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23 de Marzo de 2020
Geología

Un calentamiento global súbito empezó en una inundación de magma

Un estudio ha consolidado el nexo entre un episodio de intenso calentamiento global de hace 56 millones de años y la actividad volcánica en el Atlántico Norte, y de ello cabe sacar conclusiones sobre el cambio climático moderno.

Durante el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, un antiguo período cálido desencadenado por una liberación súbita de dióxido de carbono, el Ártico se parecía a una ciénaga subtropical; había cocodrilos [Norbert Nagel].

Hace unos 60 millones de años, unos cambios de circulación en las profundidades de nuestro planeta generaron una corriente caliente de roca (la pluma o surtidor de Islandia) que emergió desde las entrañas del manto terrestre. Cuando la roca del manto perforó el fondo del océano Atlántico Norte, la lava brotó por Escocia, Irlanda y Groenlandia y erigió espectaculares paisajes columnarios, como la Calzada del Gigante, en Irlanda del Norte, y la cueva de Fingal en Escocia.

A esta salva de saludo le siguió cuatro millones de años después un segundo brote gigantesco de roca caliente del manto, que ascendió de nuevo por la pluma de Islandia. Se fue hinchando bajo el fondo del mar y elevó una amplia región de este entre Groenlandia y Europa hasta exponerla al aire; de esta manera se formó un puente terrestre que conectaba Escocia y Groenlandia.

Bajo la superficie, ese pedazo de manto se fundió: era roca sólida y se convirtió en un magma fluido. El magma, entonces, se difundió, como la sangre en un moratón, a través de los sedimentos. Al extenderse, el magma formó miles de láminas horizontales, o sills, que cocerían materia orgánica en los sedimentos. Este proceso generó metano y dióxido de carbono que brotaron a través de chimeneas hidrotermales del fondo marino. A medida que lámina tras lámina de magma se extendía por el expansivo moratón durante miles de años, borboteó más y más gas en el océano, como si fuera un calentador de agua.

Las pruebas indican que en un momento sospechosamente cercano a toda esa actividad ígnea el planeta se calentó cinco grados. En aquel antiguo episodio de calentamiento, al que se le da el nombre de Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (MTPE), la tierra firme sufrió intensas precipitaciones mientras la acidificación y el calor del océano llevaron a muchas especies marinas a la extinción. También se extinguieron muchos animales terrestres y los reemplazaron especies enanas. En el Ártico había cocodrilos, tortugas gigantes y una vegetación como la de la actual Florida; el nivel del mar era unos 90 metros más alto.

El MTPE ocupa a los climatólogos desde su descubrimiento a principios de la década de 1990 por sus semejanzas con el cambio climático actual: un salto de temperaturas, la acidificación de los mares, un enorme aumento del nivel de carbono en la atmósfera y un efecto profundo en la vida. Para producir esos efectos tuvo que introducirse en la atmósfera un gran reservorio de carbono (unos diez billones de toneladas, según las estimaciones recientes). Pero ¿qué reservorio era ese? ¿Cómo pudo liberarse tan deprisa? Y ¿podría haber una cantidad similar de carbono dispuesta a amplificar nuestro calentamiento global de hoy?

«Si podemos entender [...] el análogo más parecido en los últimos cien millones de años, nos será más fácil discurrir sobre lo que va a pasar en el plazo de nuestra propia vida», dice Stephen Jones, geólogo de la Universidad de Birmingham.

Como muchas de las estructuras volcánicas del Atlántico Norte, a las que colectivamente los científicos llaman la «Provincia Ígnea del Atlántico Norte», se crearon a la vez que se producía el MTPE, es natural que se piense que son causa posible del calentamiento. Pero coincidencia no es causación, y ha habido buenas razones científicas para poner en duda que la actividad volcánica causase el cambio climático. Hace poco, un artículo de Jones y sus colaboradores de Birmingham ha despejado la última duda importante y ha demostrado que la actividad ígnea fue, en efecto, el motor principal del calentamiento.

 

La Calzada del Gigante, en Irlanda del Norte, es una formación geológica que consta de miles de columnas de basalto imbricadas. Las originaron las erupciones volcánicas de hace 60 millones de años [code poet].

El tipo de carbono equivocado

Aunque buena parte del volcanismo del Atlántico Norte sucedió cerca en el tiempo del MTPE, al principio muchos tenían más que dudas de que hubiese impulsado el calentamiento. Las capas sedimentarias que se formaron en esa época tenían el tipo equivocado de carbono: eran ricas  en el isótopo carbono-12, lo que señala una fuente de carbono orgánico en vez de una volcánica. La teoría más aceptada sostenía que las fluctuaciones de la órbita de la Tierra alrededor del Sol fundieron un tipo de metano congelado que se encontraba justo debajo del fondo del mar, los clatratos, o hidratos, de metano. Sin embargo, pocos indicios se encontraron de que hubiese suficientes clatratos en el mundo anterior al MTPE o de que pudiesen haberse derretido tan deprisa como para impulsar el calentamiento.

Un posible nexo perdido entre la Provincia Ígnea del Atlántico Norte y el carbón orgánico se halló en 2004, gracias a unos escaneos sísmicos efectuados en el fondo del mar ante las costas de Noruega. Cuando Henrik Svensen, de la Universidad de Oslo, y sus colaboradores analizaron los ecos grabados de los estampidos de aire de los barcos de prospección petrolífera, vieron unas fuentes hidrotermales que se proyectaban hacia arriba desde las láminas (sills) que se formaron más o menos cuando se produjo el MTPE.

Argumentaron que las fuentes son el resultado de que sills calientes cociesen los detritus, que son ricos en carbono-12. Esto habría generado metano y dióxido de carbono. La erupción de los gases se produciría a través del fondo marino y del mar hasta la atmósfera, donde habría impulsado el TMPE. Desde entonces se han localizado más chimeneas termales a ambos lados del Atlántico y una perforación ha extraído muestras de una de ellas. También se han conectado chimeneas parecidas, en Siberia y en Sudáfrica, a calentamientos globales de diferentes períodos de la historia: el Pérmico y el Jurásico, respectivamente.

No obstante, pocos pensaban que la actividad ígnea pudiese actuar con la rapidez necesaria. Los geólogos creen que los sills se formaron a lo largo de unos millones de años, mientras que los sedimentos fosilizados demuestran que bastaron unos miles de años para poner en marcha el TMPE.

El equipo de Birmingham ha cerrado ese vacío. Vieron que con la pluma de Islandia, como dice Jones, «se puede abrir el grifo [...] en cinco o diez mil años».

Cocina orgánica

En trabajos anteriores sobre las crestas de lava en forma de V cerca de Islandia, Jones había mostrado que los pulsos de manto caliente ascendían periódicamente por la pluma islandesa, empujando las placas tectónicas adyacentes. Según Jones, las crestas son una «prueba de cargo» que demuestra que realmente ha habido esos pulsos, pero por desgracia las crestas no se remontan hasta la época del MTPE.

Para obtener más pistas, Jones y sus colaboradores estudiaron el Miembro de Arenisca en los Forties (los Forties o Cuarentas son una parte del Mar del Norte con esa profundidad en brazas), cerca de Escocia. La ha estudiado, perforado y escaneado sísmicamente la industria del petróleo por su interés petrolífero; gracias a ello, los geólogos han averiguado que se formó con los restos erosionados del puente de tierra entre Escocia y Groenlandia que se elevaron desde el Atlántico hace 56 millones de años, coincidiendo con el MTPE. «Podemos ver sedimentos elevados y expuestos sobre el nivel del mar», dice Tom Dunkley Jones, coautor del artículo.

Gas, que probablemente incluye dióxido de carbono, asciende desde la fuente hidrotermal de Brimstone, en el fondo del océano Pacífico [Submarine ROF 2006, programa de chimeneas hidrotérmicas NOAA].

Ese ascenso es una señal clara del pulso gigante de manto que llegó desde abajo de la corteza; las diferencias temporales entre el ascenso en lugares diferentes le dijo al equipo de Birmingham la rapidez a la que el «moratón» de magma subsuperficial se extendió.

Pero para averiguar cuánta materia orgánica cocieron los sills, los científicos primero tenían que encontrarlos y medirlos. Esta tarea le correspondió a Murray Hogett y Karina Fernández, antiguos estudiantes de doctorado de Stephen Jones; escrutaron cuencas de miles de kilómetros cuadrados de escaneo sísmicos para deducir que hay entre 11.000 y 18.000 sills en la región. «Hasta que no tuviésemos la base de datos de las geometrías y dimensiones, no podíamos decir siquiera lo rápidos o regulares que tuvieron que ser [los sills] para que se obtenga la emisión correcta de carbono», dice Sarah Greene, una de las coautoras.

Los científicos combinaron entonces un modelo estándar de la industria del petróleo, para calcular el ritmo al que un sill individual genera gas, con una técnica estadística, la simulación de Montecarlo, para calcular el ritmo al que los sills emitían el gas colectivamente. 

«Un sill es pequeño y genera una cantidad pequeña de carbono», explica Greene. «Se necesitan unos cuantos que sean activos al mismo tiempo para que sumen los tipos de liberación total que vemos».

Disparador ígneo

Es notable que las emisiones que ha calculado el equipo concuerden con las estimaciones independientes de la liberación de carbono durante el MTPE calculadas a partir de los isótopos de sedimentos de hace 56 millones de años. «Que coincidan tan bien tiene... mucha fuerza», dice Greene.

El trabajo del grupo de Birmingham ha hecho que varios científicos que eran partidarios de los clatratos cambien de idea. Uno de estos expertos, el geocientífico Lee Kump, de la Universidad del Estado de Pennsylvania, dice que el nuevo estudio presenta «pruebas convincentes» de que la Provincia Ígnea del Atlántico Norte es «el disparador, y el principal mecanismo, de las emisiones de carbono durante el MTPE. No hace falta que intervengan los clatratos de metano». De manera parecida, James Zachos, de la Universidad de California, Santa Cruz, que descubrió algunas de las primeras pruebas del MTPE y que atribuía el fenómeno a los clatratos de metano, dice ahora que le parece que la actividad ígnea fue «el desencadenante y fuente principal del carbono». Apply Sluijs, de la Universidad de Utrecht, coincide con él. «El volcanismo podría ciertamente haber desencadenado el episodio».

Es posible que los clatratos o el permafrost amplificasen el calentamiento, dicen, pero el nuevo estudio indica con fuerza que predominó la actividad ígnea.

Un escaneo bidimensional de parte de la cuenca de Rockall, un accidente geográfico al noroeste de Escocia [https://doi.org/10.1038/s41467-019-12957-1].

Por el contrario, Richard Zeebe, de la Universidad de Hawai, Manoa, mantiene su opinión de que el MTPE y posteriores episodios de calentamiento coincidieron con momentos en los que la órbita de la Tierra alrededor del Sol proporcionaba más calor solar. «El MTPE es parte de una larga serie de episodios hipertérmicos» , dice, «y recurrir a un disparador especial para uno, por ejemplo el volcanismo para el MTPE, pero no para los otros no es lógico».

Otros científicos dicen que esos hipertérmicos posteriores son solo una expresión del normal ritmo orbital que se halla en sedimentos a lo largo de todo el tiempo geológico, mientras que el MTPE fue el doble de grande, mucho más brusco y no estaba sincronizado con las órbitas: la causa tuvo que ser otra.

La confirmación del origen ígneo del MTPE tiene consecuencias importantes para el cambio climático moderno.

Por ejemplo, coincide con un trabajo recién publicado que concluye que los clatratos de metano y el permafrost probablemente no contribuirán tanto al calentamiento futuro como algunos científicos se temen. Los hallazgos relativos al MTPE señalan también que nuestro conocimiento de la forma en que el planeta reacciona a grandes adiciones de carbono es fiable en líneas generales a lo largo de 60 millones de años y para el futuro.

Pero a corto plazo estamos en tierra ignota. Aunque durante el MTPE se emitió mucho más carbono que el que seguramente emitiremos, la escala temporal de varios milenios les dio tiempo a los procesos de la Tierra para ir en su contra y evitar un calentamiento más extremo.

«Es más de un orden de magnitud más rápido lo que estamos haciendo hoy, comparado con el pico del MTPE», dice Greene.

Howard Lee /Quanta Magazine

Artículo original traducido por Investigación y Ciencia con el permiso de QuantaMagazine.org, una publicación independiente promovida por la Fundación Simons para potenciar la comprensión pública de la ciencia.

Referencia: «Large Igneous Province thermogenic greenhouse gas flux could have initiated Paleocene-Eocene Thermal Maximum climate change», de Stephen M. Jones et al, en Nature Communications, 10, número de artículo: 5547 (2019).

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