O estudo dos climas passados ​​- paleoclimatologia - envolve o interrogatório do físico, informações químicas e biológicas armazenadas em arquivos naturais, como núcleos de gelo e sedimentos oceânicos.

Por exemplo, medições em núcleos de gelo da Antártida são usadas para reconstruir mudanças passadas de temperatura acima da camada de gelo e concentrações globais de gases de efeito estufa atmosféricos.

Estimar as temperaturas passadas é uma peça fundamental no quebra-cabeça do paleoclima. Isso nos ajuda a entender como cada região responde aos principais episódios da mudança climática global.

Até agora, a maior parte das informações que temos sobre as temperaturas anteriores veio de sedimentos oceânicos e núcleos de gelo. Eles contêm propriedades químicas que mudam amplamente em resposta à temperatura.

Mas estes apenas nos falam sobre a temperatura nas bacias oceânicas e regiões polares.

E quanto às massas de terra que ocupam o resto da superfície da Terra - nas quais vivemos?

Acontece que as opções em ambientes terrestres são limitadas:os arquivos naturais que estudamos tendem a não ter as propriedades que são substitutas diretas da temperatura.

Em um estudo recente publicado em Nature Communications , mostramos que as variações do magnésio (Mg) em um arquivo raramente estudado - espeleotemas submersos - imitam as mudanças na temperatura do oceano ao longo de centenas de milhares de anos.

Espeleotemas são depósitos minerais de carbonato de cálcio que se formam em cavernas.

As estalagmites são os exemplos mais conhecidos e são amplamente utilizadas em estudos de mudanças climáticas e ambientais anteriores. Os espeleotemas submersos são diferentes. Eles crescem em piscinas e lagos de cavernas, e às vezes abaixo do lençol freático.

Em nosso estudo, perfuramos uma amostra de núcleo de um espeleotema submerso em Laghetto Basso, uma piscina situada dentro do enorme sistema de cavernas Antro del Corchia na Toscana, Itália.

Primeiro, pegamos uma série de amostras com intervalos de um milímetro ao longo do perfil de crescimento do núcleo.

O conteúdo de Mg dessas amostras foi analisado por colegas da Australian Nuclear Science and Technology Organization.

Os resultados, que cobrem os últimos quatro ciclos da era do gelo (aproximadamente os últimos 350, 000 anos), mostram uma correlação notável com os padrões de temperatura da superfície do mar registrados em núcleos de sedimentos oceânicos do Atlântico Norte.

Este foi um emocionante, mas inesperado, descoberta para nossa equipe, pois sugeria que havíamos encontrado uma propriedade química que responde às mudanças de temperatura.

Para verificar essa semelhança, focamos nossa atenção em uma fração de tempo dentro deste intervalo chamada Termination II - este foi o período em que a penúltima era glacial chegou ao fim, datado entre 136, 000 e 128, 000 anos atrás.

Durante este período de aquecimento, as temperaturas do oceano próximo aumentaram 8 ℃ em questão de alguns milhares de anos, portanto, esperávamos um grande aumento nas concentrações de Mg no espeleotema subaquático.

Desta vez, nós amostramos o espeleotema usando um feixe de laser de três centésimos de milímetro de diâmetro, e mediu a abundância de diferentes elementos em um espectrômetro de massa na Escola de Ciências da Terra da Universidade de Melbourne.

Descobrimos que os resultados foram exatamente o que esperávamos, mas ainda mais convincente:um aumento acentuado de Mg ocorreu exatamente ao mesmo tempo que o aumento acentuado da temperatura do oceano relatado em outros estudos.

Então, como o Mg funciona como um sensor de temperatura?

Mg tem uma forte afinidade por minerais de carbonato de cálcio, particularmente calcita. Pode ocupar a posição de íons de cálcio (Ca) na estrutura cristalina da calcita. Mais importante, conforme a temperatura da solução aumenta, a quantidade de Mg que termina na calcita também aumenta.

Se a concentração de Mg na solução permanecer constante, mas a temperatura da água aumenta, a concentração de Mg na calcita aumentará.

Mas há um obstáculo.

Nas águas da caverna, a proporção de Mg para Ca raramente é constante ao longo do tempo - ela muda de acordo com a quantidade de água que passa pela rocha do aqüífero a caminho de onde o espeleotema está crescendo.

Este 'efeito hidrológico' geralmente supera em muito a dependência do Mg com a temperatura.

Mas espeleotemas subaquáticos, como aquele que estudamos, são diferentes.

Eles crescem cerca de 10 vezes mais devagar do que as estalagmites formadas a partir da mesma água da caverna. Isso ocorre porque as reações que transferem os íons dissolvidos na água da piscina para o cristal sólido de calcita são extremamente lentas.

Parece que a dependência da temperatura da partição de Mg da água da piscina para a calcita é significativamente maior no ambiente de reação lenta da piscina, a tal ponto que neutraliza qualquer efeito hidrológico.

Por décadas, oceanógrafos têm medido as concentrações de Mg em microfósseis e corais marinhos para estimar as temperaturas oceânicas anteriores. Funciona bem neste caso porque as variações de Mg da água do oceano ao longo dos últimos milhões de anos são relativamente pequenas.

Mas nosso estudo é o primeiro a mostrar que o Mg em um espeleotema pode atuar como um proxy de temperatura. Isso ocorre porque os cientistas não haviam considerado espeleotemas subaquáticos antes.

Nosso próximo passo é converter as mudanças relativas no conteúdo de Mg em valores absolutos de temperatura para produzir uma série temporal de mudanças de temperatura no local da caverna.

Os resultados do nosso estudo abrem novas e excitantes oportunidades na busca de registros terrestres de temperaturas passadas.