Sabemos muito sobre como os níveis de dióxido de carbono (CO2) podem impulsionar as mudanças climáticas, mas e a maneira como as mudanças climáticas podem causar flutuações nos níveis de CO2? Uma nova pesquisa de uma equipe internacional de cientistas revela um dos mecanismos pelos quais um clima mais frio foi acompanhado pelo esgotamento do CO2 atmosférico durante as eras glaciais passadas.

O objetivo geral do trabalho é entender melhor como e por que a Terra passa por mudanças climáticas periódicas, que pode lançar luz sobre como os fatores antropogênicos podem afetar o clima global.

A temperatura média da Terra flutuou naturalmente em cerca de 4 a 5 graus Celsius ao longo dos últimos milhões de anos, à medida que o planeta entrava e saía dos períodos glaciais. Durante esse tempo, os níveis de CO2 atmosférico da Terra flutuaram entre cerca de 180 e 280 partes por milhão (ppm) a cada 100, 000 anos ou mais. (Nos últimos anos, as emissões de carbono causadas pelo homem aumentaram essa concentração para mais de 400 ppm.)

Cerca de 10 anos atrás, os pesquisadores notaram uma correspondência próxima entre as flutuações nos níveis de CO2 e na temperatura nos últimos milhões de anos. Quando a terra está mais fria, a quantidade de CO2 na atmosfera também está em seu nível mais baixo. Durante a era do gelo mais recente, que terminou por volta das 11, 000 anos atrás, as temperaturas globais estavam 5 graus Celsius mais baixas do que são hoje, e as concentrações atmosféricas de CO2 estavam em 180 ppm.

Usando uma biblioteca de mais de 10, 000 corais do fundo do mar coletados por Jess Adkins da Caltech, uma equipe internacional de cientistas mostrou que os períodos de climas mais frios estão associados a uma maior eficiência do fitoplâncton e a uma redução de nutrientes na superfície do Oceano Antártico (o oceano que circunda a Antártica), que está relacionado a um aumento no sequestro de carbono nas profundezas do oceano. Um artigo sobre sua pesquisa aparece na semana de 13 de março na edição online do Proceedings of the National Academy of Sciences .

"É fundamental entender por que a concentração de CO2 atmosférico foi menor durante as eras glaciais. Isso nos ajudará a entender como o oceano responderá às contínuas emissões antropogênicas de CO2, "diz Xingchen (Tony) Wang, autor principal do estudo. Wang era um estudante de graduação em Princeton enquanto conduzia a pesquisa no laboratório de Daniel Sigman, Dusenbury Professor de Ciências Geológicas e Geofísicas. Ele agora é um pós-doutorado da Simons Foundation em Origins of Life no Caltech.

Há 60 vezes mais carbono no oceano do que na atmosfera - em parte porque o oceano é muito grande. A massa dos oceanos do mundo é cerca de 270 vezes maior do que a da atmosfera. Como tal, o oceano é o maior regulador de carbono na atmosfera, atuando como um sumidouro e uma fonte de CO2 atmosférico.

Os processos biológicos são o principal motor da absorção de CO2 da atmosfera para o oceano. Assim como fotossintetizar árvores e plantas na terra, O plâncton na superfície do mar transforma o CO2 em açúcares que são eventualmente consumidos por outras criaturas. À medida que as criaturas marinhas que consomem esses açúcares - e o carbono que eles contêm - morrem, eles afundam no oceano profundo, onde o carbono fica preso longe da atmosfera por um longo tempo. Esse processo é chamado de "bomba biológica".

Uma população saudável de fitoplâncton ajuda a bloquear o carbono da atmosfera. Para prosperar, o fitoplâncton precisa de nutrientes - notavelmente, azoto, fósforo, e ferro. Na maior parte do oceano moderno, o fitoplâncton esgota todos os nutrientes disponíveis na superfície do oceano, e a bomba biológica opera com eficiência máxima.

Contudo, no moderno Oceano Antártico, há uma quantidade limitada de ferro - o que significa que não há fitoplâncton suficiente para consumir totalmente o nitrogênio e o fósforo nas águas superficiais. Quando há menos biomassa viva, também há menos que pode morrer e afundar - o que resulta em uma diminuição no sequestro de carbono. A bomba biológica não está operando atualmente com a eficiência que teoricamente poderia.

Para rastrear a eficiência da bomba biológica ao longo dos últimos 40 anos, 000 anos, Adkins e seus colegas coletaram mais de 10, 000 fósseis do coral Desmophyllum dianthus.

Por que coral? Duas razões:primeiro, à medida que cresce, o coral acrescenta um esqueleto ao seu redor, precipitar carbonato de cálcio (CaCO3) e outros oligoelementos (incluindo nitrogênio) da água ao seu redor. Esse processo cria um registro rochoso da química do oceano. Segundo, o coral pode ser datado com precisão usando uma combinação de datação por radiocarbono e urânio.

"Encontrando alguns corais fósseis de alguns centímetros de altura 2, 000 metros de profundidade no oceano não é uma tarefa trivial, "diz Adkins, Smits Family Professor de Geoquímica e Ciências Ambientais Globais na Caltech.

Adkins e seus colegas coletaram corais na fenda relativamente estreita (500 milhas) conhecida como Passagem Drake entre a América do Sul e a Antártica (entre outros lugares). Como o Oceano Antártico flui ao redor da Antártica, todas as suas águas afunilam através dessa abertura - fazendo com que as amostras coletadas por Adkins sejam um registro robusto da água em todo o Oceano Antártico.

Wang analisou as proporções de dois isótopos de átomos de nitrogênio nesses corais - nitrogênio-14 (14N, a variedade mais comum do átomo, com sete prótons e sete nêutrons em seu núcleo) e nitrogênio-15 (15N, que tem um nêutron extra). Quando o fitoplâncton consome nitrogênio, eles preferem 14N a 15N. Como resultado, há uma correlação entre a proporção de isótopos de nitrogênio no afundamento de matéria orgânica (que os corais comem quando cai no fundo do mar) e quanto nitrogênio está sendo consumido na superfície do oceano - e, por extensão, a eficiência da bomba biológica.

Uma quantidade maior de 15N nos fósseis indica que a bomba biológica estava operando com mais eficiência naquela época. Uma analogia seria monitorar o que uma pessoa come em sua casa. Se eles estão comendo mais de seus alimentos menos apreciados, então, pode-se presumir que a quantidade de comida em sua despensa está acabando.

De fato, Wang descobriu que maiores quantidades de 15N estavam presentes em fósseis correspondentes à última idade do gelo, indicando que a bomba biológica estava operando com mais eficiência durante esse tempo. Como tal, a evidência sugere que climas mais frios permitem que mais biomassa cresça na superfície do Oceano Antártico - provavelmente porque climas mais frios experimentam ventos mais fortes, que pode soprar mais ferro dos continentes para o Oceano Antártico. Essa biomassa consome carbono, então morre e afunda, trancando-o longe da atmosfera.

Adkins e seus colegas planejam continuar sondando a biblioteca de corais em busca de mais detalhes sobre os ciclos das mudanças na química dos oceanos nas últimas centenas de milhares de anos.

O estudo é intitulado "Evidência de coral do fundo do mar para menores concentrações de nitrato na superfície do Oceano Antártico durante a última era do gelo."