Los investigadores observan un «sesgo de calentamiento» durante los últimos 66 millones de años que podría repetirse si los casquetes polares desaparecen.

Es cada vez más claro que las condiciones de sequía prolongada, el calor récord, los incendios forestales sostenidos y las tormentas frecuentes y más extremas experimentadas en los últimos años son el resultado directo del aumento de las temperaturas globales provocado por la adición de dióxido de carbono por los seres humanos en la atmósfera. Y uno nuevo CON Un estudio de los fenómenos meteorológicos extremos en la historia antigua de la Tierra sugiere que el planeta actual puede volverse más volátil a medida que continúa calentándose.

El estudio, publicado el 11 de agosto de 2021 en Progreso de los científicos, examina el registro paleoclimático de los últimos 66 millones de años, durante la era Cenozoica, que comenzó poco después de la extinción de los dinosaurios. Los científicos han descubierto que durante este período, las fluctuaciones en el clima de la Tierra experimentaron un sorprendente «sesgo de calentamiento». En otras palabras, ha habido muchos más eventos de calentamiento (períodos de calentamiento global prolongado, que duraron de miles a decenas de miles de años) que eventos de enfriamiento. Además, los eventos de calentamiento tendían a ser más extremos, con mayores cambios de temperatura, que los eventos de enfriamiento.

Los investigadores dicen que una posible explicación de este sesgo de calentamiento puede residir en un «efecto multiplicador», por el cual un grado modesto de calentamiento, por ejemplo, debido a que los volcanes liberan dióxido de carbono a la atmósfera, acelera naturalmente ciertos procesos biológicos y químicos que refuerzan estas fluctuaciones. conduciendo, en promedio, a un calentamiento aún mayor.

Curiosamente, el equipo observó que este sesgo de calentamiento desapareció hace unos 5 millones de años, cuando comenzaron a formarse los casquetes polares en el hemisferio norte. No se sabe qué efecto ha tenido el hielo en la respuesta de la Tierra al cambio climático. Pero a medida que retrocede el hielo ártico actual, el nuevo estudio sugiere que puede regresar un efecto multiplicador, y el resultado puede ser una mayor amplificación del calentamiento global inducido por el hombre.

«Los casquetes polares del hemisferio norte se están reduciendo y podrían desaparecer como consecuencia a largo plazo de las acciones humanas», dice el autor principal del estudio, Constantin Arnscheidt, estudiante graduado en el Departamento de Ciencias de la Tierra, de la atmósfera y los planetas del MIT. . «Nuestra investigación sugiere que esto puede hacer que el clima de la Tierra sea fundamentalmente más sensible a los eventos de calentamiento global extremos y de largo plazo, como los observados en el pasado geológico».

El coautor del estudio de Arnscheidt es Daniel Rothman, profesor de geofísica en el MIT y cofundador y codirector del Centro Lorenz en el MIT.

Una oleada volátil

Para su análisis, el equipo consultó grandes bases de datos de sedimentos que contienen foraminíferos bentónicos de aguas profundas, organismos unicelulares que han existido durante cientos de millones de años y cuyas cáscaras duras se conservan en los sedimentos. La composición de estas conchas se ve afectada por la temperatura del océano a medida que se desarrollan los organismos; Por lo tanto, las conchas se consideran un indicador confiable de las temperaturas de la Tierra antigua.

Durante décadas, los científicos han analizado la composición de estas conchas marinas, recolectadas en todo el mundo y fechadas en diferentes momentos, para rastrear la fluctuación de la temperatura de la Tierra durante millones de años.

“Cuando estos datos se utilizan para estudiar los fenómenos meteorológicos extremos, la mayoría de los estudios se han centrado en grandes picos de temperatura individuales, normalmente de unos pocos grados. Celsius calentamiento ”, dice Arnscheidt. «En cambio, tratamos de mirar las estadísticas agregadas y considerar todas las fluctuaciones involucradas, en lugar de elegir las más importantes».

El equipo primero realizó un análisis estadístico de los datos y observó que durante los últimos 66 millones de años, la distribución de las fluctuaciones de la temperatura global no se parecía a una curva de campana estándar, con colas simétricas que representan una probabilidad igual de calor extremo y frío extremo. fluctuación. En cambio, la curva estaba notablemente desequilibrada, sesgada hacia eventos más calientes que fríos. La curva también exhibió una cola significativamente más larga, lo que representa eventos calientes más extremos, o temperaturas más altas, que eventos fríos más extremos.

«Esto indica que hay algún tipo de amplificación sobre lo que cabría esperar», dice Arnscheidt. “Todo apunta a algo fundamental que está en el origen de esta oleada, o este sesgo hacia los eventos de calentamiento. «

«Es justo decir que el sistema de la Tierra se está volviendo más volátil, en un sentido de calentamiento», agrega Rothman.

Un multiplicador de calentamiento

El equipo se preguntó si este sesgo de calentamiento podría ser el resultado de un «ruido multiplicativo» en el ciclo clima-carbono. Los científicos han entendido desde hace mucho tiempo que las temperaturas más altas, hasta cierto punto, tienden a acelerar los procesos biológicos y químicos. Dado que el ciclo del carbono, que es un impulsor clave de las fluctuaciones climáticas a largo plazo, está compuesto en sí mismo por tales procesos, los aumentos de temperatura pueden causar fluctuaciones más grandes, inclinando el sistema hacia eventos extremos de calentamiento.

En matemáticas, existe un conjunto de ecuaciones que describen tales efectos amplificadores o multiplicativos generales. Los investigadores aplicaron esta teoría multiplicativa a su análisis para ver si las ecuaciones podían predecir la distribución sesgada, incluido el grado de asimetría y la longitud de sus colas.

En última instancia, encontraron que los datos y el sesgo observado hacia el calentamiento podrían explicarse mediante la teoría multiplicativa. En otras palabras, es muy probable que durante los últimos 66 millones de años, los períodos de calentamiento moderado se hayan visto reforzados en promedio por efectos multiplicadores, como la respuesta de procesos biológicos y químicos que aún han calentado el planeta.

Como parte del estudio, los investigadores también analizaron la correlación entre los eventos de calentamiento pasados ​​y los cambios en la órbita de la Tierra. Durante cientos de miles de años, la órbita de la Tierra alrededor del Sol se vuelve regularmente más o menos elíptica. Pero los científicos se han preguntado por qué muchos eventos de calentamiento pasados ​​parecen coincidir con estos cambios, y por qué estos eventos exhiben un calentamiento en exceso de lo que el cambio en la órbita de la Tierra podría haber causado por sí solo.

Por lo tanto, Arnscheidt y Rothman incorporaron los cambios orbitales de la Tierra en el modelo multiplicativo y su análisis de los cambios de temperatura de la Tierra, y encontraron que los efectos multiplicadores podrían amplificar de manera predecible, en promedio, aumentos modestos de temperatura debido a cambios en la órbita de la Tierra.

“El clima se está calentando y enfriando en sincronización con los cambios orbitales, pero los ciclos orbitales mismos predicen solo cambios modestos en el clima”, dice Rothman. «Pero si consideramos un modelo multiplicativo, entonces un calentamiento modesto, asociado con este efecto multiplicador, puede conducir a eventos extremos que tienden a ocurrir al mismo tiempo que estos cambios orbitales».

“Los humanos están forzando el sistema de una nueva manera”, agrega Arnscheidt. “Y este estudio muestra que cuando aumentamos la temperatura, es probable que interactuemos con estos efectos potenciadores naturales. «

Referencia: “Asimetría del clima cenozoico extremo – eventos del ciclo del carbono” por Constantin W. Arnscheidt y Daniel H. Rothman, 11 de agosto de 2021, Progreso de los científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abg6864

Esta investigación fue financiada, en parte, por la Escuela de Ciencias del MIT.