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Los investigadores analizaron núcleos de hielo de Groenlandia y la Antártida. Imagen: Stolper et al. Fuente: Universidad de Princeton.
Investigadores de la Universidad de Princeton (Nueva Jersey, EE.UU.) han recabado 30 años de datos para construir el primer registro de las concentraciones de oxígeno atmosférico basado en núcleos de hielo, que abarcan los últimos 800.000 años, según un artículo publicado en la revista Science.
Los investigadores construyeron su historia del oxígeno atmosférico mediante las ratios oxígeno/nitrógeno del aire atrapado en el hielo antártico y de Groenlandia. Este método fue establecido por el coautor Michael Bender, profesor emérito de ciencias de la tierra de Princeton.
El registro muestra que el oxígeno atmosférico se ha reducido un 0,7 por ciento en ese tiempo, un ritmo razonable para los estándares geológicos, dicen los investigadores. Durante los últimos 100 años, sin embargo, el oxígeno del aire se ha reducido en un 0,1 por ciento, comparativamente rápido, debido a la quema de combustibles fósiles, que consume oxígeno y dióxido de carbono.
Curiosamente, la disminución de oxígeno atmosférico durante los últimos 800.000 años no estuvo acompañada por un aumento significativo en la cantidad promedio de dióxido de carbono en la atmósfera, aunque las concentraciones de dióxido de carbono varían durante los ciclos de la edad de hielo individuales.
Para explicar esta aparente paradoja, los investigadores plantean una teoría sobre cómo el ciclo global del carbono, el dióxido de carbono atmosférico y la temperatura de la Tierra están vinculados en escalas de tiempo geológicas.
"El planeta tiene varios procesos que pueden mantener los niveles de dióxido de carbono bajo control", dice el autor Daniel Stolper, investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra de Princeton. Los investigadores analizan en particular un proceso conocido como meteorización de silicatos, en el que el dióxido de carbono reacciona con la roca expuesta para producir, con el tiempo, minerales de carbonato de calcio, que atrapan dióxido de carbono en forma sólida.
A medida que aumentan las temperaturas debido al mayor de dióxido de carbono en la atmósfera, teóricamente las tasas de meteorización de silicatos aumentan y eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera más rápido.
Stolper y sus co-autores sugieren que el dióxido de carbono adicional emitido debido a la disminución de las concentraciones de oxígeno en la atmósfera estimularon la meteorización de silicatos, estabilizando el dióxido de carbono, pero permitiendo que el oxígeno siga disminuyendo.
"El registro de oxígeno nos está diciendo que hay también un cambio en la cantidad de dióxido de carbono [que se creó cuando se eliminó el oxígeno] que entra en la atmósfera y el océano", dice el co-autor John Higgins, profesor ayudante de ciencias de la tierra, en la web de Princeton. "Pero los niveles de dióxido de carbono de la atmósfera no están cambiando porque la Tierra ha tenido tiempo para responder a través de un aumento en las tasas de meteorización de silicatos".
Los investigadores construyeron su historia del oxígeno atmosférico mediante las ratios oxígeno/nitrógeno del aire atrapado en el hielo antártico y de Groenlandia. Este método fue establecido por el coautor Michael Bender, profesor emérito de ciencias de la tierra de Princeton.
El registro muestra que el oxígeno atmosférico se ha reducido un 0,7 por ciento en ese tiempo, un ritmo razonable para los estándares geológicos, dicen los investigadores. Durante los últimos 100 años, sin embargo, el oxígeno del aire se ha reducido en un 0,1 por ciento, comparativamente rápido, debido a la quema de combustibles fósiles, que consume oxígeno y dióxido de carbono.
Curiosamente, la disminución de oxígeno atmosférico durante los últimos 800.000 años no estuvo acompañada por un aumento significativo en la cantidad promedio de dióxido de carbono en la atmósfera, aunque las concentraciones de dióxido de carbono varían durante los ciclos de la edad de hielo individuales.
Para explicar esta aparente paradoja, los investigadores plantean una teoría sobre cómo el ciclo global del carbono, el dióxido de carbono atmosférico y la temperatura de la Tierra están vinculados en escalas de tiempo geológicas.
"El planeta tiene varios procesos que pueden mantener los niveles de dióxido de carbono bajo control", dice el autor Daniel Stolper, investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra de Princeton. Los investigadores analizan en particular un proceso conocido como meteorización de silicatos, en el que el dióxido de carbono reacciona con la roca expuesta para producir, con el tiempo, minerales de carbonato de calcio, que atrapan dióxido de carbono en forma sólida.
A medida que aumentan las temperaturas debido al mayor de dióxido de carbono en la atmósfera, teóricamente las tasas de meteorización de silicatos aumentan y eliminan el dióxido de carbono de la atmósfera más rápido.
Stolper y sus co-autores sugieren que el dióxido de carbono adicional emitido debido a la disminución de las concentraciones de oxígeno en la atmósfera estimularon la meteorización de silicatos, estabilizando el dióxido de carbono, pero permitiendo que el oxígeno siga disminuyendo.
"El registro de oxígeno nos está diciendo que hay también un cambio en la cantidad de dióxido de carbono [que se creó cuando se eliminó el oxígeno] que entra en la atmósfera y el océano", dice el co-autor John Higgins, profesor ayudante de ciencias de la tierra, en la web de Princeton. "Pero los niveles de dióxido de carbono de la atmósfera no están cambiando porque la Tierra ha tenido tiempo para responder a través de un aumento en las tasas de meteorización de silicatos".
Más rápido
"La Tierra puede hacerse cargo del dióxido de carbono extra cuando tiene cientos de miles o millones de años para organizarse. Por contra, la humanidad está liberando dióxido de carbono tan rápidamente que la meteorización de silicatos no puede responder lo suficientemente rápido", continúa Higgins. "La Tierra tiene estos largos procesos que la humanidad ha cortocircuitado."
Como el oxígeno es esencial para muchas formas de vida y procesos geoquímicos, se han desarrollado numerosos modelos y representaciones indirectas del contenido de oxígeno en la atmósfera a lo largo de los años, pero no había consenso sobre si las concentraciones de oxígeno han subido, bajado o permanecido planas durante el pasado millón de años (y antes de la quema de combustibles fósiles).
El equipo de Princeton analizó los datos de los núcleos de hielo para crear una contabilidad general de cómo ha cambiado el oxígeno atmosférico durante los últimos 800.000 años.
"Este registro representa un importante punto de referencia para el estudio de la historia del oxígeno de la atmósfera", dice Higgins. "La comprensión de la historia de oxígeno en la atmósfera de la Tierra está íntimamente ligada a la comprensión de la evolución de la vida compleja. Es una de esas grandes cuestiones en curso, fundamentales en la ciencia de la Tierra."
"La Tierra puede hacerse cargo del dióxido de carbono extra cuando tiene cientos de miles o millones de años para organizarse. Por contra, la humanidad está liberando dióxido de carbono tan rápidamente que la meteorización de silicatos no puede responder lo suficientemente rápido", continúa Higgins. "La Tierra tiene estos largos procesos que la humanidad ha cortocircuitado."
Como el oxígeno es esencial para muchas formas de vida y procesos geoquímicos, se han desarrollado numerosos modelos y representaciones indirectas del contenido de oxígeno en la atmósfera a lo largo de los años, pero no había consenso sobre si las concentraciones de oxígeno han subido, bajado o permanecido planas durante el pasado millón de años (y antes de la quema de combustibles fósiles).
El equipo de Princeton analizó los datos de los núcleos de hielo para crear una contabilidad general de cómo ha cambiado el oxígeno atmosférico durante los últimos 800.000 años.
"Este registro representa un importante punto de referencia para el estudio de la historia del oxígeno de la atmósfera", dice Higgins. "La comprensión de la historia de oxígeno en la atmósfera de la Tierra está íntimamente ligada a la comprensión de la evolución de la vida compleja. Es una de esas grandes cuestiones en curso, fundamentales en la ciencia de la Tierra."
Referencia bibliográfica:
D. A. Stolper, M. L. Bender, G. B. Dreyfus, Y. Yan, J. A. Higgins: A Pleistocene ice core record of atmospheric O2 concentrations. Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf5445
D. A. Stolper, M. L. Bender, G. B. Dreyfus, Y. Yan, J. A. Higgins: A Pleistocene ice core record of atmospheric O2 concentrations. Science (2016). DOI: 10.1126/science.aaf5445
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