Nos últimos 540 milhões de anos, a Terra sofreu cinco eventos de extinção em massa, cada um envolvendo processos que alteraram o ciclo normal do carbono na atmosfera e nos oceanos. Essas perturbações globalmente fatais no carbono, cada uma se desdobrou ao longo de milhares a milhões de anos, e são coincidentes com o extermínio generalizado de espécies marinhas em todo o mundo.

A questão para muitos cientistas é se o ciclo do carbono está passando por uma sacudida significativa que pode levar o planeta a uma sexta extinção em massa. Na era moderna, as emissões de dióxido de carbono aumentaram constantemente desde o século 19, mas decifrar se esse aumento recente de carbono pode levar à extinção em massa tem sido um desafio. Principalmente porque é difícil relacionar anomalias de carbono antigas, ocorrendo ao longo de milhares a milhões de anos, às interrupções de hoje, que ocorreram ao longo de pouco mais de um século.

Agora Daniel Rothman, professor de geofísica no Departamento de Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias e codiretor do Centro Lorenz do MIT, analisou mudanças significativas no ciclo do carbono nos últimos 540 milhões de anos, incluindo os cinco eventos de extinção em massa. Ele identificou "limites de catástrofe" no ciclo do carbono que, se excedido, levaria a um ambiente instável, e finalmente, extinção em massa.

Em um artigo publicado em Avanços da Ciência , ele propõe que a extinção em massa ocorre se um dos dois limiares for ultrapassado:Para mudanças no ciclo do carbono que ocorrem em longas escalas de tempo, extinções ocorrerão se essas mudanças ocorrerem em taxas mais rápidas do que os ecossistemas globais podem se adaptar. Para perturbações de carbono que ocorrem em escalas de tempo mais curtas, o ritmo das mudanças no ciclo do carbono não importa; em vez de, o tamanho ou magnitude da mudança determinará a probabilidade de um evento de extinção.

Levando esse raciocínio adiante no tempo, Rothman prevê que, dado o recente aumento nas emissões de dióxido de carbono em um período de tempo relativamente curto, uma sexta extinção dependerá da adição de uma quantidade crítica de carbono aos oceanos. Esse montante, ele calcula, tem cerca de 310 gigatoneladas, que ele estima ser aproximadamente equivalente à quantidade de carbono que as atividades humanas terão adicionado aos oceanos do mundo até o ano 2100.

Isso significa que a extinção em massa ocorrerá em breve na virada do século? Rothman diz que levaria algum tempo - cerca de 10, 000 anos - para que tais desastres ecológicos ocorram. Contudo, ele diz que em 2100 o mundo pode ter caído em um "território desconhecido".

"Isso não quer dizer que o desastre ocorrerá no dia seguinte, "Rothman diz." Está dizendo isso, se não for verificado, o ciclo do carbono se moveria para um reino que não seria mais estável, e se comportaria de uma maneira difícil de prever. No passado geológico, este tipo de comportamento está associado à extinção em massa. "

A história segue a teoria

Rothman já havia trabalhado na extinção do final do Permiano, a extinção mais severa da história da Terra, no qual um pulso massivo de carbono através do sistema da Terra estava envolvido na eliminação de mais de 95 por cento das espécies marinhas em todo o mundo. Desde então, conversas com colegas o estimularam a considerar a probabilidade de uma sexta extinção, levantando uma questão essencial:

"Como você pode realmente comparar esses grandes eventos no passado geológico, que ocorrem em escalas de tempo tão vastas, para o que está acontecendo hoje, que tem séculos, no máximo? ", diz Rothman." Então, sentei-me num dia de verão e tentei pensar em como alguém poderia fazer isso sistematicamente. "

Ele acabou derivando uma fórmula matemática simples baseada em princípios físicos básicos que relaciona a taxa crítica e a magnitude da mudança no ciclo do carbono à escala de tempo que separa a mudança rápida da lenta. Ele formulou a hipótese de que esta fórmula deve prever se a extinção em massa, ou algum outro tipo de catástrofe global, deve ocorrer.

Rothman então perguntou se a história seguia sua hipótese. Ao pesquisar centenas de artigos de geoquímica publicados, ele identificou 31 eventos nos últimos 542 milhões de anos nos quais ocorreu uma mudança significativa no ciclo do carbono da Terra. Para cada evento, incluindo as cinco extinções em massa, Rothman notou a mudança no carbono, expresso no registro geoquímico como uma mudança na abundância relativa de dois isótopos, carbono-12 e carbono-13. Ele também observou a duração de tempo em que as mudanças ocorreram.

Ele então planejou uma transformação matemática para converter essas quantidades na massa total de carbono que foi adicionada aos oceanos durante cada evento. Finalmente, ele traçou a massa e a escala de tempo de cada evento.

"Tornou-se evidente que havia uma taxa característica de mudança que o sistema basicamente não gostava de passar, "Rothman diz.

Em outras palavras, ele observou um limite comum que a maioria dos 31 eventos parecia permanecer abaixo. Embora esses eventos envolvam mudanças significativas no carbono, eles eram relativamente benignos - não o suficiente para desestabilizar o sistema para a catástrofe. Em contraste, quatro dos cinco eventos de extinção em massa ultrapassaram o limite, com a extinção do final do Permiano mais severa sendo a mais distante da linha.

"Então, tornou-se uma questão de descobrir o que isso significava, "Rothman diz.

Um vazamento escondido

Após análise posterior, Rothman descobriu que a taxa crítica de catástrofe está relacionada a um processo oculto dentro do ciclo natural do carbono da Terra. O ciclo é essencialmente um loop entre a fotossíntese e a respiração. Normalmente, há um "vazamento" no ciclo, em que uma pequena quantidade de carbono orgânico afunda no fundo do oceano e, hora extra, é enterrado como sedimento e sequestrado do resto do ciclo do carbono.

Rothman descobriu que a taxa crítica era equivalente à taxa de produção em excesso de dióxido de carbono que resultaria do fechamento do vazamento. Qualquer dióxido de carbono adicional injetado no ciclo não poderia ser descrito pelo próprio ciclo. Em vez disso, um ou mais outros processos teriam levado o ciclo do carbono a um território instável.

Ele então determinou que a taxa crítica se aplica apenas além da escala de tempo em que o ciclo do carbono marinho pode restabelecer seu equilíbrio após ser perturbado. Hoje, esta escala de tempo é cerca de 10, 000 anos. Para eventos muito mais curtos, o limite crítico não está mais vinculado à taxa na qual o carbono é adicionado aos oceanos, mas sim à massa total do carbono. Ambos os cenários deixariam um excesso de carbono circulando pelos oceanos e pela atmosfera, provavelmente resultando no aquecimento global e na acidificação dos oceanos.

O século é o limite

A partir da taxa crítica e da escala de tempo de equilíbrio, Rothman calculou a massa crítica de carbono para os dias modernos em cerca de 310 gigatoneladas.

Ele então comparou sua previsão com a quantidade total de carbono adicionado aos oceanos da Terra até o ano 2100, conforme projetado no relatório mais recente do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas. As projeções do IPCC consideram quatro caminhos possíveis para as emissões de dióxido de carbono, variando de um associado a políticas rigorosas para limitar as emissões de dióxido de carbono, a outro relacionado à alta gama de cenários sem limitações.

O melhor cenário projeta que os humanos adicionarão 300 gigatoneladas de carbono aos oceanos até 2100, enquanto mais de 500 gigatoneladas serão adicionadas no pior cenário, ultrapassando de longe o limite crítico. Em todos os cenários, Rothman mostra que em 2100, o ciclo do carbono estará próximo ou bem além do limite para a catástrofe.

"Deve haver maneiras de reduzir [as emissões de dióxido de carbono], "Rothman diz." Mas este trabalho aponta as razões pelas quais precisamos ter cuidado, e dá mais razões para estudar o passado para informar o presente. "