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lunes, 22 de abril de 2019

Cambio climático: Soportamos las temperaturas más altas de todo el Cuaternario

Retroceso del glaciar de Rink, en la costa oeste de Groenlandia. Foto NASA. 

Según un estudio publicado este mismo mes en Science Advances, los humanos hemos provocado el cambio climático más profundo de los tres últimos millones de años.
El análisis de la relación δ18O [la relación isotópica Oxígeno-18 (O18) / Oxígeno-16 (O16)] es de enorme importancia en paleoclimatología, en particular en el estudio de océanos y glaciares. Los principales procesos que afectan a esa relación son la evaporación y la condensación. El agua de mar tiene generalmente un contenido mayor de  O18 que el del hielo de los glaciares y, por tanto, esa relación es mayor en ambientes marinos.
La relación δ18O osciló a lo largo del tiempo con la temperatura, por lo que medirla genera una información fundamental sobre los climas pasados y permite diferenciar entre los periodos glaciares e interglaciares. Durante los periodos glaciares, el contenido de  O18 en los océanos se incrementó, mientras que el isótopo más ligero O16 quedaba atrapado en el hielo glacial. La situación opuesta se presentó durante los periodos interglaciares (con temperaturas promedio globales más cálidas), cuando el hielo se derritió liberando los isótopos O16 y el contenido de O18 en los océanos disminuyó.
Gracias a esos análisis sabemos que el Cuaternario, el período geológico en el que nos desenvolvemos hoy, se caracteriza por la aparición de ciclos glaciares-interglaciares causados por el crecimiento cíclico y la descomposición de los casquetes de hielo continentales en el hemisferio Norte (HN). Antes de la iniciación de la glaciación que marca convencionalmente el inicio del Cuaternario hace ~2,7 millones años (MA), cesó el crecimiento de los casquetes del HN debido probablemente a la elevada concentración atmosférica de dióxido de carbono.
Después, los registros bentónicos de δ18O del Cuaternario muestran una tendencia hacia casquetes de hielo más grandes y un clima más frío, junto con un aumento de la amplitud de la variabilidad glaciar-interglaciar. De particular interés es la transición que tuvo lugar hace entre ~1,25 y ~0,7 MA, conocida como la transición del Pleistoceno medio (TPM), en la que hubo desde ciclos simétricos con un período de aproximadamente 41.000 años (KA) a ciclos fuertemente asimétricos de 100 KA. Se han propuesto varias hipótesis sobre el mecanismo de la TPM. Una de ellas postula un descenso gradual del dióxido de carbono durante los últimos tres MA para explicar tanto la aparición de Groenlandia como, de forma más general, de todas las glaciaciones del HN  y la transición TPM. Otra hipótesis atribuye la TPM a una eliminación gradual de una capa gruesa de regolito de Norteamérica y norte de Europa.
El mundo hace más de un millón de años.  Este gráfico muestra la extensión máxima de las capas de hielo del hemisferio Norte durante la primera parte del Cuaternario, hace aproximadamente entre 2,7 millones y 1 millón de años. Fuente.
De acuerdo con esas investigaciones, el nivel actual de dióxido de carbono atmosférico es probablemente más alto que en todo el Cuaternario, y ese aumento en el nivel de ese gas de efecto invernadero podría acarrear temperaturas jamás registradas en ese período geológico.
Los autores del estudio utilizaron modelos informáticos para examinar los cambios en el clima durante el Cuaternario, que comenzó con un período glaciar durante el cual las capas de hielo se deslizaron desde Groenlandia para cubrir gran parte de Norteamérica y Europa septentrional. Al principio, estos glaciares avanzaron y retrocedieron en ciclos de 41 KA impulsados por cambios en la órbita de la Tierra alrededor del Sol. Pero hace entre 1,25 y 0,7 MA, esos ciclos glaciares e interglaciares se ampliaron para aparecer cada 100 KA aproximadamente, en la llamada TPM. Dado que el patrón de variaciones en la órbita de la Tierra no había cambiado, la pregunta que cabía hacer es qué causó esa transición.
El equipo de investigadores encabezado por el alemán M. Willeit del Potsdam Institute for Climate Impact Research, utilizó una simulación del clima del Cuaternario para intentar responder a esa pregunta. Los modelos son tan buenos como los parámetros que se introduzcan y en este se incluyeron muchos: condiciones atmosféricas, condiciones oceánicas, vegetación, carbono global, polvo y capas de hielo. Los investigadores incluyeron lo que se conoce sobre esos parámetros y luego los modificaron en diferentes escenarios para ver qué condiciones podrían crear la TPM.
Descubrieron que para que los ciclos glaciares de 41.000 años cambiaran a ciclos de 100.000 tenían que suceder dos cosas: el dióxido de carbono atmosférico tenía que disminuir y los glaciares debían remover una capa de sedimentos llamada regolito.
El dióxido de carbono pudo haber disminuido por diferentes razones, como una disminución de los gases de efecto invernadero que emiten los volcanes, o cambios en la tasa de meteorización de las rocas, lo que provocaría que se atrapara más carbono en los sedimentos que se depositan en los fondos marinos. Menos carbono en la atmósfera significaba que se atrapaba menos calor, por lo que el clima se habría enfriado hasta el punto en que se podrían formar capas más grandes de hielo.
Los procesos geológicos proporcionaron el segundo ingrediente fundamental para los ciclos glaciares más largos. Cuando los continentes están libres de hielo durante largos períodos de tiempo, se cubren de una capa de roca molida y no consolidada llamada regolito. La Luna es un buen lugar para comprender este fenómeno: la gruesa capa de polvo de la nuestro satélite es un regolito.
El hielo que se forma sobre este regolito tiende a ser menos estable que el hielo que se forma sobre una roca firme (imagine la diferencia en la estabilidad entre una superficie hecha de esferas y la de una mesa plana). De manera similar, las capas de hielo depositadas sobre el regolito fluyen más rápido y se mantienen más delgadas que el hielo puro. Cuando los cambios en la órbita de la Tierra alteran la cantidad de calor que impacta en la superficie de la Tierra, las capas de hielo son particularmente propensas a fundirse.
Capas de hielo antes y después de la Transición del Pleistoceno Medio. Modelado del espesor máximo de hielo (A) antes y (B) después del TPM. Las líneas punteadas en (B) indican la extensión de hielo reconstruida en el último máximo glacial. Fuente.
La enorme potencia de los glaciares empujan los materiales del regolito hacia sus bordes. Esta limpieza que llevan a cabo los glaciares vuelve a exponer la roca madre. Después de unos pocos ciclos glaciares acontecidos en el Cuaternario temprano, la roca madre habría quedado expuesta, ofreciendo a las capas de hielo recién formadas un lugar más firme en el que anclar. Estas capas de hielo más resistentes, además de un clima más frío, dieron como resultado los ciclos glaciares más largos observados hace aproximadamente un MA. Los períodos interglaciares seguían estando sujetos a cambios orbitales, pero se hicieron más cortos.
Estos hallazgos son importantes para comprender las condiciones que determinaron que lugares como París o Madrid sean habitables y no estén cubiertos por un kilómetro de hielo. Pero también son útiles para interpretar el cambio climático actual.
Los registros de carbono atmosférico que existían hace unos 800 KA deben reconstruirse en lugar de medirse directamente, como se viene haciendo, a partir de núcleos de hielo, de manera que las estimaciones realizadas sobre la cantidad de carbono en la atmósfera han variado. La investigación de modelos de Willeit y su equipo sugiere que el dióxido de carbono estuvo por debajo de 400 partes por millón (ppm) durante todo el período Cuaternario. Hoy en día, el promedio global es de 405 ppm y sigue aumentando.
Según el modelo de Willeit y colaboradores, a finales del Plioceno, hace unos 2,5 MA, las temperaturas globales medias fueron 1,5 ºC más altas que el promedio antes del uso generalizado de combustibles fósiles. Esas temperaturas pliocénicas constituyen actualmente el récord de temperaturas más altas en todo el Cuaternario.
Pero eso podría cambiar pronto. De hecho, la temperatura media global es hoy 1,2 ºC más cálida que la media preindustrial. El Acuerdo de París 2016 limitaría el calentamiento a 1,4 ºC, lo que significa igualar el clima de hace 2,5 MA. Si el mundo no puede ajustarse a ese límite y se dirige los 2 ºC, el objetivo internacional anterior a París, será el promedio global más alto visto en todo el Cuaternario.
Puesto el estudio en perspectiva, lo que indican sus resultados es que incluso si observamos climas pasados en escalas de tiempo muy largas, lo que estamos haciendo ahora en términos de cambio climático es algo igual de grande pero mucho más rápido que lo que sucedió en el pasado. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.