Quando as emissões de carbono passam por um limiar crítico, pode desencadear um reflexo parecido com um pico no ciclo do carbono, na forma de acidificação oceânica severa que dura 10 mil anos, de acordo com um novo estudo do MIT. Imagem de arquivo MIT
No cérebro, quando os neurônios disparam sinais elétricos para seus vizinhos, isso acontece por meio de uma resposta “tudo ou nada”. O sinal só acontece quando as condições na célula violam um certo limite.
Agora, um pesquisador do MIT observou um fenômeno semelhante em um sistema completamente diferente: o ciclo de carbono da Terra.
Daniel Rothman, professor de geofísica e co-diretor do Centro de Lorenz no Departamento de Terra, Atmosfera e Ciências Planetárias do MIT, descobriu que quando a taxa na qual o dióxido de carbono entra nos oceanos ultrapassa um certo limite – seja como resultado de um explosão repentina ou um influxo lento e constante – a Terra pode responder com uma cascata descontrolada de feedbacks químicos, levando à acidificação oceânica extrema que amplia drasticamente os efeitos do gatilho original.
Esse reflexo global causa grandes mudanças na quantidade de carbono contida nos oceanos da Terra, e os geólogos podem ver evidências dessas mudanças nas camadas de sedimentos preservadas ao longo de centenas de milhões de anos.
Rothman analisou esses registros geológicos e observou que, nos últimos 540 milhões de anos, o armazenamento de carbono do oceano mudou abruptamente, depois se recuperou, dezenas de vezes de uma maneira semelhante à natureza abrupta de um pico de neurônio. Essa “excitação” do ciclo do carbono ocorreu mais dramaticamente perto do tempo de quatro das cinco grandes extinções em massa na história da Terra.
Os cientistas atribuíram vários gatilhos a esses eventos, e eles assumiram que as mudanças no carbono oceânico que se seguiram foram proporcionais ao gatilho inicial – por exemplo, quanto menor o gatilho, menor a precipitação ambiental.
Mas Rothman diz que não é o caso. Não importava o que inicialmente causou os eventos; Por cerca de metade das interrupções em seu banco de dados, uma vez que eles foram acionados, a taxa em que o carbono aumentou foi essencialmente a mesma. Sua taxa característica é provavelmente uma propriedade do próprio ciclo do carbono – não os gatilhos, porque diferentes gatilhos operariam em taxas diferentes.
O que tudo isso tem a ver com o clima atual? Os oceanos de hoje estão absorvendo carbono em uma ordem de grandeza mais rápida do que o pior caso no registro geológico – a extinção final-Permiana. Mas os seres humanos só vêm bombeando dióxido de carbono para a atmosfera há centenas de anos, contra as dezenas de milhares de anos ou mais que levaram a erupções vulcânicas ou outros distúrbios para desencadear as grandes perturbações ambientais do passado. O aumento moderno do carbono pode ser breve demais para provocar uma ruptura importante?
De acordo com Rothman, hoje estamos “no precipício da excitação” e, se ocorrer, o pico resultante – como evidenciado pela acidificação dos oceanos, espécies mortas e mais – provavelmente será semelhante às catástrofes globais do passado.
“Uma vez que estamos no limiar, como chegamos lá pode não importar”, diz Rothman, que está publicando seus resultados esta semana na revista Proceedings of National Academy of Sciences. “Uma vez que você supera isso, você está lidando com a forma como a Terra funciona, e ela segue seu próprio caminho.”
Um feedback de carbono
Em 2017, Rothman fez uma previsão terrível : até o final deste século, o planeta provavelmente atingirá um limiar crítico, baseado na rápida taxa na qual os humanos estão adicionando dióxido de carbono à atmosfera. Quando cruzamos esse limiar, é provável que desencademos um trem de carga de consequências, potencialmente culminando na sexta extinção em massa da Terra.
Desde então, Rothman procurou entender melhor essa previsão e, de maneira mais geral, a maneira como o ciclo do carbono reage quando passa de um limiar crítico. No novo artigo, ele desenvolveu um modelo matemático simples para representar o ciclo de carbono no oceano superior da Terra e como ele poderia se comportar quando esse limite fosse ultrapassado.
Os cientistas sabem que quando o dióxido de carbono da atmosfera se dissolve na água do mar, não apenas torna os oceanos mais ácidos, mas também diminui a concentração de íons carbonato. Quando a concentração de íons carbonato cai abaixo de um limiar, as cascas feitas de carbonato de cálcio se dissolvem. Organismos que os fazem sair mal em condições tão difíceis.
As conchas, além de proteger a vida marinha, fornecem um “efeito de lastro”, derrubando organismos e permitindo que eles se afundem no fundo do oceano junto com o carbono orgânico detrítico, removendo efetivamente o dióxido de carbono do oceano superior. Mas em um mundo de crescente dióxido de carbono, menos organismos calcificadores devem significar que menos dióxido de carbono é removido.
“É um feedback positivo”, diz Rothman. “Mais dióxido de carbono leva a mais dióxido de carbono. A questão, do ponto de vista matemático, é tal feedback suficiente para tornar o sistema instável? ”
“ Uma ascensão inexorável ”
Rothman captou esse feedback positivo em seu novo modelo, que compreende duas equações diferenciais que descrevem as interações entre os vários constituintes químicos no oceano superior. Ele então observou como o modelo respondia ao bombear dióxido de carbono adicional para o sistema, em diferentes taxas e quantidades.
Ele descobriu que, independentemente da taxa em que ele acrescentasse dióxido de carbono a um sistema já estável, o ciclo de carbono no oceano superior permanecia estável. Em resposta a perturbações modestas, o ciclo do carbono ficaria temporariamente fora de sintonia e experimentaria um breve período de acidificação leve do oceano, mas sempre retornaria ao seu estado original, em vez de oscilando para um novo equilíbrio.
Quando introduziu o dióxido de carbono em taxas maiores, descobriu que uma vez que os níveis cruzavam um limiar crítico, o ciclo do carbono reagia com uma cascata de feedbacks positivos que aumentavam o gatilho original, fazendo com que todo o sistema se espichasse, na forma de acidificação severa do oceano. . O sistema finalmente retornou ao equilíbrio, após dezenas de milhares de anos nos oceanos de hoje – uma indicação de que, apesar de uma reação violenta, o ciclo do carbono retomará seu estado estacionário.
Esse padrão corresponde ao registro geológico, descobriu Rothman. A taxa característica exibida pela metade de seu banco de dados resulta de excitações acima, mas próximo do limiar. As rupturas ambientais associadas à extinção em massa são outliers – elas representam excitações bem além do limite. Pelo menos três desses casos podem estar relacionados ao vulcanismo massivo sustentado.
“Quando você ultrapassa um limite, recebe um chute livre do sistema respondendo sozinho”, explica Rothman. “O sistema está em ascensão inexorável. É isso que a excitabilidade é e como funciona um neurônio também ”.
Embora o carbono esteja entrando nos oceanos hoje em uma taxa sem precedentes, ele está sendo feito em um período geologicamente breve. O modelo de Rothman prevê que os dois efeitos se cancelem: taxas mais rápidas nos aproximam do limiar, mas períodos mais curtos nos afastam. No que diz respeito ao limiar, o mundo moderno está aproximadamente no mesmo lugar durante longos períodos de vulcanismo maciço.
Em outras palavras, se as atuais emissões induzidas pelo homem cruzarem o limiar e continuarem além dele, como prevê Rothman, as conseqüências poderão ser tão severas quanto o que a Terra experimentou durante suas extinções em massa anteriores.
“É difícil saber como as coisas vão acabar, dado o que está acontecendo hoje”, diz Rothman. “Mas provavelmente estamos perto de um limite crítico. Qualquer pico alcançaria seu máximo após cerca de 10.000 anos. Espero que isso nos daria tempo para encontrar uma solução ”.
“Nós já sabemos que nossas ações de geração de CO 2 terão consequências por muitos milênios”, diz Timothy Lenton, professor de mudança climática e ciência dos sistemas terrestres da Universidade de Exeter. “Este estudo sugere que essas conseqüências poderiam ser muito mais dramáticas do que o esperado anteriormente. Se levarmos o sistema terrestre longe demais, ele assumirá e determinará sua própria resposta – além desse ponto, pouco poderemos fazer a respeito. ”
Esta pesquisa foi apoiada, em parte, pela NASA e pela National Science Foundation.
* Tradução e edição de Henrique Cortez, EcoDebate.
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César Torres