El vulcanismo masivo puede tener impactos contradictorios sobre el clima: calentamiento tropical en escalas de tiempo "más cortas", enfriamiento de la era de hielo en miles de millones de años

Los depósitos volcánicos tanto en la tierra como en el lecho marino se degradan rápidamente, liberando nutrientes como el fósforo a los océanos (el ejemplo que se muestra aquí es Montserrat, West Indies).Un volcán de la isla caribeña homónima.

La emisión de dióxido de carbono (CO2) es un proceso clave, junto a la fertilización del océano por el fósforo de las cenizas volcánicas.

Científicos de la Universidad de Southampton han descubierto que dos períodos intensos de vulcanismo desencadenaron un período de enfriamiento global y caída de los niveles de oxígeno en los océanos, lo que provocó una de las extinciones masivas más graves en la historia de la Tierra. Los investigadores, en colaboración con colegas de la Universidad de Oldenburg, la Universidad de Leeds y la Universidad de Plymouth, estudiaron los efectos de la ceniza volcánica y la lava en la química del océano durante un período de cambio ambiental extremo hace unos 450 millones de años. Sus hallazgos se publican en la revista Nature Geoscience.

Este período provocó un intenso enfriamiento planetario, que culminó en una glaciación y la mayor "Extinción masiva del Ordovícico Tardío". Esta extinción provocó la pérdida de aproximadamente el 85% de las especies que habitan en los océanos, remodelando el curso de la evolución de la vida en la Tierra.

Una ligera capa de ceniza es visible en este núcleo de perforación de la isla caribeña de Montserrat.

"Se ha sugerido que el enfriamiento global fue impulsado por un aumento en la entrada de fósforo a los océanos", dice el Dr. Jack Longman, autor principal del estudio con sede en la Universidad de Oldenburg y anteriormente investigador postdoctoral en Southampton. “El fósforo es uno de los elementos clave de la vida, ya que determina el ritmo al que pequeños organismos acuáticos como las algas pueden utilizar la fotosíntesis para convertir el dióxido de carbono (CO2) en materia orgánica”.

Estos organismos eventualmente se asientan en el lecho marino y son enterrados, lo que finalmente reduce los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, lo que luego causa enfriamiento.
“El enigma sin resolver es por qué la glaciación y la extinción ocurrieron en dos fases distintas en este momento, separadas por unos 10 millones de años”, afirma el Dr. Tom Gernon, profesor asociado de la Universidad de Southampton y coautor del estudio. “Eso requiere algún mecanismo para pulsar el suministro de fósforo, lo cual es difícil de explicar”.

El equipo identificó que dos pulsos excepcionalmente grandes de actividad volcánica en todo el mundo, que ocurren en partes de la actual América del Norte y el sur de China, coincidieron muy de cerca con los dos picos de glaciación y extinción. “Pero los estallidos intensos de vulcanismo suelen estar relacionados con la liberación masiva de CO2, que debería impulsar el calentamiento global, por lo que otro proceso debe ser responsable de los eventos de enfriamiento repentinos”, explica el Dr. Gernon.

Esto llevó al equipo a considerar si un proceso secundario (descomposición natural o "meteorización" del material volcánico) pudo haber proporcionado el aumento de fósforo necesario para explicar las glaciaciones.

"Cuando el material volcánico se deposita en los océanos, sufre una alteración química rápida y profunda, incluida la liberación de fósforo, lo que fertiliza eficazmente los océanos", afirma el coautor, el profesor Martin Palmer de la Universidad de Southampton. “Entonces, parece una hipótesis viable y ciertamente una que vale la pena probar”.

“Esto llevó a nuestro equipo a estudiar capas de cenizas volcánicas en sedimentos marinos mucho más jóvenes para comparar su contenido de fósforo antes y después de que fueran modificados por interacciones con el agua de mar”, dijo el Dr. Hayley Manners, profesor de Química Orgánica en la Universidad de Plymouth. Equipado con esta información, el equipo estaba en una mejor posición para comprender el impacto geoquímico potencial de extensas capas volcánicas de enormes erupciones durante el Ordovícico.

El cambio climático abrupto hace unos 450 millones de años provocó la segunda peor extinción masiva en la historia de la Tierra. Entre las víctimas se encontraba el género de trilobites Selenopeltis (fósil: Museo de Historia Natural de la Universidad de Oxford).

“Esto nos llevó a desarrollar un modelo biogeoquímico global para comprender los efectos en cadena sobre el ciclo del carbono de la rápida adición de una oleada de fósforo lixiviado de depósitos volcánicos al océano”, dice el Dr. Benjamin Mills, profesor asociado de la Universidad de Leeds y coautor del estudio.

El equipo descubrió que las capas extendidas de material volcánico depositadas en el lecho marino durante el Período Ordovícico habrían liberado suficiente fósforo en el océano para impulsar una cadena de eventos, incluido el enfriamiento climático, la glaciación, la reducción generalizada de los niveles de oxígeno del océano y la extinción masiva.

Si bien puede ser tentador pensar que sembrar fósforo en los océanos puede ayudar a resolver la actual crisis climática, los científicos advierten que esto puede tener consecuencias más dañinas. “El exceso de escorrentía de nutrientes de fuentes como fertilizantes agrícolas es una causa importante de eutrofización marina, donde las algas crecen rápidamente y luego se descomponen, consumiendo oxígeno y causando daños sustanciales a los ecosistemas en la actualidad”, advierte el Dr. Mills.

Los científicos concluyen que, si bien en escalas de tiempo cortas, las erupciones volcánicas masivas pueden calentar el clima a través de las emisiones de CO2, también pueden impulsar el enfriamiento global en escalas de tiempo multimillonarias. “Nuestro estudio puede impulsar nuevas investigaciones de otras extinciones masivas durante la historia de la Tierra”, concluye el Dr. Longman.

Jack Longman et al .: "Cambio climático del Ordovícico tardío y extinciones provocadas por un elevado suministro de nutrientes volcánicos", Nature Geoscience, 2. Diciembre de 2021, DOI: 10.1038 / s41561-021-00855-5

Fuente: Universidad de Southampton

Créditos de las fotografías: Dr. Tom Gernon / Universidad de Southampton

(07.12.2021, Estados Unidos: 12.07.2021)