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Investigadores del Paleoclima del MIT descubren un «sesgo de calentamiento»

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El calentamiento global está causando más calentamiento extremo, según un nuevo estudio paleoclimático del MIT. Crédito: MIT News

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.

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«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».

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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.

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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.

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Stennis Space Center está listo para el año de pruebas de propulsión activa

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Foto cortesía de la NASA

CENTRO ESPACIAL STENNIS, Mississippi — De la NASA:

A medida que comienza el nuevo año, siete de los nueve equipos de prueba de Stennis se utilizan para realizar pruebas. Cuatro stands son operados directamente por la NASA, uno está bajo un acuerdo de la Ley del Espacio Reembolsable con Aerojet Rocketdyne, y dos han sido entregados a Relativity Space Inc. para operar bajo la Ley de Lanzamiento Espacial Comercial.

“Esperamos un año de pruebas activas”, dijo Joe Schuyler, director de ingeniería y gestión de pruebas de Stennis. “Stennis ya está a la vanguardia de las pruebas para ayudar a impulsar el programa de exploración del espacio profundo de la nación. Además, cada vez más empresas comerciales se están dando cuenta del valor de nuestras instalaciones, infraestructura y equipo de prueba incomparables, y traen sus proyectos de prueba al sitio.

La perspectiva comercial para 2022 es un remanente del año más reciente. En 2021, las pruebas de motores de cohetes en Stennis incluyeron 11 campañas de prueba, incluidos siete proyectos dirigidos por la NASA, en ocho bancos de pruebas. La actividad del año sumó 434 pruebas y 7.341 segundos de tiempo de disparo acumulado.

Comercialmente, Stennis se ha asociado con siete empresas en proyectos de prueba de componentes y motores de cohetes en el último año: Aerojet Rocketdyne, Relativity Space, Virgin Orbit, Blue Origin, Ursa Major, Launcher y Firehawk. Aerojet Rocketdyne realizó la última prueba de aceptación de fuego caliente RS-68 planificada en el banco de pruebas B-1 en abril. Sin embargo, varias de las otras empresas continúan probando proyectos hasta 2022. También existe la posibilidad de participar en alianzas con otras empresas en el nuevo año.

Mientras tanto, en el proyecto de más alto perfil del año, la NASA completó la prueba Green Run de la etapa central del Sistema de Lanzamiento Espacial (SLS) en el banco de pruebas B-2 en marzo. Después de las pruebas de un año de duración de la etapa central y sus sistemas integrados, comenzó los preparativos para pruebas Green Run similares de la nueva etapa superior de exploración (EUS), en desarrollo para su uso en futuras asignaciones de SLS.

Las pruebas EUS también se realizarán en el banco de pruebas B-2. Para ayudar a prepararse para la campaña futura, la NASA comenzó el trabajo de modificación en el banco de pruebas B-2 y también realizó una serie de pruebas de difusores a pequeña escala en el banco de pruebas E-3 en 2021. Los preparativos de EUS continuarán durante 2022.

La NASA también continuó probando los motores RS-25 para ayudar a impulsar el SLS en el banco de pruebas A-1 durante 2021. Además de otra ronda de pruebas de desarrollo, la NASA realizará incendios de un motor de certificación RS-25 el próximo año. La serie de certificaciones marcará un gran paso hacia la producción de nuevos motores RS-25 para futuras misiones SLS.

Stennis está realizando pruebas de vuelo y pruebas de desarrollo para los motores RS-25 que impulsarán SLS, que se está desarrollando para la exploración del espacio profundo con la nave espacial Orion. Las pruebas de desarrollo en Stennis brindan datos críticos a Aerojet Rocketdyne, el contratista principal del motor RS-25, ya que produce nuevos motores RS-25 utilizando materiales, procesos y tecnología de fabricación avanzados.

El SLS es vital para las misiones del programa Artemis de la NASA para devolver humanos, incluida la primera mujer y la primera persona de color, a la Luna y eventuales misiones a Marte. En su diseño evolucionado, será el cohete más poderoso del mundo y llevará a los astronautas al espacio profundo como nunca antes.

Bajo el programa Artemis, la NASA está diseñando y construyendo una Plataforma Orbital Lunar (Gateway), la infraestructura espacial necesaria para permitir la exploración y el desarrollo a largo plazo de la Luna, así como viajar más profundamente en el espacio de la Tierra. Gateway está diseñado para dar a la NASA una presencia estratégica en el espacio lunar que impulsará la actividad con socios comerciales e internacionales para ayudar a avanzar en la exploración lunar.

Además de su negocio de propulsión, el equipo del Laboratorio de Sistemas Autónomos (ASL) de Stennis está desarrollando capacidades de software autónomas que se pueden usar en Gateway u otros módulos habitacionales del espacio profundo para ayudar a monitorear y controlar sistemas críticos. Esta capacidad es vital para el éxito de la misión, ya que las funciones de comunicación y control terrestre toman más tiempo a medida que los vehículos de exploración se alejan más de la Tierra.

El equipo de ASL marcará su propio hito importante más adelante en 2022. Un proyecto propuesto por el equipo fue uno de los 10 seleccionados por la NASA como parte de un esfuerzo para habilitar nuevas capacidades tecnológicas para la exploración humana desde el espacio profundo. A través del Proyecto Polaris, un pequeño satélite con la Plataforma para Sistemas Autónomos (NPAS) de la NASA desarrollado en Stennis se desplegará desde la Estación Espacial Internacional a finales de este año. El proyecto evaluará y validará el desempeño del NPAS en un entorno espacial.

Stennis es el sitio de prueba de propulsión de cohetes más grande de Estados Unidos, con instalaciones de prueba valoradas en más de $ 2 mil millones. Debido a su amortiguador acústico circundante de 125,000 acres, Stennis tiene la capacidad de realizar pruebas de escenarios y motores de cohetes las 24 horas del día, los 365 días del año, sin molestar a los vecinos. Como resultado, Stennis se encuentra al comienzo de la ruta crítica para el futuro de la exploración espacial.

Para obtener más información sobre el Centro Espacial Stennis de la NASA, visite www.nasa.gov/centers/stennis/

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La NASA investiga una firma de carbono ‘inusual’ en Marte

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El rover Curiosity de la NASA capturó esta selfie a fines de 2020.

NASA/JPL-Caltech/MSSS/Kevin M. Gill

Esta historia es parte Bienvenido a Marte, nuestra serie explorando el planeta rojo.

Cuando las palabras «intrigante», «Marte» y «vida antigua» aparecen en la misma declaración de la NASA, se me aguzan los oídos. El domingo, La NASA habló sobre un nuevo estudio viendo «señales de carbono inusuales» medidas por el rover Curiosity en el cráter Gale del planeta rojo.

Curiosity no ha encontrado evidencia de vida microbiana antigua en Marte, pero los científicos no la descartan como una posible explicación de los hallazgos del rover. Las muestras de roca en polvo estudiadas por el rover muestran el tipo de firmas de carbono que están vinculadas a la vida biológica en la Tierra. Pero Marte puede contar una historia muy diferente.

Se espera que el estudio sea publicado esta semana en el Actas de la Revista de la Academia Nacional de Ciencias.

El carbono es un elemento clave de la vida en nuestro propio planeta, por lo que es importante estudiar cómo aparece en Marte. «Por ejemplo, las criaturas vivas en la Tierra usan el átomo de carbono-12 más pequeño y liviano para metabolizar los alimentos o para la fotosíntesis en comparación con el átomo de carbono-13 más pesado», dijo la NASA. «Por lo tanto, significativamente más carbono-12 que carbono-13 en las rocas antiguas, junto con otras pruebas, sugiere que los científicos están investigando las firmas de la química de la vida».

El rover Curiosity de la NASA hizo este pozo en el cráter Gale en Marte. Los científicos han encontrado intrigantes firmas de carbono en algunas muestras estudiadas por el rover.

NASA/Caltech-JPL/MSSS

Curiosity calentó muestras de rocas en un laboratorio a bordo y usó su Espectrómetro láser sintonizable instrumento para medir los gases liberados por las muestras. Algunas de las muestras de rocas contenían «cantidades sorprendentemente altas de carbono-12» en comparación con lo que se ha encontrado en la atmósfera de Marte y en los meteoritos marcianos.

Según un comunicado de Penn State, los investigadores ofrecieron varias explicaciones: «una nube de polvo cósmico, la radiación ultravioleta que descompone el dióxido de carbono o la degradación ultravioleta del metano creado biológicamente».

La idea de la nube hace referencia a un evento en el que el sistema solar pasó a través de una nube de polvo galáctico hace cientos de millones de años, que pudo haber dejado depósitos ricos en carbono en Marte. La segunda idea sugiere que la luz ultravioleta podría haber interactuado con el dióxido de carbono en la atmósfera marciana y dejado moléculas con la distintiva firma de carbono en la superficie.

Una idea de origen biológico podría haber implicado que las bacterias liberaran metano a la atmósfera que luego se convirtió en moléculas que se asentaron en Marte, dejando atrás la firma de carbono encontrada por Curiosity.

Marte y la Tierra han experimentado tiempos de vida muy diferentes, por lo que los científicos son reacios a aplicar las expectativas de la Tierra a los datos de Marte. «Las tres posibilidades apuntan a un ciclo de carbono inusual diferente a cualquier cosa en la Tierra hoy». dijo el geocientífico de Penn State Christopher House, quien dirigió el estudio. «Pero necesitamos más datos para determinar cuál de estas es la explicación correcta».

Curiosity ha estado en Marte desde 2012 y continúa examinando rocas y sedimentos a medida que se mueve alrededor del cráter. Es posible que su estudio de los isótopos de carbono aún no pueda responder a la pregunta de si el planeta rojo alguna vez albergó vida, pero la investigación continúa.

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El rover de Marte de la NASA: la vida antigua puede ser solo una posible explicación para el último descubrimiento del rover Curiosity

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Un nuevo análisis de muestras de sedimentos recolectadas por el rover ha revelado la presencia de carbono, y la posible existencia de vida antigua en el Planeta Rojo es solo una posible explicación de su presencia.

El carbono es la base de toda la vida en la Tierra, y el ciclo del carbono es el proceso natural de reciclaje de átomos de carbono. En nuestro planeta, los átomos de carbono siguen un ciclo a medida que viajan desde la atmósfera hasta el suelo y regresan a la atmósfera. La mayor parte de nuestro carbono está en rocas y sedimentos y el resto está en el océano global, la atmósfera y los organismos, según NOAA, o la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica.

Por eso los átomos de carbono -con su ciclo de reciclaje- son trazadores de la actividad biológica en la Tierra. Por lo tanto, podrían usarse para ayudar a los investigadores a determinar si existió vida en el antiguo Marte.

Cuando estos átomos se miden dentro de otra sustancia, como el sedimento marciano, pueden arrojar luz sobre el ciclo del carbono de un planeta, sin importar cuándo sucedió.

Saber más sobre el origen de este carbono marciano recién detectado también podría revelar el proceso del ciclo del carbono en Marte.

Un estudio que detalla estos resultados publicado el lunes en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

Secretos en los sedimentos

Curiosity aterrizó en el cráter Gale en Marte en agosto de 2012. El cráter de 96 millas (154,5 kilómetros), llamado así por el astrónomo australiano Walter F. Gale, probablemente se formó por el impacto de un meteorito de entre 3,5 y 3,8 mil millones de años. La gran cavidad probablemente alguna vez contuvo un lago, y ahora incluye una montaña llamada Mount Sharp. El cráter también incluye capas de roca antigua expuesta.

Pour un examen plus approfondi, le rover a foré pour collecter des échantillons de sédiments à travers le cratère entre août 2012 et juillet 2021. Curiosity a ensuite chauffé ces 24 échantillons de poudre à environ 1 562 degrés Fahrenheit (850 degrés Celsius) afin de séparer los elementos. Esto hizo que las muestras liberaran metano, que luego fue analizado por otro instrumento en el arsenal del rover para mostrar la presencia de isótopos de carbono estables o átomos de carbono.

El rover Curiosity busca sal en Marte

Algunas de las muestras se empobrecieron en carbono mientras que otras se enriquecieron. El carbono tiene dos isótopos estables, medidos como carbono 12 o carbono 13.

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“Las muestras extremadamente empobrecidas en carbono 13 se parecen un poco a las muestras australianas tomadas de sedimentos de 2.700 millones de años”, dijo Christopher H. House, autor principal del estudio y profesor de geociencias en la Universidad Estatal de Pensilvania, en un comunicado. .

«Estas muestras fueron causadas por la actividad biológica cuando el metano fue consumido por antiguas esteras microbianas, pero no necesariamente podemos decir eso sobre Marte porque es un planeta que puede haberse formado a partir de materiales y procesos diferentes a los de la Tierra».

En los lagos de la Tierra, a los microbios les gusta crecer en grandes colonias que esencialmente forman esteras justo debajo de la superficie del agua.

3 posibles orígenes del carbono

Las diferentes medidas de estos átomos de carbono podrían sugerir tres cosas muy diferentes sobre el antiguo Marte. Es probable que el origen del carbono se deba al polvo cósmico, la degradación ultravioleta del dióxido de carbono o la degradación ultravioleta del metano producido biológicamente.

«Estos tres escenarios no son convencionales, a diferencia de los procesos comunes en la Tierra», dijeron los investigadores.

El primer escenario involucra a todo nuestro sistema solar atravesando una nube de polvo galáctico, algo que sucede cada 100 millones de años, según House. La nube cargada de partículas podría desencadenar eventos de enfriamiento en planetas rocosos.

Esta imagen capturada por Curiosity muestra un área perforada y muestreada por el rover.

«No deposita mucho polvo», dijo House. «Es difícil ver cualquiera de estos eventos de deposición en los registros de la Tierra».

Pero es posible que durante un evento como este, la nube de polvo cósmico haya bajado las temperaturas en el antiguo Marte, que pudo haber contenido agua líquida. Esto podría haber causado la formación de glaciares en Marte, dejando una capa de polvo sobre el hielo. Cuando el hielo se derritió, la capa de sedimento que contiene carbono habría permanecido. Si bien esto es completamente posible, hay poca evidencia de glaciares en Gale Crater y los autores del estudio dijeron que esto requeriría más investigación.

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El segundo escenario implica la conversión de dióxido de carbono en Marte en compuestos orgánicos, como el formaldehído, debido a la radiación ultravioleta. Esta hipótesis también requiere más investigación.

La tercera forma en que se produjo este carbono tiene posibles raíces biológicas.

El rover Curiosity detecta los niveles más altos de metano en Marte
Si este tipo de medición de carbono empobrecido se hiciera en la Tierra, mostraría que los microbios estaban consumiendo metano producido biológicamente. Mientras que Curiosity ya ha detectado metano en Marte, los investigadores solo pueden adivinar si alguna vez hubo grandes columnas de metano liberadas debajo de la superficie de Marte. Si lo fuera, y hubiera microbios en la superficie de Marte, habrían consumido ese metano.

También es posible que el metano interactuara con la luz ultravioleta, dejando un rastro de carbono en la superficie marciana.

Más perforaciones en el horizonte

El rover Curiosity regresará al sitio donde recolectó la mayoría de las muestras en aproximadamente un mes, lo que permitirá otra oportunidad de analizar los sedimentos de este lugar intrigante.

«Esta investigación ha logrado un objetivo de larga data para la exploración de Marte», dijo House. «Para medir diferentes isótopos de carbono, una de las herramientas geológicas más importantes, de sedimentos en otro mundo habitable, y lo hace observando nueve años de exploración».

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