La Tierra puede regular su propia temperatura durante milenios
El clima de la Tierra ha sufrido grandes cambios, desde volcanismo global hasta edades de hielo que enfrían el planeta y cambios dramáticos en la radiación solar. Y sin embargo, la vida, durante los últimos 3.700 millones de años, ha seguido latiendo
Ahora, un estudio realizado por investigadores del MIT en Science Advances confirma que el planeta alberga un mecanismo de "retroalimentación estabilizadora" que actúa durante cientos de miles de años para alejar el clima muy extremo, manteniendo las temperaturas globales dentro de un rango estable y habitable.
La meteorización de silicatos
Un mecanismo probable es la "meteorización de silicatos", un proceso geológico por el cual la meteorización lenta y constante de las rocas de silicato implica reacciones químicas que finalmente extraen dióxido de carbono de la atmósfera y lo depositan en los sedimentos oceánicos, atrapando el gas en las rocas.
Los científicos han sospechado durante mucho tiempo que la meteorización de silicatos juega un papel importante en la regulación del ciclo del carbono de la Tierra. El mecanismo de meteorización de silicatos podría proporcionar una fuerza geológicamente constante para mantener bajo control el dióxido de carbono y las temperaturas globales. Pero nunca ha habido evidencia directa de la operación continua de tal retroalimentación, hasta ahora.
Los nuevos hallazgos se basan en un estudio de datos paleoclimáticos que registran cambios en las temperaturas globales promedio durante los últimos 66 millones de años. El equipo del MIT aplicó un análisis matemático para ver si los datos revelaban algún patrón característico de los fenómenos estabilizadores que controlaban las temperaturas globales en una escala de tiempo geológica.
Descubrieron que, de hecho, parece haber un patrón constante en el que los cambios de temperatura de la Tierra se amortiguan en escalas de tiempo de cientos de miles de años. La duración de este efecto es similar a las escalas de tiempo en las que se predice que actuará la meteorización de silicatos.
Los resultados son los primeros en utilizar datos reales para confirmar la existencia de una retroalimentación estabilizadora, cuyo mecanismo probablemente sea la meteorización de silicatos.
"Por un lado, es bueno porque sabemos que el calentamiento global actual eventualmente se cancelará a través de esta retroalimentación estabilizadora", dice Constantin Arnscheidt, estudiante graduado en el Departamento de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra del MIT (EAPS). "Pero, por otro lado, llevará cientos de miles de años, por lo que no será lo suficientemente rápido como para resolver nuestros problemas actuales".
El estudio es coautor de Arnscheidt y Daniel Rothman, profesor de geofísica en el MIT.
Estabilidad en los datos
Los científicos han visto previamente indicios de un efecto estabilizador del clima en el ciclo del carbono de la Tierra: los análisis químicos de rocas antiguas han demostrado que el flujo de carbono dentro y fuera del entorno de la superficie de la Tierra se ha mantenido relativamente equilibrado, incluso a través de cambios dramáticos en la temperatura global. Además, los modelos de meteorización de silicatos predicen que el proceso debería tener algún efecto estabilizador en el clima global. Y finalmente, el hecho de que la habitabilidad de la Tierra sea duradera apunta a algún control geológico inherente sobre los cambios extremos de temperatura.
"Tienes un planeta cuyo clima estuvo sujeto a tantos cambios externos dramáticos. ¿Por qué la vida sobrevivió todo este tiempo? Un argumento es que necesitamos algún tipo de mecanismo estabilizador para mantener las temperaturas adecuadas para la vida", dice Arnscheidt. "Pero nunca se ha demostrado a partir de datos que tal mecanismo haya controlado consistentemente el clima de la Tierra".
Arnscheidt y Rothman buscaron confirmar si una retroalimentación estabilizadora realmente ha estado funcionando, al observar los datos de las fluctuaciones de la temperatura global a lo largo de la historia geológica. Trabajaron con una variedad de registros de temperatura global compilados por otros científicos, a partir de la composición química de antiguos fósiles marinos y conchas, así como núcleos de hielo antárticos conservados.
"Todo este estudio solo es posible porque ha habido grandes avances en la mejora de la resolución de estos registros de temperatura de aguas profundas", señala Arnscheidt. "Ahora tenemos datos que se remontan a 66 millones de años, con puntos de datos separados por miles de años como máximo".
Acelerando a una parada
A los datos, el equipo aplicó la teoría matemática de las ecuaciones diferenciales estocásticas, que se usa comúnmente para revelar patrones en conjuntos de datos que fluctúan ampliamente.
"Nos dimos cuenta de que esta teoría hace predicciones sobre cómo se esperaría que fuera el historial de temperatura de la Tierra si hubiera habido retroalimentaciones actuando en ciertas escalas de tiempo", explica Arnscheidt.
Usando este enfoque, el equipo analizó la historia de las temperaturas globales promedio durante los últimos 66 millones de años, considerando todo el período en diferentes escalas de tiempo, como decenas de miles de años versus cientos de miles, para ver si surgieron patrones de retroalimentación estabilizadora dentro cada escala de tiempo.
"Hasta cierto punto, es como si su automóvil estuviera acelerando por la calle, y cuando aplica los frenos, se desliza durante mucho tiempo antes de detenerse", dice Rothman. "Hay una escala de tiempo en la que se activa la resistencia por fricción, o una retroalimentación estabilizadora, cuando el sistema vuelve a un estado estable".
Sin retroalimentaciones estabilizadoras, las fluctuaciones de la temperatura global deberían crecer con la escala de tiempo. Pero el análisis del equipo reveló un régimen en el que las fluctuaciones no crecían, lo que implica que reinaba un mecanismo estabilizador en el clima antes de que las fluctuaciones se hicieran demasiado extremas. La escala de tiempo para este efecto estabilizador (cientos de miles de años) coincide con lo que los científicos predicen para la meteorización de silicatos.
Curiosamente, Arnscheidt y Rothman encontraron que en escalas de tiempo más largas, los datos no revelaron ninguna retroalimentación estabilizadora. Es decir, no parece haber ningún retroceso recurrente de las temperaturas globales en escalas de tiempo de más de un millón de años. Entonces, en estas escalas de tiempo más largas, ¿Qué ha mantenido las temperaturas globales bajo control?
"Existe la idea de que el azar puede haber jugado un papel importante en la determinación de por qué, después de más de 3 mil millones de años, todavía existe la vida", ofrece Rothman.
En otras palabras, a medida que las temperaturas de la Tierra fluctúan en períodos más largos, estas fluctuaciones pueden ser lo suficientemente pequeñas en el sentido geológico, para estar dentro de un rango en el que una retroalimentación estabilizadora, como la meteorización de silicatos, podría mantener periódicamente el clima bajo control. y más concretamente, dentro de una zona habitable.
"Hay dos campos: algunos dicen que la probabilidad aleatoria es una explicación suficientemente buena, y otros dicen que debe haber una retroalimentación estabilizadora ", dice Arnscheidt. "Podemos mostrar, directamente a partir de los datos, que la respuesta probablemente esté en algún punto intermedio. En otras palabras, hubo cierta estabilización, pero la suerte pura probablemente también jugó un papel en mantener la Tierra continuamente habitable".
Referencia
Presence or absence of stabilizing Earth system feedbacks on different time scales. CONSTANTIN W. ARNSCHEIDT AND DANIEL H. ROTHMAN. SCIENCE ADVANCES.16 Nov 2022. Vol 8, Issue 46. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
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