Cuando las neuronas del cerebro disparan señales eléctricas a sus vecinos, esto ocurre por medio de una respuesta de «todo o nada». La señal solo ocurre una vez que las condiciones en la celda superan un cierto umbral.

Ahora, un investigador del MIT ha observado un fenómeno similar en un sistema completamente diferente: el ciclo de carbono de la Tierra.

Daniel Rothman, profesor de geofísica y codirector del Lorenz Center en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, descubrió que cuando la velocidad a la que el dióxido de carbono ingresa en los océanos supera un cierto umbral, ya sea como resultado de una estallido repentino o un influjo lento y constante: la Tierra puede responder con una cascada de retroalimentaciones químicas, lo que lleva a una acidificación extrema del océano que amplifica dramáticamente los efectos del disparador original.

Este reflejo global causa enormes cambios en la cantidad de carbono contenido en los océanos de la Tierra, y los geólogos pueden ver evidencia de estos cambios en las capas de sedimentos preservados durante cientos de millones de años.

Cambios en el carbono oceánico y las extinciones

Rothman examinó estos registros geológicos y observó que durante los últimos 540 millones de años, la reserva de carbono en el océano cambió bruscamente, luego se recuperó, docenas de veces de una manera similar a la naturaleza abrupta de una espina neuronal. Esta «excitación» del ciclo del carbono ocurrió más dramáticamente cerca del momento de cuatro de las cinco grandes extinciones en masa en la historia de la Tierra.

Los científicos han atribuido diversos desencadenantes a estos eventos, y han asumido que los cambios en el carbono oceánico que siguieron fueron proporcionales al desencadenante inicial; por ejemplo, cuanto más pequeño es el desencadenante, menor es la lluvia ambiental.

Una sexta extinción masiva podría ocurrir si se sigue emitiendo CO2. Crédito: Pixource

Pero Rothman dice que ese no es el caso. No importó lo que inicialmente causó los eventos; para aproximadamente la mitad de las interrupciones en su base de datos, una vez que se pusieron en marcha, la velocidad a la que aumentó el carbono fue esencialmente la misma. Es probable que su tasa característica sea una propiedad del ciclo del carbono en sí, no de los disparadores, ya que diferentes disparadores operarán a diferentes tasas.

¿Qué tiene todo esto que ver con nuestro clima moderno? Los océanos de hoy están absorbiendo carbono aproximadamente en un orden de magnitud más rápido que el peor de los casos en el registro geológico: la extinción final del Pérmico. Pero los humanos solo han estado bombeando dióxido de carbono a la atmósfera durante cientos de años, en comparación con las decenas de miles de años o más que tomaron las erupciones volcánicas u otras perturbaciones para desencadenar las grandes interrupciones ambientales del pasado. ¿Podría el aumento moderno de carbono ser demasiado breve para provocar una interrupción importante?

Según Rothman, hoy estamos «en el precipicio de la excitación», y si ocurre, el pico resultante, como lo demuestra la acidificación de los océanos, la extinción de especies y más, es probable que sea similar a las catástrofes globales del pasado.

Rothman dijo en un comunicado:

Una vez que hayamos superado el umbral, la forma en que llegamos allí puede no importar. Una vez que lo superas, estás tratando con cómo funciona la Tierra, y sigue su propio camino”.

Una acidificación extrema del océano podría ocurrir si seguimos emitiendo CO2 al ritmo actual. Crédito: Quino Al / Unsplash

Una retroalimentación de carbono

En 2017, Rothman hizo una terrible predicción: para finales de este siglo, es probable que el planeta alcance un umbral crítico, basado en la rápida velocidad a la que los humanos están agregando dióxido de carbono a la atmósfera. Cuando crucemos ese umbral, es probable que pongamos en marcha un tren de carga de consecuencias, que potencialmente culminará en la sexta extinción en masa de la Tierra.

Desde entonces, Rothman ha tratado de comprender mejor esta predicción y, de manera más general, la forma en que responde el ciclo del carbono una vez que supera un umbral crítico. En el nuevo documento, ha desarrollado un modelo matemático simple para representar el ciclo del carbono en el océano superior de la Tierra y cómo podría comportarse cuando se cruce este umbral.

Cuando Rothman introdujo el dióxido de carbono a mayor velocidad, descubrió que una vez que los niveles cruzaban un umbral crítico, el ciclo del carbono reaccionaba con una cascada de retroalimentaciones positivas que magnificaban el disparador original, haciendo que todo el sistema se disparara, en forma de severa acidificación oceánica. El sistema, finalmente, regresó al equilibrio, después de decenas de miles de años en los océanos de hoy, una indicación de que, a pesar de una reacción violenta, el ciclo del carbono recuperará su estado estable.

Crédito: TheDigitalArtist / Pixabay

Este patrón coincide con el registro geológico, encontró Rothman. La tasa característica mostrada por la mitad de su base de datos es el resultado de excitaciones anteriores, pero cercanas al umbral. Las interrupciones ambientales asociadas con la extinción masiva son valores atípicos: representan excitaciones más allá del umbral. Al menos tres de esos casos pueden estar relacionados con un vulcanismo masivo sostenido.

Aunque el carbono está entrando a los océanos hoy a un ritmo sin precedentes, lo está haciendo en un tiempo geológicamente breve. El modelo de Rothman predice que los dos efectos se cancelan: las velocidades más rápidas nos acercan al umbral, pero las duraciones más cortas nos alejan. En lo que se refiere al umbral, el mundo moderno se encuentra aproximadamente en el mismo lugar que durante períodos más largos de vulcanismo masivo.

En otras palabras, si las emisiones inducidas por el hombre de hoy cruzan el umbral y continúan más allá de él, como Rothman predice que lo harán pronto, las consecuencias pueden ser tan graves como lo que experimentó la Tierra durante sus extinciones en masa anteriores.

El estudio científico ha sido publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.

Fuente: MIT News / Phys.org