Os últimos milhões de anos da história da Terra foram caracterizados por frequentes “ciclos glacial-interglaciais”, grandes oscilações no clima que estão ligadas ao crescimento e encolhimento de enormes mantos de gelo que abrangem o continente. Esses ciclos são acionados por oscilações sutis na órbita e rotação da Terra, mas as oscilações orbitais são sutis demais para explicar as grandes mudanças no clima.
“A causa das eras glaciais é um dos grandes problemas não resolvidos nas geociências”, disse Daniel Sigman, o professor de ciências geológicas e geofísicas de Dusenbury. “Explicar este fenômeno climático dominante melhorará nossa capacidade de prever mudanças climáticas futuras.”
Na década de 1970, os cientistas descobriram que a concentração de dióxido de carbono (CO2) do gás de efeito estufa atmosférico era cerca de 30% menor durante as eras glaciais. Isso levou a teorias de que a diminuição dos níveis de CO2 atmosférico é um ingrediente-chave nos ciclos glaciais, mas as causas da mudança de CO2 permaneceram desconhecidas. Alguns dados sugeriram que, durante as eras glaciais, o CO2 ficou preso nas profundezas do oceano, mas a razão para isso foi debatida.
Agora, uma colaboração internacional liderada por cientistas da Universidade de Princeton e do Instituto Max Planck de Química (MPIC) encontraram evidências indicando que durante as eras glaciais, as mudanças nas águas superficiais do Oceano Antártico trabalharam para armazenar mais CO2 no oceano profundo. Usando núcleos de sedimentos do oceano Antártico, os pesquisadores geraram registros detalhados da composição química da matéria orgânica presa nos fósseis das diatomáceas – algas flutuantes que cresceram nas águas superficiais, morreram e afundaram no fundo do mar. Suas medições fornecem evidências de reduções sistemáticas na ressurgência impulsionada pelo vento no Oceano Antártico durante as idades do gelo. A pesquisa aparece na edição atual da revista Science.
Por décadas, os pesquisadores souberam que o crescimento e afundamento de algas marinhas bombeia CO2 para as profundezas do oceano, um processo freqüentemente conhecido como “bomba biológica”. A bomba biológica é impulsionada principalmente pelos oceanos tropicais, subtropicais e temperados e é ineficiente perto dos pólos, onde o CO2 é liberado de volta para a atmosfera pela rápida exposição de águas profundas à superfície. O pior criminoso é o oceano Antártico: os fortes ventos de leste que circundam o continente antártico puxam águas profundas ricas em CO2 para a superfície, “vazando” CO2 para a atmosfera.
O potencial de redução da ressurgência provocada pelo vento para manter mais CO2 no oceano e, portanto, para explicar a redução de CO2 atmosférico da era do gelo, também foi reconhecido há décadas. Até agora, no entanto, os cientistas não tinham uma maneira de testar de forma inequívoca essa mudança.
A colaboração Princeton-MPIC desenvolveu tal abordagem, usando minúsculas diatomáceas. As diatomáceas são algas flutuantes que crescem abundantemente nas águas superficiais da Antártica e suas cascas de sílica se acumulam nos sedimentos do fundo do mar. Os isótopos de nitrogênio nas conchas das diatomáceas variam com a quantidade de nitrogênio não utilizado na água de superfície. A equipe de Princeton-MPIC mediu as razões de isótopos de nitrogênio do traço de matéria orgânica aprisionado nas paredes minerais desses fósseis, que revelou a evolução das concentrações de nitrogênio nas águas superficiais da Antártica nos últimos 150.000 anos, cobrindo duas eras glaciais e dois períodos interglaciais quentes .
“A análise dos isótopos de nitrogênio presos em fósseis como as diatomáceas revela a concentração de nitrogênio na superfície no passado”, disse Ellen Ai, primeira autora do estudo e estudante de graduação em Princeton que trabalha com Sigman e com os grupos de Alfredo Martínez-García e Gerald Haug no MPIC. “As águas profundas têm altas concentrações do nitrogênio do qual as algas dependem. Quanto mais ressurgência ocorre na Antártica, maior é a concentração de nitrogênio na água de superfície. Portanto, nossos resultados também nos permitiram reconstruir as mudanças na ressurgência antártica.”
Os dados foram tornados mais poderosos por uma nova abordagem para datar os sedimentos da Antártica. A mudança da temperatura da água da superfície foi reconstruída nos núcleos de sedimentos e comparada com os registros da temperatura do ar no gelo da Antártica.
“Isso nos permitiu conectar muitos recursos no registro de nitrogênio das diatomáceas a mudanças climáticas e oceânicas coincidentes em todo o mundo”, disse Martínez-García. “Em particular, agora somos capazes de definir o momento do declínio da ressurgência, quando o clima começa a esfriar, bem como conectar as mudanças da ressurgência na Antártica com as rápidas oscilações climáticas durante as eras glaciais.”
Este tempo mais preciso permitiu aos pesquisadores identificar os ventos como o principal fator para as mudanças de ressurgência.
As novas descobertas também permitiram aos pesquisadores desvendar como as mudanças na ressurgência antártica e no CO2 atmosférico estão ligadas aos gatilhos orbitais dos ciclos glaciais, trazendo os cientistas um passo mais perto de uma teoria completa para a origem das eras glaciais.
“Nossas descobertas mostram que a mudança de CO2 atmosférico impulsionada pela ressurgência foi fundamental para os ciclos, mas nem sempre da maneira que muitos de nós imaginamos”, disse Sigman. “Por exemplo, em vez de acelerar a descida para as idades do gelo, a ressurgência da Antártica causou mudanças de CO2 que prolongaram os climas mais quentes.”
Suas descobertas também têm implicações para prever como o oceano responderá ao aquecimento global. Modelos de computador produziram resultados ambíguos sobre a sensibilidade dos ventos polares às mudanças climáticas. A observação dos pesquisadores de uma grande intensificação da ressurgência provocada pelo vento no oceano Antártico durante os períodos quentes do passado sugere que a ressurgência também se fortalecerá sob o aquecimento global. É provável que a ressurgência antártica mais forte acelere a absorção de calor pelo oceano do aquecimento global em curso, ao mesmo tempo que afeta as condições biológicas do oceano Antártico e do gelo da Antártica.
“As novas descobertas sugerem que a atmosfera e o oceano ao redor da Antártica mudarão muito no próximo século”, disse Ai. “No entanto, como o CO2 da queima de combustível fóssil é exclusivo dos tempos atuais, mais trabalho é necessário para entender como as mudanças do Oceano Antártico afetarão a taxa na qual o oceano absorve esse CO2.”
“Ressurgência do Oceano Antártico, obliquidade da Terra e mudança de CO2 atmosférico glacial-interglacial” por Xuyuan Ellen Ai, Anja S. Studer, Daniel M. Sigman, Alfredo Martínez-García, François Fripiat, Lena M. Thöle, Elisabeth Michel, Julia Gottschalk, Laura Arnold, Simone Moretti, Mareike Schmitt, Sergey Oleynik, Samuel L. Jaccard e Gerald H. Haug aparecem na edição de 11 de dezembro da Science.
Publicado em 12/12/2020 14h22
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