As flutuações nos parâmetros orbitais da Terra são consideradas o gatilho para as flutuações climáticas de longo prazo, como as eras glaciais. Isso inclui a variação do ângulo de inclinação do eixo da Terra com um ciclo de cerca de 40, 000 anos. Cientistas marinhos baseados em Kiel, liderados pelo GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel, mostraram, usando um novo modelo, que as interações biogeoquímicas entre o oceano e a atmosfera também podem ser responsáveis ​​pelas flutuações climáticas nesta escala de tempo.

A história do clima da Terra é marcada por mudanças periódicas que geralmente são atribuídas à radiação solar que atinge a superfície da Terra. Essa insolação não é constante ao longo do tempo geológico, mas modulada por mudanças cíclicas nos parâmetros orbitais da Terra. Um dos principais parâmetros que afetam a insolação é a inclinação do eixo de rotação da Terra (obliquidade) que muda periodicamente ao longo do tempo com um ciclo de cerca de 40.000 anos. Assinaturas químicas e isotópicas de sedimentos que foram depositados durante o Cretáceo e outros períodos da história da Terra documentam mudanças regulares na temperatura e no ciclo do carbono nesta escala de tempo. Acredita-se que os 40 ciclos de kyr observados nos arquivos geológicos climáticos sejam o resultado de mudanças de insolação desencadeadas por obliquidade que afetam a temperatura da superfície, a circulação do oceano e da atmosfera, o ciclo hidrológico, a biosfera, e, finalmente, o ciclo do carbono. Um dos problemas com essa teoria padrão é que as mudanças na insolação global são muito pequenas e precisam ser amplificadas por mecanismos de feedback positivo mal compreendidos para afetar o clima global.

Um grupo de cientistas de Kiel, A Alemanha propõe uma perspectiva muito diferente que emerge de um novo modelo numérico da biosfera marinha. Simula a renovação da biomassa do plâncton no oceano e resolve a oxidação microbiana associada e as reações de redução controlando os estoques permanentes de oxigênio dissolvido, sulfureto, nutrientes e plâncton no oceano. Em seus experimentos com modelos, os cientistas encontraram surpreendentemente um ciclo climático autossustentável de 40 kyr usando o modelo biogeoquímico integrado em um modelo de circulação do oceano Cretáceo sem aplicar forçantes de obliquidade.

"Em nosso modelo, o ciclo do carbono é amplamente controlado pelo plâncton que vive na superfície do oceano, "explica o Prof. Dr. Klaus Wallmann da GEOMAR, autor principal do estudo que foi publicado recentemente em Nature Geoscience . Plâncton consome CO atmosférico ₂ via fotossíntese e por microrganismos que degradam a biomassa do plâncton e liberam CO ₂ de volta à atmosfera. Desde CO ₂ é um potente gás de efeito estufa, o CO biológico ₂ a rotatividade afeta as temperaturas da superfície e o clima global. O crescimento do plâncton é controlado por nutrientes que participam de uma série de reações de oxidação e redução microbiana.

“Integramos este novo modelo biogeoquímico em um modelo de circulação do Oceano Cretáceo, e cria um ciclo climático autossustentável de 40 kyr sem aplicar forçantes de obliquidade, "diz o Dr. Sascha Flögel, coautor de GEOMAR. "Do nosso ponto de vista, o ciclo é induzido por uma teia de feedbacks positivos e negativos que estão enraizados no turnover de nitrogênio dependente de oxigênio, fósforo, ferro e enxofre no oceano. Os dados químicos e isotópicos registrados em sedimentos depositados no Oceano Cretáceo mostram mudanças periódicas que são consistentes com os resultados do modelo, "Flögel continua

Nesta nova visão sobre as mudanças climáticas, a relação entre causas e efeitos é radicalmente diferente da teoria orbital padrão. A biosfera marinha, ao invés da insolação, está definindo o ritmo e a amplitude, controlando a pressão parcial de CO ₂ na atmosfera. "Nossa nova teoria é apoiada por observações e consistente com nossa compreensão dos ciclos biogeoquímicos no oceano, "de acordo com o Prof. Wallmann.

"No entanto, a obliquidade e outros parâmetros orbitais também podem afetar a mudança climática global quando seus delicados efeitos sobre a insolação são amplificados por mecanismos de feedback positivo. Portanto, a mudança climática periódica documentada no registro geológico pode refletir tanto a respiração da biosfera quanto a resposta do sistema terrestre a orbitais externos e forçantes de insolação, "resume o Prof. Dr. Wolfgang Kuhnt da Kiel University que participou neste estudo.