Quantidades enormes de fuligem, levantado no ar a partir de incêndios florestais globais após um ataque de um asteróide massivo 66 milhões de anos atrás, teria mergulhado a Terra na escuridão por quase dois anos, novas descobertas de pesquisa. Isso teria desligado a fotossíntese, resfriou drasticamente o planeta, e contribuiu para a extinção em massa que marcou o fim da era dos dinossauros.

Esses novos detalhes sobre como o clima poderia ter mudado drasticamente após o impacto de um asteróide de 10 quilômetros de largura serão publicados em 21 de agosto no Proceedings of the National Academy of Sciences . O estudo, liderado pelo National Center for Atmospheric Research (NCAR) com o apoio da NASA e da University of Colorado Boulder, usou um modelo de computador de classe mundial para pintar um quadro rico de como as condições da Terra poderiam ter parecido no final do período Cretáceo, informações que os paleobiólogos podem usar para entender melhor por que algumas espécies morreram, especialmente nos oceanos, enquanto outros sobreviveram.

Os cientistas estimam que mais de três quartos de todas as espécies na Terra, incluindo todos os dinossauros não aviários, desapareceu na fronteira dos períodos Cretáceo-Paleógeno, um evento conhecido como extinção K-Pg. As evidências mostram que a extinção ocorreu ao mesmo tempo em que um grande asteróide atingiu a Terra, onde hoje é a Península de Yucatán. A colisão teria causado terremotos, tsunamis, e até erupções vulcânicas.

Os cientistas também calculam que a força do impacto teria lançado rocha vaporizada bem acima da superfície da Terra, onde teria condensado em pequenas partículas conhecidas como esférulas. Conforme as esférulas caíram de volta para a Terra, eles teriam sido aquecidos pela fricção a temperaturas altas o suficiente para provocar incêndios globais e assar a superfície da Terra. Uma fina camada de esférulas pode ser encontrada em todo o mundo no registro geológico.

"A extinção de muitos dos grandes animais em terra pode ter sido causada pelas consequências imediatas do impacto, mas os animais que viviam nos oceanos ou aqueles que podiam cavar no subsolo ou deslizar temporariamente para o fundo da água poderiam ter sobrevivido, "disse o cientista do NCAR Charles Bardeen, quem conduziu o estudo. "Nosso estudo retoma a história após os efeitos iniciais - após os terremotos, os tsunamis e a grelha. Queríamos analisar as consequências de longo prazo da quantidade de fuligem que pensamos ter sido criada e o que essas consequências podem ter significado para o animais que sobraram. "

Outros co-autores do estudo são Rolando Garcia e Andrew Conley, ambos cientistas do NCAR, e Owen "Brian" Toon, pesquisador da University of Colorado Boulder.

Um mundo sem fotossíntese

Em estudos anteriores, os pesquisadores estimaram a quantidade de fuligem que pode ter sido produzida por incêndios florestais globais medindo os depósitos de fuligem ainda preservados no registro geológico. Para o novo estudo, Bardeen e seus colegas usaram o Community Earth System Model (CESM) baseado no NCAR para simular o efeito da fuligem no clima global daqui para frente. Eles usaram as estimativas mais recentes da quantidade de fuligem fina encontrada na camada de rocha deixada após o impacto (15, 000 milhões de toneladas), bem como quantidades maiores e menores, quantificar a sensibilidade do clima a incêndios mais ou menos extensos.

Nas simulações, a fuligem aquecida pelo Sol foi elevada cada vez mais alto na atmosfera, eventualmente formando uma barreira global que bloqueou a grande maioria da luz solar de atingir a superfície da Terra. "No início, teria sido tão escuro quanto uma noite de luar, "Toon disse.

Enquanto os céus teriam clareado gradualmente, a fotossíntese teria sido impossível por mais de um ano e meio, de acordo com as simulações. Porque muitas das plantas em terra já teriam sido incineradas nos incêndios, a escuridão provavelmente teria tido seu maior impacto sobre o fitoplâncton, que sustentam a cadeia alimentar do oceano. A perda desses minúsculos organismos teria um efeito cascata no oceano, eventualmente devastando muitas espécies de vida marinha.

A equipe de pesquisa também descobriu que a fotossíntese teria sido temporariamente bloqueada mesmo em níveis muito mais baixos de fuligem. Por exemplo, em uma simulação usando apenas 5, 000 milhões de toneladas de fuligem - cerca de um terço da melhor estimativa das medições - a fotossíntese ainda teria sido impossível durante um ano inteiro.

Nas simulações, a perda de luz solar causou um declínio acentuado nas temperaturas médias na superfície da Terra, com uma queda de 50 graus Fahrenheit (28 graus Celsius) sobre a terra e 20 graus Fahrenheit (11 graus Celsius) sobre os oceanos.

Enquanto a superfície da Terra resfriou nos cenários de estudo, a atmosfera mais acima na estratosfera tornou-se realmente muito mais quente à medida que a fuligem absorveu a luz do sol. As temperaturas mais altas causaram a destruição do ozônio e permitiram que grandes quantidades de vapor d'água fossem armazenadas na alta atmosfera. O vapor d'água então reagiu quimicamente na estratosfera para produzir compostos de hidrogênio que levaram a uma maior destruição do ozônio. A perda de ozônio resultante teria permitido que doses prejudiciais de luz ultravioleta atingissem a superfície da Terra após a eliminação da fuligem.

O grande reservatório de água na alta atmosfera formado nas simulações também fez com que a camada de fuligem bloqueadora da luz solar fosse removida abruptamente após persistir por anos, uma descoberta que surpreendeu a equipe de pesquisa. À medida que a fuligem começou a sair da estratosfera, o ar começou a esfriar. Este resfriamento, por sua vez, fez com que o vapor de água se condensasse em partículas de gelo, que lavou ainda mais fuligem da atmosfera. Como resultado desse ciclo de feedback - o resfriamento causando precipitação que causou mais resfriamento - a camada de fuligem cada vez mais fina desapareceu em apenas alguns meses.

Desafiando o modelo

Embora os cientistas pensem que o novo estudo dá uma imagem robusta de como grandes injeções de fuligem na atmosfera podem afetar o clima, eles também alertam que o estudo tem limitações.

Por exemplo, as simulações foram executadas em um modelo da Terra moderna, não é um modelo que representa a aparência da Terra durante o período Cretáceo, quando os continentes estavam em locais ligeiramente diferentes. A atmosfera há 66 milhões de anos também continha concentrações de gases um pouco diferentes, incluindo níveis mais elevados de dióxido de carbono.

Adicionalmente, as simulações não tentaram explicar as erupções vulcânicas ou enxofre liberado da crosta terrestre no local do impacto do asteróide, o que teria resultado em um aumento de aerossóis de sulfato refletores de luz na atmosfera.

O estudo também desafiou os limites do componente atmosférico do modelo de computador, conhecido como Whole Atmosphere Community Climate Model (WACCM).

"Uma colisão de asteróide é uma perturbação muito grande - não algo que você normalmente veria ao modelar cenários climáticos futuros, "Bardeen disse." Então, o modelo não foi projetado para lidar com isso e, à medida que avançávamos, tivemos que ajustar o modelo para que pudesse lidar com alguns dos impactos do evento, como o aquecimento da estratosfera em mais de 200 graus Celsius. "

Essas melhorias no WACCM podem ser úteis para outros tipos de estudos, incluindo a modelagem de um cenário de "inverno nuclear". Como incêndios florestais globais há milhões de anos, a explosão de armas nucleares também pode injetar grandes quantidades de fuligem na atmosfera, o que poderia levar a um resfriamento global temporário.

"A quantidade de fuligem criada pela guerra nuclear seria muito menor do que vimos durante a extinção K-Pg, "Bardeen disse." Mas a fuligem ainda alteraria o clima de maneiras semelhantes, resfriar a superfície e aquecer a alta atmosfera, com efeitos potencialmente devastadores. "