Un estudio revela nuevas pistas sobre cómo el ‘termostato de la Tierra’ controla el clima

Las rocas, la lluvia y el dióxido de carbono ayudan a controlar el clima de la Tierra durante miles de años, como un termostato, a través de un proceso llamado meteorización. Un nuevo estudio dirigido por científicos de Penn State puede mejorar nuestra comprensión de cómo responde este termostato a medida que cambian las temperaturas.

«La vida ha estado en este planeta durante miles de millones de años, por lo que sabemos que la temperatura de la Tierra se ha mantenido lo suficientemente constante como para que haya agua líquida y sustentar la vida», dijo Susan Brantley, profesora de la Universidad Evan Pugh y profesora de geociencias Barnes en Penn State. «La idea es que la meteorización de rocas de silicato es este termostato, pero nadie se ha puesto realmente de acuerdo sobre su sensibilidad a la temperatura».

Debido a que muchos factores intervienen en la meteorización, ha sido un desafío usar solo los resultados de los experimentos de laboratorio para crear estimaciones globales de cómo la meteorización responde a los cambios de temperatura, dijeron los científicos.

El equipo combinó mediciones de laboratorio y análisis de suelo de 45 sitios de suelo en todo el mundo y muchas cuencas hidrográficas para comprender mejor la meteorización de los principales tipos de rocas en la Tierra y utilizó esos hallazgos para crear una estimación global de cómo la meteorización responde a la temperatura.

«Cuando haces experimentos en el laboratorio en lugar de tomar muestras del suelo o de un río, obtienes valores diferentes», dijo Brantley. «Entonces, lo que tratamos de hacer en esta investigación es mirar a través de esas diferentes escalas espaciales y descubrir cómo podemos dar sentido a todos estos datos que los geoquímicos de todo el mundo han estado acumulando sobre la meteorización del planeta. Y este estudio es un modelo de cómo podemos puedo hacer eso.»

La meteorización representa parte de un acto de equilibrio del dióxido de carbono en la atmósfera de la Tierra. Los volcanes han emitido grandes cantidades de dióxido de carbono a lo largo de la historia de la Tierra, pero en lugar de convertir el planeta en un invernadero, los gases de efecto invernadero se eliminan lentamente a través de la intemperie.

La lluvia toma el dióxido de carbono de la atmósfera y crea un ácido débil que cae a la Tierra y desgasta las rocas de silicato de la superficie. Los subproductos son transportados por arroyos y ríos al océano, donde el carbono finalmente se almacena en rocas sedimentarias, dijeron los científicos.

«Durante mucho tiempo se planteó la hipótesis de que el equilibrio entre el dióxido de carbono que ingresa a la atmósfera desde los volcanes y el que es extraído por la meteorización durante millones de años mantiene la temperatura del planeta relativamente constante», dijo Brantley. «La clave es cuando hay más dióxido de carbono en la atmósfera y el planeta se calienta, la meteorización es más rápida y extrae más dióxido de carbono. Y cuando el planeta está más frío, la meteorización se ralentiza».

Pero aún queda mucho por saber sobre cuán sensible es la meteorización a los cambios de temperatura, en parte debido a las largas escalas espaciales y temporales involucradas.

«En un perfil de suelo, está viendo una imagen del suelo donde el obturador de la cámara estuvo abierto a veces durante un millón de años: hay procesos integrados que ocurren durante un millón de años y está tratando de comparar eso con un experimento de matraz de dos años, – dijo Branley.

Brantley dijo que el campo de la ciencia de la zona crítica, que examina los paisajes desde la vegetación más alta hasta las aguas subterráneas más profundas, ha ayudado a los científicos a comprender mejor las complejas interacciones que influyen en la meteorización.

Por ejemplo, las rocas deben fracturarse para que el agua entre en las grietas y comience a descomponer los materiales. Para que eso suceda, la roca debe tener grandes superficies expuestas, y eso es menos probable que suceda en regiones donde el suelo es más profundo.

«Solo cuando comienzas a cruzar escalas espaciales y temporales, comienzas a ver lo que es realmente importante», dijo Brantley. «El área de superficie es realmente importante. Puede medir todas las constantes de velocidad que desee para esa solución en el laboratorio, pero hasta que no pueda decirme cómo se forma el área de superficie en el sistema natural, nunca podrá predecir el verdadero sistema».

Los científicos reportado en el diario Ciencia que las mediciones de sensibilidad a la temperatura en el laboratorio fueron más bajas que las estimaciones de suelos y ríos en su estudio. Utilizando las observaciones del laboratorio y los sitios de campo, ampliaron sus hallazgos para estimar la dependencia de la temperatura global de la meteorización.

Su modelo puede ser útil para comprender cómo responderá la meteorización al cambio climático futuro y para evaluar los intentos del hombre de aumentar la meteorización para extraer más dióxido de carbono de la atmósfera, como el secuestro de carbono.

«Una idea ha sido mejorar la meteorización desenterrando mucha roca, moliéndola, transportándola y colocándola en los campos para permitir que ocurra la meteorización», dijo Brantley. «Y eso funcionará, ya está funcionando. El problema es que es un proceso muy lento».

Aunque el calentamiento puede acelerar la meteorización, sacar todo el dióxido de carbono de la atmósfera que los humanos han agregado podría llevar miles o cientos de miles de años, dijeron los científicos.

Otros investigadores de Penn State que participaron en el estudio fueron Andrew Shaughnessy, candidato a doctorado en el Departamento de Geociencias y Marina Lebedeva y Victor Balashov, científicos principales del Earth and Environmental Systems Institute.