Al estudiar rocas prehistóricas y fósiles que emergen de la ladera del Monte Ashibetsu en Japón, los investigadores han refinado con precisión el momento y la duración del Evento Anóxico Oceánico 1a (OAE 1a), una alteración ambiental extrema que asfixió el oxígeno de los océanos de la Tierra y causó una extinción significativa, especialmente entre el plancton.
Los investigadores han sospechado durante mucho tiempo que las erupciones volcánicas masivas submarinas causaron dióxido de carbono (CO2) aumenta, el calentamiento global y el agotamiento del oxígeno (llamado anoxia) en el océano durante el Período Mesozoico. Ahora, un equipo internacional de investigadores, incluidos científicos terrestres de la Universidad Northwestern, determinó el momento preciso de la erupción volcánica y OAE1a, que comenzó hace 119,5 millones de años. El trabajo se suma a un volumen creciente de evidencia de que el CO volcánico2 Las emisiones desencadenaron directamente el evento anóxico.
El nuevo estudio también determinó que OAE 1a duró poco más de 1,1 millones de años. Esta nueva información ayuda a los científicos a comprender mejor cómo opera y responde el sistema climático y oceánico de la Tierra al estrés, especialmente en lo que se refiere al calentamiento actual.
El estudio fue publicado a finales del mes pasado en la revista Avances científicos. Marca la datación más detallada y altamente resuelta de un evento anóxico en el océano jamás lograda.
«Los eventos anóxicos en los océanos ocurren en parte como consecuencia del calentamiento climático en un mundo de invernadero», dijo Brad Sageman de Northwestern, autor principal del estudio. «Si queremos hacer predicciones precisas sobre lo que veremos en las próximas décadas con el calentamiento causado por el hombre, esta información es invaluable. La mejor manera de comprender el futuro es observar los datos del pasado».
Sageman, experto en climas antiguos, es profesor de Ciencias de la Tierra, Ambientales y Planetarias en la Facultad de Artes y Ciencias Weinberg de Northwestern y codirector del Instituto Paula M. Trienens para la Sostenibilidad y la Energía.
Una conexión del noroeste
El Período Cretácico experimentó dos eventos anóxicos oceánicos importantes y varios menores, siendo OAE 1a uno de los dos más grandes. La causa más probable: las erupciones volcánicas inyectaron rápidamente cantidades masivas de CO2 al océano y a la atmósfera. No se trata de volcanes ordinarios, sino de grandes provincias ígneas que hacen erupción hasta un millón de kilómetros cúbicos de basalto a lo largo de varios millones de años. Cuando CO2 reacciona con el agua de mar, forma un ácido carbónico débil, que literalmente disuelve los caparazones de las criaturas marinas. El ácido, combinado con bajos niveles de oxígeno, tiene consecuencias importantes para la vida marina.
Los investigadores comenzaron a reflexionar sobre los eventos anóxicos en los océanos a mediados de la década de 1970, después de un descubrimiento realizado por el geólogo del noroeste Seymour Schlanger y el profesor de Oxford Hugh Jenkyns. Al examinar muestras de sedimentos del fondo del Océano Pacífico, Schlanger y Jenkyns descubrieron lutitas negras ricas en carbono orgánico que coincidían con muestras, en composición y edad, tanto del Océano Atlántico como de formaciones rocosas en Italia.
La falta generalizada de oxígeno fue la explicación más probable de estos depósitos. La anoxia previene la descomposición de la materia orgánica de plantas y animales muertos, lo que lleva a un patrón global de enriquecimiento orgánico. En lugar de descomponerse, el plancton y otros fósiles se acumularon para formar estratos orgánicos ricos en carbono esparcidos por todo el mundo.
«¿Cómo se formaron las lutitas negras al mismo tiempo en las profundidades de los océanos y en la tierra?» -Preguntó Sageman. «Schlanger y Jenkyns se dieron cuenta de que debía haber habido un evento global masivo que provocó que el oxígeno disminuyera desde la superficie del océano hasta el fondo del mar».
Historia solidificada en piedra
En el nuevo estudio, los investigadores no observaron las profundidades de los océanos sino los estratos antiguos a lo largo del borde noroeste de una montaña en la isla japonesa de Hokkaido. Las rocas, o tobas, se formaron a partir de cenizas volcánicas que se asentaron y solidificaron con el tiempo. La actividad tectónica elevó estas capas sobre el nivel del mar durante la formación de las islas japonesas, dejándolas expuestas y accesibles donde los arroyos atraviesan la selva templada de Hokkaido. Al recolectar y analizar las tobas, Sageman, su Ph.D. El estudiante Luca Podrecca y sus colaboradores pudieron vislumbrar la historia geológica.
«El magma sale de un volcán en forma líquida y luego comienza a enfriarse», dijo Sageman. «Durante este proceso, los cristales comienzan a formarse. Cuando la toba se solidifica, los cristales se convierten en un pequeño sistema cerrado. Encierran átomos, y algunos de esos átomos, como el uranio, comienzan a desintegrarse, lo que significa que se convierten de un isótopo a otro que proporciona una herramienta para fechar la erupción y, por tanto, fechar una capa específica dentro de una pila de roca sedimentaria. Mientras que la experiencia de los miembros del equipo de la Universidad de Tohuku en Japón, la Universidad de Durham en el Reino Unido y el Noroeste se centra en la erupción. Para la caracterización y correlación global de los estratos, nuestros colaboradores de la Universidad de Wisconsin-Madison y la Universidad Estatal de Boise son expertos en los análisis geocronológicos».
Los investigadores también utilizaron otros tipos de isótopos, como el carbono, que rastrea los cambios sincrónicos en el ciclo del carbono, y el osmio, que rastrea la actividad volcánica y los cambios en la química de los océanos.
«Estos sistemas de isótopos proporcionan herramientas para correlacionar el intervalo OAE1a entre sitios en Hokkaido, el sur de Francia y otros sitios en todo el mundo», dijo Sageman. «Nos dan marcadores de instantes en el tiempo geológico».
Identificando la línea de tiempo exacta
Según esta evidencia, un cambio abrupto en las proporciones de isótopos de carbono, causado primero por el aumento del CO volcánico2añadido al ciclo del carbono (y más tarde por el exceso de entierro de materia orgánica), ocurrió a principios del Cretácico, al comienzo de OAE 1a. Un cambio simultáneo en las proporciones isotópicas del osmio refleja una entrada masiva de material volcánico en las aguas del océano. El momento de estos eventos corresponde a la erupción del complejo Ontong Java Nui, una enorme provincia ígnea del tamaño de Alaska ubicada en el suroeste del Océano Pacífico.
Ahora que los investigadores saben que los océanos tardaron 1,1 millones de años en recuperarse del fuerte aumento de CO2tienen más información sobre cuánto duran los efectos del CO2Los fenómenos de calentamiento provocados por el cambio climático podrían durar y cuáles podrían ser los efectos asociados, como la anoxia oceánica.
«Ya estamos viendo zonas con bajos niveles de oxígeno en el Golfo de México», dijo Sageman. «La principal diferencia es que los acontecimientos pasados se desarrollaron a lo largo de decenas de miles a millones de años. Estamos provocando niveles de calentamiento más o menos similares (o más), pero lo hacemos en menos de 200 años».