Conchas fossilizadas microscópicas estão ajudando geólogos a reconstruir o clima da Terra durante o Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno (PETM), um período de aquecimento global abrupto e acidificação dos oceanos que ocorreu há 56 milhões de anos. Pistas dessas conchas antigas podem ajudar os cientistas a prever melhor o aquecimento futuro e a acidificação dos oceanos causados ​​pelas emissões de dióxido de carbono causadas pelo homem.

Liderado pela Northwestern University, os pesquisadores analisaram conchas de foraminíferos, um organismo unicelular que vive no oceano com uma casca externa feita de carbonato de cálcio. Depois de analisar a composição isotópica de cálcio dos fósseis, os pesquisadores concluíram que a atividade vulcânica massiva injetou grandes quantidades de dióxido de carbono no sistema terrestre, causando o aquecimento global e a acidificação dos oceanos.

Eles também descobriram que o aquecimento global e a acidificação dos oceanos não afetaram apenas passivamente os foraminíferos. Os organismos também responderam ativamente, reduzindo as taxas de calcificação ao construir suas conchas. À medida que a calcificação diminuiu, os foraminíferos consumiram menos alcalinidade da água do mar, que ajudou a proteger o aumento da acidez do oceano.

"A formação e dissolução do carbonato de cálcio ajudam a regular a acidez e alcalinidade da água do mar, "disse Andrew Jacobson da Northwestern, um autor sênior do estudo. "Nossos dados de isótopos de cálcio indicam que a calcificação foraminiferal reduzida funcionou para amortecer a acidificação do oceano antes e durante o PETM."

"Este é um conceito muito novo na área, "acrescentou Gabriella Kitch, o primeiro autor do estudo. "Anteriormente, as pessoas pensavam que apenas a dissolução de carbonatos no fundo do mar poderia aumentar a alcalinidade do oceano e amortecer os efeitos da acidificação do oceano. Mas estamos adicionando aos estudos existentes que mostram que a diminuição da produção de carbonato tem o mesmo efeito tampão. "

A pesquisa foi publicada online na última semana (4 de março) na revista Geologia . Este é o primeiro estudo a examinar a composição dos isótopos de cálcio dos foraminíferos para reconstruir as condições antes e ao longo do PETM e o terceiro estudo recente da Northwestern a descobrir que a acidificação do oceano - devido às emissões vulcânicas de dióxido de carbono - precedeu grandes catástrofes ambientais pré-históricas, como extinções em massa, eventos anóxicos oceânicos e períodos de intenso aquecimento global.

Jacobson é professor de ciências terrestres e planetárias no Weinberg College of Arts and Sciences da Northwestern. Kitch é Ph.D. candidato e bolsista de pesquisa de pós-graduação da National Science Foundation no laboratório de Jacobson. Os professores de ciências da Terra do Noroeste, Bradley Sageman e Matthew Hurtgen, bem como colaboradores da University of California-Santa Cruz (UCSC) e da University of Kansas, foi coautor do artigo com Jacobson e Kitch.

Classificação de conchas microscópicas

Para estudar as condições oceânicas durante o PETM, os pesquisadores examinaram a composição de isótopos de cálcio de fósseis foraminíferos coletados em dois locais - um no sudeste do Oceano Atlântico e outro no Oceano Pacífico - pelo Programa de Perfuração do Oceano.

Como cada concha fossilizada tem aproximadamente o tamanho de um único grão de areia, Os pesquisadores da UCSC coletaram fisicamente os pequenos espécimes, primeiro identificando-os sob um microscópio. Depois de separar as conchas dos sedimentos a granel, a equipe da Northwestern dissolveu as amostras e analisou sua composição de isótopos de cálcio usando um espectrômetro de massa de ionização térmica.

“O trabalho é muito desafiador, "Jacobson disse." Para manipular esses materiais minúsculos, você tem que pegá-los, um por um, com a ponta de um pincel úmido sob um microscópio. "

Estresse antes do PETM

Como as conchas se formaram há mais de 56 milhões de anos, eles responderam às condições oceânicas. Ao examinar essas conchas, a equipe da Northwestern descobriu que as razões de isótopos de cálcio aumentaram antes do início do PETM.

"Estamos olhando para um grupo de organismos que construíram suas conchas em uma parte do oceano, registrando a química da água do mar em torno deles, "Kitch disse." Achamos que os dados do isótopo de cálcio revelam estresse potencial antes do limite bem conhecido.

Outros arquivos indicam que o sistema atmosfera-oceano experimentou uma liberação massiva de dióxido de carbono imediatamente antes do PETM. Quando o dióxido de carbono atmosférico se dissolve na água do mar, forma um ácido fraco que pode inibir a formação de carbonato de cálcio. Embora ainda seja indeterminado, Os cientistas da Terra acreditam que a liberação de carbono provavelmente veio de atividade vulcânica ou efeitos em cascata, como a liberação de hidratos de metano do fundo do mar como resultado do aquecimento do oceano.

"Minha suspeita é que se trata de ambos os fatores ou algum tipo de combinação, "Sageman disse." A maioria dos grandes eventos na história da Terra representam uma confluência de muitos atores se unindo ao mesmo tempo. "

Padrão consistente emerge

Este é o terceiro estudo conduzido por Jacobson a descobrir que a acidificação do oceano precede grandes catástrofes ambientais que se correlacionam com grandes erupções de províncias ígneas. Mês passado, A equipe de Jacobson publicou resultados descobrindo que a atividade vulcânica desencadeou uma crise de biocalcificação antes de um evento anóxico no oceano que ocorreu há 120 milhões de anos. Há pouco mais de um ano, A equipe de Jacobson publicou outro estudo descobrindo que a acidificação do oceano precedeu o impacto do asteróide que levou ao evento de extinção em massa do Cretáceo-Paleogênio há 66 milhões de anos, que incluiu a morte dos dinossauros.

Em todos os três estudos, A equipe de Jacobson usou ferramentas sofisticadas em seu laboratório para analisar a composição isotópica de cálcio de fósseis e sedimentos de carbonato de cálcio. Jacobson disse que um padrão claro está surgindo. Influxos de dióxido de carbono levaram ao aquecimento global e à acidificação dos oceanos e, em última análise, a mudanças ambientais massivas.

"Em todos os nossos estudos, vemos consistentemente um aumento nas taxas de isótopos de cálcio antes do início de grandes eventos ou horizontes de extinção, "Jacobson disse." Isso parece apontar para motivadores semelhantes e respostas comuns. "

"Talvez o sistema de isótopos de cálcio tenha sensibilidade para as fases iniciais desses eventos, "Sageman acrescentou.

Preditor para o estresse futuro do oceano

Muitos pesquisadores estudam o PETM porque ele fornece o melhor análogo para os dias atuais, aquecimento global causado pelo homem. O influxo de carbono durante o PETM é semelhante à quantidade de carbono liberada durante os últimos dois séculos. As escalas de tempo, Contudo, diferem significativamente. As temperaturas durante o PETM aumentaram de 5 a 8 graus Celsius acima de 170, 000 anos. Com a mudança climática causada pelo homem, o mesmo nível de aquecimento está projetado para ocorrer em menos de 200 anos, se as emissões de dióxido de carbono permanecerem inalteradas.

Assustadoramente, estresse terrestre e oceânico, incluindo uma grande diminuição na calcificação foraminiferal, acompanhou o PETM.

"O PETM é um modelo para o que acontece durante as grandes perturbações do ciclo do carbono, "Jacobson disse." Muitas previsões para o clima futuro da Terra dependem da compreensão do que aconteceu durante o PETM. "