos, con la ocurrencia de muchos incendios. A partir de 4 mil años atrás –con períodos secos intercalados menos intensos que los del Holoceno Medio–, el clima se volvió consistentemente más húmedo. Especialmente durante los últimos 400 años, la selva experimentó un incremento significativo de su biomasa. En las muestras más recientes nos percatamos del impacto de la presencia humana debido al gran aumento de partículas carbonizadas”, le dijo Campello Cordeiro a Agência FAPESP.

“El índice de sedimentación varía de lago en lago. Una columna de 1 metro puede tener hasta 40 mil años en un caso y tan sólo 100 años en otro. Si el índice de sedimentación es elevado, la muestra exhibirá una alta resolución temporal. Por otra parte, si el índice de sedimentación es bajo, una misma longitud de columna, aunque tenga menor resolución, permitirá bucear mucho más profundamente en el pasado. Tenemos registros de Lagoa da Pata, en la Amazonia, cerca de la línea del Ecuador, casi en la frontera con Venezuela, en los cuales una columna de 1,20 m nos permitió retroceder 50 mil años”, dijo.

El cálculo del índice de sedimentación es sencillo, al menos desde el punto de vista conceptual. Basta con dividir la distancia entre dos secciones de la columna por el intervalo de tiempo comprendido entre sus respectivas edades, estimadas con el carbono 14. El cociente se expresa en centímetros por año.

Pero el objetivo de la investigación, cuyo desarrollo a cargo de Campello Cordeiro sigue adelante luego de la finalización del proyecto FAPESP-Faperj, es mucho más ambicioso. Y consiste en recolectar la columna de sedimentos, datar las diferentes secciones e investigar en cada sección los indicadores correlacionados con las condiciones ambientales. “Cada columna demanda alrededor de dos años de trabajo”, comentó.

El conjunto de los indicadores engloba la granulometría (el tamaño de los granos hallados informa acerca de la hidrodinámica del medio), la geoquímica inorgánica (a partir de la composición mineral es posible determinar las fuentes de los sedimentos) y la geoquímica orgánica (por ejemplo, si la vegetación existente en alrededor del lago en el período considerado era de tipo forestal o de gramíneas), entre otros factores.

“Trabajamos en cooperación con científicos que estudian la composición de los granos de polen depositados en los sedimentos. Si hay pólenes de vegetación arbórea, eso informa que el clima era más húmedo en aquella época. En tanto, los pólenes de gramíneas y de otros vegetales adaptados a condiciones de estrés hídrico indican la existencia de un clima más seco. Y los pólenes de especies cultivadas apunta la intervención humana”, explicó Campello Cordeiro.

Otro indicador que el investigador utiliza bastante es la cuantificación de partículas carbonizadas. Éste suministra indicios de momentos en los cuales la selva padeció trastornos relacionados con la aparición de climas más secos o con la intervención humana. “Al cruzar datos geoquímicos con los datos de los pólenes es posible interpretar si los incendios fueron eventos espontáneos o producto de la acción humana”, añadió.

El pasado que revela el futuro

Tanto en el caso de los espeleotemas de Da Cruz como en el de los perfiles lacustres de Campello Cordeiro, la integración de una gran cantidad de datos hace posible construir escenarios sobre el clima del pasado. Y con base en ellos efectuar valiosos aportes a los actuales modelos.

“Esperamos poder determinar patrones naturales para que los que trabajan con modelos puedan diferenciar entre esas ocurrencias y las causadas por factores antrópicos, y entender el acoplamiento de una cosa con la otra”, resumió Da Cruz.

“Empezamos estudiando los efectos de fenómenos de larga duración, tales como los Ciclos de Milankovich, muy bien descritos en la literatura, que son el resultado de distintos procesos astronómicos [tales como la variación de la distancia entre la Tierra y el Sol causada por las interacciones gravitacionales de la Tierra con otros planetas y con el Sol, que generan ciclos de precesión de 23 mil y 19 mil años]”, afirmó el investigador.

“Luego transitamos hacia ciclos de variación climática más cortos, de unos pocos miles de años, de siglos y de décadas, tal como la Oscilación Multidecadal del Atlántico [Atlantic Multidecadal Oscillation, o AMO], generada por cambios en la circulación oceánica. El reto consiste en llegar a ciclos cada vez más cortos, de alta recurrencia en la actualidad”, añadió.

“En una serie temporal muy corta, la actual sequía que afecta a la región sudeste de Brasil tiende a considerarse un evento singular. Pero con la incorporación de datos paleoclimáticos y con la elaboración de series más largas a lo mejor se pueden detectar otros períodos de sequía severa de hace centenas de años. Y con base en esto estimar de qué modo la intervención humana está magnificando los eventuales ciclos naturales.”

Los datos que suministró el estudio del paleoclima pueden contribuir no solamente para perfeccionar los modelos climáticos, sino también en la gestión ambiental. Esto surge con claridad en una línea de investigación que Campello Cordeiro lleva adelante en la Amazonia, por ejemplo, en la cual investiga la correlación entre las variaciones climáticas y la acumulación de carbono en los lagos de humedales.

“Hoy en día sabemos razonablemente bien cuánto carbono hay en la selva que se encuentra de pie y cuánto carbono existe en los suelos. Colegas han publicado también dos trabajos importantes sobre el transporte de carbono a cargo de los ríos amazónicos rumbo al mar. Pero todavía tenemos pocos estudios referentes a la acumulación de carbono en los lagos de vegas”, dijo.

“De los 6 millones de kilómetros cuadrados de la Amazonia, alrededor de 800 mil kilómetros cuadrados corresponden a áreas anegables: es razonable suponer que la acumulación de carbono en las vegas constituye un factor sumamente importante en relación con la dinámica en la biósfera de ese elemento fundamental para el equilibrio climático del planeta”, dijo Campello Cordeiro.

La estimación del monto de esa reserva es especialmente apremiante ante la perspectiva de construcción de un numeroso conjunto de represas en la Amazonia.

“El impacto podrá ser muy grande, pues en caso de que se construyan esas represas cambiará fuertemente el régimen hidrológico y prácticamente se extinguirán los sistemas de vegas o humedales, que en el conjunto hacen las veces de un importante compartimento acumulador de carbono”, advirtió Campello Cordeiro.