En los últimos 540 millones de años, la Tierra ha sufrido cinco eventos de extinción masiva, cada uno de los cuales involucró procesos que alteraron el ciclo normal del carbono a través de la atmósfera y los océanos. Estas perturbaciones globalmente fatales en el carbono se desarrollaron durante miles o millones de años, yson coincidentes con el exterminio generalizado de especies marinas en todo el mundo.
La pregunta para muchos científicos es si el ciclo del carbono está experimentando una sacudida significativa que podría inclinar al planeta hacia una sexta extinción masiva. En la era moderna, las emisiones de dióxido de carbono han aumentado constantemente desde el siglo XIX, pero descifrando si esto es recienteEl aumento en el carbono podría llevar a la extinción masiva ha sido un desafío, principalmente porque es difícil relacionar las antiguas anomalías de carbono, que ocurren entre miles y millones de años, con las interrupciones actuales, que han tenido lugar en poco más de un siglo.
Ahora Daniel Rothman, profesor de geofísica en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT y codirector del Centro Lorenz del MIT, ha analizado cambios significativos en el ciclo del carbono en los últimos 540 millones de años, incluidos los cinco eventos de extinción masivaIdentificó "umbrales de catástrofe" en el ciclo del carbono que, de superarse, conducirían a un ambiente inestable y, en última instancia, a la extinción en masa.
en un artículo publicado en Avances científicos , propone que la extinción en masa ocurra si se cruza uno de los dos umbrales: para los cambios en el ciclo del carbono que ocurren durante largos períodos de tiempo, las extinciones seguirán si esos cambios ocurren a tasas más rápidas de lo que los ecosistemas globales pueden adaptar. Para las perturbaciones de carbono que tomanlugar en escalas temporales más cortas, el ritmo de los cambios en el ciclo del carbono no importará; en cambio, el tamaño o la magnitud del cambio determinarán la probabilidad de un evento de extinción.
Tomando este razonamiento en el tiempo, Rothman predice que, dado el reciente aumento de las emisiones de dióxido de carbono en un período de tiempo relativamente corto, una sexta extinción dependerá de si se agrega una cantidad crítica de carbono a los océanos. Esa cantidad, calcula, es de aproximadamente 310 gigatoneladas, que estima que son aproximadamente equivalentes a la cantidad de carbono que las actividades humanas habrán agregado a los océanos del mundo para el año 2100.
¿Significa esto que la extinción masiva seguirá pronto en el cambio de siglo? Rothman dice que tomaría algún tiempo, alrededor de 10,000 años, para que tales desastres ecológicos se desarrollen. Sin embargo, dice que para 2100 el mundo podríahan entrado en "territorio desconocido"
"Esto no está diciendo que el desastre ocurra al día siguiente", dice Rothman. "Está diciendo que, si no se controla, el ciclo del carbono pasaría a un reino que ya no sería estable y se comportaría de una manera queser difícil de predecir. En el pasado geológico, este tipo de comportamiento está asociado con la extinción en masa ".
La historia sigue a la teoría
Rothman había trabajado previamente en la extinción final del Pérmico, la extinción más severa en la historia de la Tierra, en la que un pulso masivo de carbono a través del sistema de la Tierra estuvo involucrado en la eliminación de más del 95 por ciento de las especies marinas en todo el mundo. Desde entonces,Las conversaciones con colegas lo estimularon a considerar la probabilidad de una sexta extinción, lo que plantea una pregunta esencial :
"¿Cómo puede realmente comparar estos grandes eventos en el pasado geológico, que ocurren en tan vastas escalas de tiempo, con lo que está sucediendo hoy, que es siglos como máximo?", Dice Rothman. "Así que me senté un día de verano e intentépensar en cómo se podría hacer esto sistemáticamente "
Eventualmente derivó una fórmula matemática simple basada en principios físicos básicos que relaciona la tasa crítica y la magnitud del cambio en el ciclo del carbono con la escala de tiempo que separa el cambio rápido del lento. Él planteó la hipótesis de que esta fórmula debería predecir si la extinción en masa, o algunaotro tipo de catástrofe global, debería ocurrir.
Rothman preguntó si la historia seguía su hipótesis. Al buscar en cientos de artículos de geoquímica publicados, identificó 31 eventos en los últimos 542 millones de años en los que ocurrió un cambio significativo en el ciclo del carbono de la Tierra. Para cada evento, incluidas las cinco extinciones en masa, Rothman observó el cambio en el carbono, expresado en el registro geoquímico como un cambio en la abundancia relativa de dos isótopos, el carbono 12 y el carbono 13. También señaló la duración del tiempo durante el cual ocurrieron los cambios.
Luego ideó una transformación matemática para convertir estas cantidades en la masa total de carbono que se agregó a los océanos durante cada evento. Finalmente, trazó la masa y la escala de tiempo de cada evento.
"Se hizo evidente que había una tasa de cambio característica que al sistema básicamente no le gustaba pasar", dice Rothman.
En otras palabras, observó un umbral común en el que la mayoría de los 31 eventos parecían permanecer por debajo. Si bien estos eventos implicaron cambios significativos en el carbono, fueron relativamente benignos, no lo suficiente como para desestabilizar el sistema hacia la catástrofe. En contraste, cuatrode los cinco eventos de extinción masiva se encuentran por encima del umbral, siendo la extinción más severa del final del Pérmico la más lejana de la línea.
"Entonces se convirtió en una cuestión de averiguar qué significaba", dice Rothman.
una fuga oculta
Tras un análisis posterior, Rothman descubrió que la tasa crítica de catástrofe está relacionada con un proceso oculto dentro del ciclo natural del carbono de la Tierra. El ciclo es esencialmente un ciclo entre la fotosíntesis y la respiración. Normalmente, hay una "fuga" en el ciclo,en el que una pequeña cantidad de carbono orgánico se hunde en el fondo del océano y, con el tiempo, es enterrado como sedimento y secuestrado del resto del ciclo del carbono.
Rothman descubrió que la tasa crítica era equivalente a la tasa de producción excesiva de dióxido de carbono que resultaría de tapar la fuga. Cualquier ciclo adicional de dióxido de carbono inyectado en el ciclo no podría describirse por el circuito en sí. Uno o más procesos adicionales podríanen cambio, han llevado el ciclo del carbono a un territorio inestable.
Luego determinó que la tasa crítica se aplica solo más allá de la escala de tiempo en la cual el ciclo marino del carbono puede restablecer su equilibrio después de ser perturbado. Hoy, esta escala de tiempo es de aproximadamente 10,000 años. Para eventos mucho más cortos, el umbral crítico no esya no está vinculado a la velocidad a la que se agrega carbono a los océanos sino a la masa total del carbono. Ambos escenarios dejarían un exceso de carbono circulando a través de los océanos y la atmósfera, lo que probablemente resultaría en el calentamiento global y la acidificación de los océanos.
El siglo es el límite
A partir de la tasa crítica y la escala de tiempo de equilibrio, Rothman calculó que la masa crítica de carbono para el día moderno es de aproximadamente 310 gigatoneladas.
Luego comparó su predicción con la cantidad total de carbono agregado a los océanos de la Tierra para el año 2100, como se proyectó en el informe más reciente del Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático. Las proyecciones del IPCC consideran cuatro posibles vías para las emisiones de dióxido de carbono,que van desde una asociada con políticas estrictas para limitar las emisiones de dióxido de carbono, hasta otra relacionada con la amplia gama de escenarios sin limitaciones.
El mejor escenario proyecta que los humanos agregarán 300 gigatoneladas de carbono a los océanos para 2100, mientras que se agregarán más de 500 gigatones en el peor de los casos, superando con creces el umbral crítico. En todos los escenarios, Rothman muestra quepara 2100, el ciclo del carbono estará cerca o más allá del umbral de catástrofe.
"Debería haber formas de reducir [las emisiones de dióxido de carbono]", dice Rothman. "Pero este trabajo señala las razones por las que debemos tener cuidado, y da más razones para estudiar el pasado para informar el presente".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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