Diatomáceas como esta, plantas microscópicas com cascas de sílica, traçavam traços de nitrogênio em suas conchas à medida que cresciam. Pesquisadores do Laboratório Sigman da Universidade de Princeton foram capazes de extrair aquela quantidade minúscula de nitrogênio de incontáveis diatomáceas fósseis e criar um modelo para a atividade do Oceano Antártico durante o Holoceno, um período que começou por volta das 11, 000 anos atrás. Esta diatomácea central, fotografado através de um microscópio, mede cerca de 70 mícrons de diâmetro e viveu no Oceano Índico Meridional durante o Holoceno. Crédito:Anja Studer, Instituto Max Planck de Química
Os oceanos são o depósito mais importante do planeta para o dióxido de carbono atmosférico em escalas de tempo de décadas a milênios. Mas o processo de bloqueio do gás de efeito estufa é enfraquecido pela atividade do Oceano Antártico, portanto, um aumento em sua atividade poderia explicar o misterioso calor dos últimos 11 anos, 000 anos, relatórios de uma equipe internacional de pesquisadores.
O calor daquele período foi estabilizado por um aumento gradual nos níveis globais de dióxido de carbono, então, entender o motivo desse aumento é de grande interesse, disse Daniel Sigman, o Professor Dusenbury de Ciências Geológicas e Geofísicas em Princeton.
Os cientistas propuseram várias hipóteses para esse aumento do dióxido de carbono, mas sua causa última permaneceu desconhecida. Agora, uma colaboração internacional liderada por cientistas de Princeton e do Instituto Max Planck de Química aponta para um aumento na ressurgência do Oceano Antártico. A pesquisa deles aparece na edição atual da revista. Nature Geoscience .
"Achamos que podemos ter encontrado a resposta, "disse Sigman." O aumento da circulação no Oceano Antártico permitiu que o dióxido de carbono vazasse para a atmosfera, trabalhando para aquecer o planeta. "
Suas descobertas sobre as mudanças nos oceanos também podem ter implicações para prever como o aquecimento global afetará a circulação dos oceanos e quanto dióxido de carbono atmosférico aumentará devido à queima de combustível fóssil.
Por anos, pesquisadores sabem que o crescimento e afundamento do fitoplâncton bombeia dióxido de carbono para as profundezas do oceano, um processo geralmente conhecido como "bomba biológica". A bomba biológica é acionada principalmente pelo oceano de baixa latitude, mas é desfeita mais perto dos pólos, onde o dióxido de carbono é liberado de volta para a atmosfera pela rápida exposição de águas profundas à superfície, Sigman disse. O pior criminoso é o Oceano Antártico, que circunda a Antártica. "Freqüentemente nos referimos ao Oceano Antártico como um vazamento na bomba biológica, "Sigman disse.
Sigman e seus colegas descobriram que um aumento na ressurgência do Oceano Antártico pode ser responsável por estabilizar o clima do Holoceno, o período chegando a mais de 10, 000 anos antes da Revolução Industrial.
Pesquisadores do Laboratório Sigman da Universidade de Princeton extraíram vestígios de nitrogênio de fósseis para criar um modelo para a atividade do Oceano Antártico durante o Holoceno, um período quente que começou por volta das 11, 000 anos atrás, durante o qual a agricultura e a civilização humana floresceram. Os fósseis que estudaram incluíram (da esquerda):foraminíferos planctônicos Globigerina bulloides, uma diatomácea cêntrica, e o coral do fundo do mar Desmophyllum dianthus. Crédito:da esquerda:Ralf Schiebel, Instituto Max Planck de Química; Anja Studer, Instituto Max Planck de Química; Dann Blackwood, Pesquisa Geológica dos Estados Unidos
A maioria dos cientistas concorda que o calor do Holoceno foi fundamental para o desenvolvimento da civilização humana. O Holoceno foi um "período interglacial, "um dos raros intervalos de clima quente que ocorreram ao longo dos ciclos da idade do gelo nos últimos milhões de anos. O recuo das geleiras abriu uma paisagem mais expansiva para os humanos, e as maiores concentrações de dióxido de carbono na atmosfera tornam a agricultura mais produtiva, o que permitiu que as pessoas reduzissem suas atividades de caça e coleta e construíssem assentamentos permanentes.
O Holoceno diferiu de outros períodos interglaciais em vários aspectos importantes, dizem os pesquisadores. Para um, seu clima era excepcionalmente estável, without the major cooling trend that is typical of the other interglacials. Em segundo lugar, the concentration of carbon dioxide in the atmosphere rose about 20 parts per million (ppm), from 260 ppm in the early Holocene to 280 ppm in the late Holocene, whereas carbon dioxide was typically stable or declined over other interglacial periods.
Para comparação, since the beginning of industrialization until now, the carbon dioxide concentration in the atmosphere has increased from 280 to more than 400 ppm as a consequence of burning fossil fuels.
"Nesse contexto, the 20 ppm increase observed during the Holocene may seem small, " said Sigman. "However, scientists think that this small but significant rise played a key role in preventing progressive cooling over the Holocene, which may have facilitated the development of complex human civilizations."
In order to study the potential causes of the Holocene carbon dioxide rise, the researchers investigated three types of fossils from several different areas of the Southern Ocean:diatoms and foraminifers, both shelled microorganisms found in the oceans, and deep-sea corals.
From the nitrogen isotope ratios of the trace organic matter trapped in the mineral walls of these fossils, the scientists were able to reconstruct the evolution of nutrient concentrations in Southern Ocean surface waters over the past 10, 000 anos.
"The method we used to analyze the fossils is unique and provides a new way to study past changes in ocean conditions, " says Anja Studer, primeiro autor do estudo, who performed the research while a graduate student working with Sigman's lab.
The fossil-bound nitrogen isotope measurements indicate that during the Holocene, increasing amounts of water, rich in nutrients and carbon dioxide, welled up from the deep ocean to the surface of the Southern Ocean. While the cause for the increased upwelling is not yet clear, the most likely process appears to be a change in the "Roaring 40s, " a belt of eastward-blowing winds that encircle Antarctica.
Because of the enhanced Southern Ocean upwelling, the biological pump weakened over the Holocene, allowing more carbon dioxide to leak from the deep ocean into the atmosphere and thus possibly explaining the 20 ppm rise in atmospheric carbon dioxide.
"This process is allowing some of that deeply stored carbon dioxide to invade back to the atmosphere, " said Sigman. "We're essentially punching holes in the membrane of the biological pump."
The increase in atmospheric carbon dioxide levels over the Holocene worked to counter the tendency for gradual cooling that dominated most previous interglacials. Assim, the new results suggest that the ocean may have been responsible for the "special stability" of the Holocene climate.
The same processes are at work today:The absorption of carbon by the ocean is slowing the rise in atmospheric carbon dioxide produced by fossil fuel burning, and the upwelling of the Southern Ocean is still allowing some of that carbon dioxide to vent back into the atmosphere.
"If the findings from the Holocene can be used to predict how Southern Ocean upwelling will change in the future, it will improve our ability to forecast changes in atmospheric carbon dioxide and thus in global climate, " said Sigman.
