A Terra parece ter um sistema natural de controle climático que ajudou a manter o planeta habitável por mais de 100 milhões de anos. Os cientistas sabem há muito tempo que este sistema existe, mas os mecanismos por trás dele continuam difíceis de explicar.
Novas pesquisas apontam para uma ligação anteriormente negligenciada entre o nível do mar e a presença de fosfatos no oceano. As mudanças na temperatura global afetaram o tamanho das camadas de gelo polares, que alteraram o nível do mar. Estas mudanças afectaram então a quantidade de fosfato que atingiu o oceano aberto, a quantidade de carbono que foi enterrada nos sedimentos marinhos e a quantidade de dióxido de carbono que permaneceu na atmosfera.
Juntos, estes processos ajudaram a determinar se a Terra ficou mais quente ou mais fria ao longo do tempo.
Nível do mar e o ciclo do carbono da Terra
O novo estudo foi coautor de Zunli Lu, professor de ciências da terra e ambientais na Faculdade de Artes e Ciências da Universidade de Syracuse. Ele examina como as mudanças no nível do mar e no oxigênio dos oceanos afetaram a presença de fosfatos e dióxido de carbono na atmosfera nos últimos 60 milhões de anos.
As descobertas foram publicadas em Anais da Academia Nacional de Ciências.
“Sabemos que o dióxido de carbono atmosférico diminuiu substancialmente à medida que a Terra arrefeceu ao longo dos últimos 60 milhões de anos, mas entendemos muito pouco sobre onde esse carbono foi parar”, disse o autor principal Ross Rickaby, professor de ciências da terra na Universidade de Oxford, num artigo de notícias do departamento. “Nossos resultados mostram que o maior soterramento de carbono orgânico em sedimentos marinhos desempenhou um papel muito mais importante do que se pensava anteriormente”.
Fosfato como regulador climático oculto
A pesquisa concentra-se no fósforo, especialmente no fosfato, um nutriente requerido pelos organismos marinhos para o crescimento. Os pesquisadores descrevem o fosfato como uma peça anteriormente “invisível” do quebra-cabeça climático.
Quando o nível do mar estava alto, as plataformas continentais rasas ocupavam uma área maior. Estas plataformas retiveram fosfato nos sedimentos costeiros, deixando menos nutrientes disponíveis no oceano aberto.
Com menos fosfato na água, a produtividade marinha diminuiu. Menos organismos cresceram, menos carbono orgânico afundou no fundo do mar e menos carbono acabou enterrado nos sedimentos. As águas oceânicas também se tornaram mais ricas em oxigênio e o dióxido de carbono acumulou-se na atmosfera.
Como resultado, o planeta ficou mais quente.
A queda dos mares causou um feedback de carbono
Quando o nível do mar caiu, o processo seguiu na direção oposta.
À medida que as plataformas continentais recuavam, mais fosfatos entravam na água. Este nutriente extra apoiou um aumento na vida marinha. À medida que os organismos morriam, os seus restos mortais afundavam-se e decompunham-se, consumindo o oxigénio da água circundante.
Com o tempo, zonas com baixo teor de oxigênio se formaram no oceano. Quando estas zonas atingiram os sedimentos ricos em carbono das plataformas continentais, activaram um poderoso processo de feedback.
O baixo teor de oxigênio fez com que os sedimentos liberassem ainda mais fosfatos. Este fosfato extra contribuiu para um maior crescimento da água do mar, levando a um maior soterramento de carbono orgânico no fundo do mar. À medida que mais carbono foi removido do oceano e da atmosfera, o CO2 atmosférico caiu.
“Nosso coautor, Christian Bjerrum, estudou a relação entre o nível do mar, o oxigênio e o fosfato dos oceanos há duas décadas usando um modelo de computador”, diz Lu. “Finalmente reunimos o registro geológico necessário para testar esta hipótese.”
Um bom lugar para enterrar carbono ao nível do mar
Os investigadores descobriram que este feedback atingiu a sua maior força quando o nível do mar estava cerca de 10 a 40 metros acima dos níveis actuais.
Neste “ponto ideal” ao nível do mar, a água pobre em oxigénio foi coberta por sedimentos da plataforma continental ricos em matéria orgânica. Esta combinação permitiu que uma quantidade invulgarmente grande de carbono fosse enterrada durante milhões de anos.
A equipe comparou este modelo com 60 milhões de anos de evidências geológicas. Os dados incluíram registros de isótopos de carbono, medições de acúmulo de fósforo em sedimentos de águas profundas e um método mais recente de conversão de iodo em cálcio para reconstruir os níveis de oxigênio no oceano antigo.
Lendo o antigo oxigênio do oceano
O laboratório de Lu realizou medições da proporção de iodo para cálcio.
O método examina a composição química de antigos foraminíferos, organismos marinhos microscópicos cujos restos mortais foram preservados nos sedimentos do fundo do mar. Sua composição química permite aos cientistas estimar quanto oxigênio havia na água quando viviam.
As amostras foram analisadas usando um espectrômetro de massa na Syracuse University. A ferramenta foi financiada pela National Science Foundation.
Por que o Eoceno permaneceu quente
A época do Eoceno, que durou cerca de 56 a 34 milhões de anos atrás, fornece um excelente exemplo do que aconteceu quando o feedback do sepultamento de carbono estava em grande parte inativo.
Durante este período, o nível do mar estava extremamente elevado e extensas plataformas continentais ficaram submersas. O fosfato ficou preso em sedimentos rasos, deixando o oceano aberto relativamente pobre em nutrientes.
A produtividade marinha permaneceu mais baixa, o oceano tornou-se altamente oxigenado e menos carbono orgânico foi enterrado. Com o mecanismo de feedback efetivamente desligado, o dióxido de carbono acumulou-se na atmosfera e a Terra permaneceu quente.
Um sistema climático que se tornou mais estável
Os pesquisadores acreditam que as zonas onde o carbono está enterrado diminuíram gradualmente ao longo do tempo geológico à medida que a água com baixo teor de oxigênio se aprofundava.
Esta mudança de longo prazo pode ter ajudado a estabilizar o oxigénio atmosférico e o dióxido de carbono. As transições entre o soterramento e a acumulação de carbono na atmosfera tornaram-se menos extremas, tornando o sistema climático da Terra mais resistente às perturbações.
As principais conclusões do estudo
O fosfato, um nutriente essencial para a vida marinha, tem actuado como um regulador oculto do ciclo do carbono da Terra durante os últimos 60 milhões de anos, embora o seu papel exacto não seja totalmente compreendido.
O nível do mar afetou a quantidade de fosfato que atingiu o oceano aberto. Isto controlou a produtividade marinha, a quantidade de carbono enterrado nos sedimentos do fundo do mar e a quantidade de dióxido de carbono restante na atmosfera.
Um “ponto ideal” ao nível do mar, cerca de 10 a 40 metros acima do atual, criou o mais forte sepultamento de carbono. Este processo funcionou como um travão natural ao aquecimento durante milhões de anos e ajudou a impulsionar a Terra para o seu atual clima mais frio.
A pesquisa envolveu funcionários da Universidade de Oxford (Riccaby e Thomas Wood) e da Universidade de Copenhague (Christian J. Bjerrum). Foi apoiado por duas bolsas da National Science Foundation.
As descobertas complementam um trabalho maior do laboratório de Lu, que utiliza a conversão de iodo em cálcio para reconstruir as condições de oxigênio em oceanos antigos.
Um estudo anterior publicado em janeiro em Ciências naturaisusaram a mesma técnica para mostrar que os oceanos tropicais durante o Éon Proterozóico eram ricos em oxigênio. Este modelo era exatamente o oposto do que existe hoje. Os pesquisadores também descobriram que um ponto crítico no planeta há centenas de milhões de anos levou a uma mudança na distribuição global de oxigênio.
