La capa de hielo de Groenlandia debe su existencia al crecimiento de un arco de islas en el sudeste asiático, que se extiende desde Sumatra hasta Nueva Guinea, durante los últimos 15 millones de años, afirma un nuevo estudio
Según un análisis realizado por investigadores de la Universidad de California, Berkeley, UC Santa Bárbara y un instituto de investigación en Toulouse, Francia, cuando el continente australiano empujó estas islas volcánicas fuera del océano, las rocas quedan expuestas a la lluvia mezclada con dióxido de carbono, que es ácido. Los minerales dentro de las rocas se disolvieron y se lavaron con el carbono en el océano, consumiendo suficiente dióxido de carbono para enfriar el planeta y permitir la formación de grandes capas de hielo en América del Norte y el norte de Europa.
"Tienes la corteza continental de Australia arrasando en estas islas volcánicas, lo que te da montañas realmente altas justo al sur del ecuador", dijo Nicholas Swanson-Hysell, profesor asociado de ciencia terrestre y planetaria en UC Berkeley y autor principal del estudio. "Entonces, tienes este gran aumento de área de tierra que es bastante empinada, en una región donde es cálida y húmeda y hay muchos tipos de rocas que tienen la capacidad de secuestrar carbono de forma natural".
A partir de hace unos 15 millones de años, esta formación de montaña tropical extrajo dióxido de carbono de la atmósfera, disminuyendo la fuerza del efecto invernadero y enfriando el planeta. Hace unos 3 millones de años, la temperatura de la Tierra era lo suficientemente fría como para permitir que la nieve y el hielo permanecieran durante el verano y se convirtieran en enormes capas de hielo sobre el hemisferio norte, como la que cubre Groenlandia hoy.
Una vez que crecieron las capas de hielo del hemisferio norte, otras dinámicas climáticas llevaron a un ciclo de máximos y mínimos glaciales cada 40.000 a 100.000 años. En el máximo glacial más reciente, hace unos 15.000 años, enormes capas de hielo cubrieron la mayor parte de Canadá, las partes del norte de los EE. UU., Escandinavia y gran parte de las islas británicas.
“Si no fuera por el secuestro de carbono que está ocurriendo en las islas del sudeste asiático, no hubiéramos terminado con el clima que incluye una capa de hielo de Groenlandia y estos ciclos glaciales e interglaciares”, dijo Swanson-Hysell. "No hubiéramos cruzado este umbral de CO2 atmosférico para iniciar las capas de hielo del hemisferio norte".
En la imagen podemos observar en la izquierda las islas del sudeste asiático con su antigua área más pequeña (roja), reconstruida por el equipo científico. Han crecido hasta su tamaño actual durante los últimos 15 millones de años. en la derecha se muestra la extensión de las capas de hielo sobre América del Norte durante el último máximo glacial hace 18.000 años. Las grandes capas de hielo en el hemisferio norte se desarrollaron por primera vez hace 2,7 millones de años.
El crecimiento y la disminución periódicos de las capas de hielo del norte, el ciclo de máximos y mínimos glaciares, probablemente se posponga debido a las emisiones humanas que han aumentado las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera.
“Un proceso que tomó millones de años lo hemos revertido en 100 años”, dijo Swanson-Hysell. "Durante las próximas decenas a cientos de miles de años, los procesos geológicos en lugares como el sudeste asiático volverán a reducir los niveles de CO2 en la atmósfera, un ritmo que es frustrantemente lento cuando la humanidad se enfrenta al impacto del calentamiento global actual".
La investigación se publicó en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences .
La meteorización de las rocas secuestra carbono
Los geólogos han especulado durante mucho tiempo sobre los procesos que periódicamente calientan y enfrían el planeta, cubriendo ocasionalmente todo el globo con hielo y convirtiéndolo en una llamada Tierra bola de nieve.
En la imagen superior se muestra cómo las costas y las áreas de las islas del sudeste asiático, desde Sumatra a la izquierda hasta Nueva Guinea a la derecha, aumentaron durante los últimos 15 millones de años a medida que emergían del océano. Un aumento significativo en el área durante los últimos 5 millones de años coincide con el enfriamiento y el inicio de la glaciación del hemisferio norte. Un nuevo análisis indica que el ascenso de estas montañas tropicales provocó una disminución del dióxido de carbono atmosférico que impulsó este enfriamiento.
Una vez que los científicos se dieron cuenta de que, en el transcurso de millones de años, los procesos tectónicos mueven masas de tierra alrededor del planeta como enormes piezas de rompecabezas, buscaron una conexión entre los movimientos continentales y las colisiones y las edades de hielo. Los ciclos de la órbita de la Tierra son responsables de las fluctuaciones de temperatura de 40.000 o 100.000 años que se superponen al calentamiento y enfriamiento a largo plazo.
El ascenso del Himalaya en Asia en las latitudes medias durante los últimos 50 millones de años ha sido un candidato principal para el enfriamiento y el inicio de un clima glacial después de un intervalo geológico prolongado sin capas de hielo.
Hace unos años, sin embargo, Swanson-Hysell y Macdonald vieron una correlación entre la formación de montañas en áreas tropicales y el inicio de intervalos de tiempo con edades de hielo durante los últimos 500 millones de años.
En 2017, propusieron que una era de hielo importante hace 445 millones de años se desencadenó por la formación de montañas en los trópicos, y la siguieron en 2019 con una correlación más completa de los últimos cuatro intervalos de tiempo del clima glacial y las colisiones entre continentes y las zonas de arcos de islas tropicales. Argumentan que la combinación de una mayor exposición de la roca con minerales que pueden secuestrar carbono y una gran cantidad de lluvia tropical cálida es particularmente eficaz para extraer dióxido de carbono de la atmósfera.
El proceso implica la disolución química de las rocas que consumen dióxido de carbono, que luego se bloquea en minerales de carbonato que forman la roca caliza en el océano. El calcio dentro de las conchas marinas que se encuentran en la playa puede haber salido de una montaña tropical al otro lado del mundo, dijo Swanson-Hysell.
“Creamos una nueva base de datos de este tipo de eventos de formación de montañas y luego reconstruimos la latitud en la que ocurrieron”, dijo Swanson-Hysell. “Entonces vimos, oye, hay mucho enfriamiento cuando se está construyendo una gran cantidad de este tipo de montaña en los trópicos, que es el escenario del sudeste asiático. Las islas del sudeste asiático son el mejor análogo para los procesos que también vemos más en el pasado ".
Para el artículo actual, Park, Swanson-Hysell y Macdonald se asociaron con Goddéris para modelar con mayor precisión cuáles serían los niveles de dióxido de carbono con los cambios en el tamaño de las islas del sudeste asiático.
Los investigadores recrearon primero los tamaños de las islas a medida que crecían durante los últimos 15 millones de años, centrándose principalmente en las más grandes: Java, Sumatra, Filipinas, Sulawesi y Nueva Guinea. Calcularon que el área de las islas aumentó de 0.3 millones de kilómetros cuadrados hace 15 millones de años a 2 millones de kilómetros cuadrados en la actualidad. El estudiante graduado de UC Santa Bárbara, Eliel Anttila, quien era un estudiante de licenciatura en ciencias terrestres y planetarias en UC Berkeley y es coautor del artículo, contribuyó a este aspecto de la investigación.
Luego utilizaron el modelo informático GEOCLIM de Godderis para estimar cómo el crecimiento de estas islas alteró los niveles de carbono en la atmósfera. Junto con el becario postdoctoral de UC Berkeley Pierre Maffre, quien recientemente obtuvo su Ph.D. en el laboratorio de Godderis, actualizaron el modelo para tener en cuenta el efecto variable de diferentes tipos de rocas. El modelo está vinculado con un modelo climático para relacionar los niveles de CO2 con las temperaturas y precipitaciones globales.
Descubrieron que el aumento de la superficie terrestre a lo largo del borde sureste del Pacífico se correspondía con el enfriamiento global, reconstruido a partir de las composiciones de isótopos de oxígeno en los sedimentos oceánicos. Los niveles de dióxido de carbono inferidos del modelo también coinciden con algunas estimaciones basadas en mediciones, aunque Swanson-Hysell admite que estimar los niveles de CO2 hace más de un millón de años es difícil e incierto.
Según su modelo, la meteorización química solo en las islas del sudeste asiático disminuyó los niveles de CO2 de más de 500 partes por millón (ppm) hace 15 millones de años a aproximadamente 400 ppm hace 5 millones de años y, finalmente, a niveles preindustriales de 280 ppm. La quema de combustibles fósiles ahora ha elevado el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera a 411 ppm, niveles que no se han visto en la Tierra durante millones de años.
Si bien se estima que el umbral para la glaciación del Ártico es de aproximadamente 280 ppm de dióxido de carbono, el umbral para la formación de la capa de hielo en el Polo Sur es mucho más alto: alrededor de 750 ppm. Es por eso que las capas de hielo de la Antártida comenzaron a formarse mucho antes, hace unos 34 millones de años, que las del Ártico.
Si bien el modelo de los investigadores no les permite aislar los efectos climáticos del ascenso del Himalaya, su escenario de islas del sudeste asiático por sí solo puede explicar la aparición de las capas de hielo del hemisferio norte. Exploraron el efecto de los eventos volcánicos que ocurren aproximadamente al mismo tiempo, incluidos los flujos de lava masivos o los basaltos de inundación, como los de Etiopía y América del Norte (trampas colombinas). Aunque se ha propuesto la erosión de tales rocas como un desencadenante de la edad de hielo, el modelo muestra que esta actividad jugó un papel menor, en comparación con el surgimiento de las islas del sudeste asiático.
“Estos resultados destacan que el estado climático de la Tierra es particularmente sensible a los cambios en la geografía tropical”, concluyen los autores.
El equipo franco-estadounidense planea modelar otras glaciaciones pasadas, incluida la del período Ordovícico de hace 445 millones de años que, en 2017, propusieron Swanson-Hysell y Macdonald fue provocada por una colisión similar a la que ocurre hoy en las islas del sudeste asiático. Esa colisión tuvo lugar durante la primera fase de construcción de las montañas de los Apalaches, cuando el actual este de los Estados Unidos estaba ubicado en los trópicos.
Swanson-Hysell le da crédito al Fondo France-Berkeley del campus por proporcionar recursos para una colaboración inicial con Goddéris que condujo a una gran subvención colaborativa del programa Frontier Research in Earth Science de la National Science Foundation (NSF) para continuar con la investigación que dio como resultado este documento.