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Un estudio ha puesto de manifiesto que las emisiones de CO2 podrían desencadenar un desajuste en el ciclo del carbono con consecuencias devastadoras para el planeta

Cuando en el cerebro las neuronas disparan señales eléctricas a sus vecinas, lo hacen a través de un estímulo de respuesta de “todo o nada”, es decir, la señal solo se produce cuando las condiciones han superado cierto umbral, solo en ese momento el estímulo es capaz de salvar la hendidura sináptica, o lo que es lo mismo, el espacio intercelular que separa a dos neuronas. 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 departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias en el Centro Lorenz del MIT, ha descubierto que cuando el dióxido de carbono que ingresa en los océanos supera cierto umbral, ya sea como resultado de un mecanismo repentino o un a ritmo más lento y constante, el sistema puede responder con una cascada desbordada de respuestas químicas que puede conducir a una acidificación extrema del océano que amplifica dramáticamente los efectos del desencadenante original.

Esta reacción global es susceptible de provocar enormes cambios en la cantidad de carbono contenido en los océanos de la Tierra que de hecho, los geólogos ya han podido evidenciar en las capas de sedimentos preservados durante millones de años en nuestro planeta.

El ciclo del carbono y las grandes extinciones
Rothman examinó estos registros geológicos y observó que durante los últimos 540 millones de años, la reserva de carbono en el océano ha cambiado bruscamente y se ha recuperado docenas de veces. Pese a esta recuperación, el investigador ha comprobar no obstante que esta”excitación” del ciclo del carbono ha sido mucho más abrupta coincidiendo en el tiempo con 4 de las 5 grandes extinciones en masa que se han dado en la historia de la Tierra.

Aunque los científicos han atribuido a diversos desencadenantes la responsabilidad de estas alteraciones en el ciclo del carbono y han asumido que dichos cambios en el carbono oceánico fueron proporcionales con las razones que lo motivaron, la investigación de Rothman se opone a estas conjeturas. “No importa lo que inicialmente causara estos desajustes; para la mitad de las alteraciones recogidas en la base de datos, una vez que se pusieron en marcha, la velocidad a la que aumentó el carbono oceánico fue la misma. Es probable que su tasa característica sea una propiedad del ciclo del carbono en sí, no de los procesos que motivaron las alteraciones, ya que diferentes desencadenante actuarían a velocidades diferentes.

¿Qué tiene esto que ver con nuestro clima moderno?
Los océanos de hoy están absorbiendo carbono alrededor de un orden de magnitud más rápido que en el peor de los casos del registro geológico: la extinción final del Pérmico. Sin embargo, en este caso 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 carbón ser demasiado breve para provocar una interrupción importante?

“Hoy estamos al borde de este desajuste que probablemente será similar a las catástrofes globales del pasado”

“Hoy estamos al borde de que se produzca este desajuste, y si ocurre, el resultado, como lo demuestran la acidificación de los océanos, la muerte de muchas especies y otros indicadores, probablemente sea similar a las catástrofes globales del pasado” declara Rothman, cuyo artículo titulado Characteristic disruptions of an excitable carbon cycle se publica esta semana en la revista especializada Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States.

Demasiado CO2: una retroalimentación imparable
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 CO2 a la atmósfera. Cuando crucemos ese umbral, es probable que pongamos en marcha un tren mortal 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 su nuevo documento, ha desarrollado un modelo matemático simple para representar el ciclo del carbono en la parte superior del océano y cómo se comporta cuando se cruza este umbral.

Los científicos saben que cuando el CO2 de la atmósfera se disuelve en el agua de mar, no solo hace que los océanos sean más ácidos, sino que también disminuye la concentración de iones de carbonato. Cuando la concentración de ión carbonato cae por debajo de un umbral, las capas de carbonato de calcio, como la de las conchas de ciertos organismos, se disuelven.

“Más CO2 conduce a más CO2”

Estas conchas, además de proteger la vida marina, tienen el efecto de lastrar a estos organismos, lo que permite que se hundan en el fondo del océano eliminando el CO2 de la parte superior del océano. Sin embargo en un mundo donde aumenta el CO2, el declive de estos organismos calcificantes se traduce en la eliminación de menos CO2. “Más CO2 conduce a más CO2. La pregunta desde un punto de vista matemático es: ¿resulta tal retroalimentación suficiente para hacer que el sistema sea inestable?”, plantea Rothman.

Sin billete de retorno
Rothman incluyó esta retroalimentación positiva en su nuevo modelo matemático observando cómo respondía este mientras bombeaba CO2 adicional al sistema a diferentes velocidades y cantidades. El investigador encontró que no importa la velocidad a la que se agregue CO2 a un sistema siempre que este sea estable, ya que en respuesta a modestas perturbaciones, tras un breve desajuste en el ciclo y una leve acidificación del océano, este siempre volvería a su estado original en lugar de oscilar hacia un nuevo equilibrio.

Sin embargo, cuando introdujo el CO2 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 desencadenante original, haciendo que todo el sistema se desajustara, en forma de severa acidificación oceánica.

“Cuando superas un umbral, obtienes una reacción espontánea de todo el sistema. Probablemente estemos cerca del umbral crítico”

Tomando como referencia los océanos en la actualidad, el sistema regresó al equilibrio después de decenas de miles de años, una indicación de que, a pesar de una reacción violenta, el ciclo del carbono recuperará su estado estable. Este patrón coincide con el registro geológico, sin embargo la conclusión más significativa es que superado el umbral en que las concentraciones de CO2 alcanzan valores atípicos, las condiciones se parecen a las mismas en las que se produjeron 4 de las 5 extinciones masivas, y en las que además, 3 de ellas pudieron estar relacionadas con una gran actividad volcánica sostenida en el tiempo.”Cuando superas un umbral, obtienes una reacción espontánea de todo el sistema”, explica Rothman.

El carbono está entrando a los océanos hoy a un ritmo sin precedentes, y en lo que se refiere a este umbral, el mundo moderno se encuentra aproximadamente en el mismo lugar que durante algunos de los períodos más largos de vulcanismo masivo”, continúa. En otras palabras, si las emisiones de hoy producidas por el hombre cruzan el umbral -tal y como Rothman predice que lo harán pronto- las consecuencias pueden ser tan graves como lo que experimentó la Tierra durante las anteriores extinciones en masa.

“Es difícil saber cómo terminarán las cosas dado lo que está sucediendo hoy”, dice Rothman. “Pero probablemente estemos cerca de un umbral crítico”. En su modelo, todas las predicciones traspasaron el umbral en un periodo máximo de unos 10.000 años”. Espero que eso nos dé tiempo para encontrar una solución”, concluye, aunque es difícil saber en que punto de nos encontramos.