Un blog de ciencia para entender el funcionamiento del planeta y su relación con la historia de la humanidad
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La historia industrial del viejo mundo a través del contenido de plomo en los glaciares del mundo6/12/2017
Como comprenderán, para que haya residuos de metales en el hielo, éstos deben provenir de una manufactura a gran escala, por lo que no tenemos evidencias de los primeros metales que se trabajaron en la prehistoria. Así, aunque en Europa, Asia y África hubo una edad del cobre (calcolítico – hace unos 5000-6000 años) y una edad del bronce (hace unos 4000 años) antes de la edad del hierro (hace unos 3000 años, ya en la historia escrita), sólo hay evidencias de esta última en los glaciares del mundo. Y aunque las fechas de estos periodos varían de unas regiones a otras, en general en las grandes civilizaciones fue en el primer milenio antes de cristo cuando empezó la metalurgia a una mayor escala, seguramente relacionado con una población creciente con mayor intercambio comercial y también conflictos territoriales que demandaban más armamento.
De hecho todavía recuerdo cómo se cambiaron las tuberías de casa de mis padres cuando era niño, cambiando el plomo por el cobre. Curiosamente en zonas "más romanas" como España (fontanero) e Italia (idraulico) se ha perdido esa acepción. Pero además de tuberías, también daban un tono dulce a sus vinos al meterlos en recipientes de plomo por lo que además de disfrutar del vino se iban envenenando poco a poco, pues el plomo es un potente neurotóxico. Hay quien defiende que el plomo está detrás de la locura de algunos emperadores y de la dificultad de los aristócratas para tener hijos (también causa infertilidad) y que de alguna manera pudo influir en el colapso de la civilización romana.
Tras el colapso del imperio romano occidental, la contaminación por plomo disminuyó, aunque en realidad siempre hubo una industria que seguía contaminando. Bueno, casi siempre. Recientemente se ha publicado un estudio que muestra cómo el uso de plomo y otros metales sí disminuyó de forma abrupta en Europa cuando la peste negra arrasó con la mitad de la población alrededor del año 1350. Traten de imaginarse por un momento que en la población donde viven mueren la mitad de las personas y cómo afectaría eso a los flujos comerciales, al acceso a los alimentos, y claro a las actividades industriales. Este estudio, de hecho, ha puesto en duda lo que hasta ahora se consideraba la concentración natural de plomo en la atmósfera y tal vez debamos revisar qué concentraciones son admisibles de un metal tan perjudicial para la salud. Con la revolución industrial su uso nuevamente se incrementó debido a su uso en la fabricación de pinturas, lo que afectó enormemente en la salud de los trabajadores de esas fábricas. Lejos de prohibirse por sus conocidos efectos, su uso se incrementó todavía más en los años 20 del siglo XX cuando el químico Thomas Midley (denominado "el organismo más dañino de la Tierra") descubrió que poniendo plomo a la gasolina la eficiencia de los motores aumentaba. Aunque las evidencias de muertes por plomo fueron claras en los años 20, se siguió permitiendo su uso a concentraciones bajas.
Un caso particular es el de Rusia, ya que influyó la caída de la URSS en los años 80 y no tanto el quitar el plomo a la gasolina. El colapso de su industria también puede verse en la concentración de otros metales en glaciares Siberianos (Figura abajo). Referencias More et al., 2017. Next generation ice core technology reveals true minimum natural levels of lead (Pb) in the atmosphere: insights from the Black Death Rosman et al., 1997. Lead from Carthaginian and Roman Spanish Mines Isotopically Identified in Greenland Ice Dated from 600 B.C. to 300 A.D. Eichler et al., 2014 Ice-Core Based Assessment of Historical Anthropogenic Heavy Metal (Cd, Cu, Sb, Zn) Emissions in the Soviet Union Hong et al., 1994. Greenland Ice Evidence of Hemispheric Lead Pollution Two Millennia Ago by Greek and Roman Civilizations Eichler et al., 2012.Three Centuries of Eastern European and Altai Lead Emissions Recorded in a Belukha Ice Core La atracción fatal del plomo (BBC)
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La Antártida empieza a preocupar entre los climatólogos. El Ártico como quien dice se da por perdido, dentro de poco parece que no habrá hielo a nivel del mar. Por otra parte, Groenlandia puede empezar a descongelarse de forma acelerada, pero eso no es nada si se le suma un deshielo en la Antártida. Y ahora no se ve como algo imposible como ocurría hace relativamente poco. El deshielo de estos dos almacenes de hielo produciría unos cambios de los que es poco menos imposible regresar en poco tiempo. Todo se debe a la altitud que tiene el hielo en estas regiones. Veamos cómo. A principios del siglo XIX Humboldt, gracias a su afición a subir montañas, dio con la clave de cómo altitud y latitud está relacionados. Una montaña en zonas tropicales puede tener en su cima una vegetación similar a la que se puede encontrar en zonas muy al norte del planeta. De hecho, las crecientes temperaturas está provocando que especies vegetales se muevan hacia los polos y hacia altitudes superiores en las montañas, tratando de encontrar ese clima ideal que necesita cada especie. De la misma forma, la cota de nieve es cada vez a mayor altitud en una montaña. Esto también es cierto en las zonas polares, donde no sólo hace frío a nivel del mar, sino que el hielo ha creado auténticas montañas de 3000 y 4000 metros de altitud en Groenlandia y Antártida respectivamente. En un futuro cercano, el hielo en el mar de los polos no va a sobrevivir la época de verano. Es algo que ya está pasando, especialmente en el Ártico. Pero la nieve sigue cayendo en las montañas polares por lo que se sigue alimentando al hielo polar desde arriba. Si el planeta se sigue calentando, que parece lo más probable, y la cota de nieve sube, digamos hasta 1000 metros en Groenlandia, desde luego habrá mucho deshielo, pero nuevamente la nieve que cae en la parte superior de la montaña de hielo, evitará males mayores. Si vuelve el frío y la cota baja esos 1000 metros, el hielo se recuperará fácilmente para cubrir toda la isla. Si subimos a 2000 metros nuevamente habría deshielo pero una bajada de 500 o 1000 metros volvería a acumular hielo Pero ahora imaginemos algo más drástico, que la cota de nieve sube otros 1000 metros, y durante el verano se deshiela en las mayores altitudes que son de 3000 metros. Ese deshielo haría que la máxima altitud pasase de los casi 3000 metros que hay hoy día gracias a la acumulación de hielo, a los menos de 1000 metros que corresponden a la roca. Por lo tanto, bajo estas condiciones el hielo no se recuperaría con un enfriamiento que disminuya la cota de nieve en 500 o 1000 metros, sino que sería necesario que disminuyese 2000 metros para encontrar un terreno donde se pueda acumular la nieve y el hielo. Ya no puedes regresar por el mismo camino, porque ese camino ya no existe, has pasado un punto de no retorno. En la siguiente figura lo ejemplifico. Con la Antártida ocurre algo similar, en la parte central se alcanzan los 4000 metros, pero en realidad la roca no llega a los 2000 metros. La zona Oeste es mucho más sensible por su menor altitud y también porque la Antártida tiene otro problema añadido. Al contrario que Groenlandia, no es una masa de tierra continua, es un archipiélago y se está viendo que el calentamiento del océano, y no de la atmósfera, está jugando un rol mucho más importante de lo anteriormente previsto. Bajo este nuevo escenario, el deshielo del casquete Oeste de la Antártida podría estar mucho más cerca de lo que se creía, ya que un calentamiento del planeta además produciría un incremento en el nivel del mar. Este tipo de cambios drásticos se observan comúnmente en los paleoregistros. Sin ir más lejos, en la alternancia entre periodos glaciales e interglaciales se observa cómo los periodos de calentamiento son súbitos, mientras que los enfriamientos ocurren poco a poco. Eso indica que el sistema pasó por un punto de inflexión (tipping point en la literatura especializada). Como pueden observar en la figura anterior hay otros periodos interglaciares que han sido más cálidos que el actual. Una de las grandes preguntas que hay entre los paleoclimatólogos hoy día es qué nivel de deshielo hubo en estos periodos. ¿Se descongeló la Antártida hace 130000 años?, ¿tal vez sólo Groenlandia? Últimas noticias relacionadas
Especial del New York Times AQUÍ Reportaje de Rolling Stones AQUÍ (tono sensacionalista pero buena infografía del mecanismo de deshielo). La Antártida cada vez más verde La Antártida se calienta menos que el Ártico por la altitud
Climáticamente tiene una importancia enorme ya que el calor puede quedar guardado en el océano profundo o ser liberado cuando sube a superficie. Pero de eso hablaremos la semana que viene. Hoy contaremos qué es eso de la circulación termohalina, y para terminar con el tema de las cronologías, veremos su efecto en las dataciones con radiocarbono.
Existen algunas zonas donde se mezclan estas capas, las zonas donde el agua se hunde y las zonas donde el agua surge hacia superficie ¿y qué puede hacer que un agua que está en superficie se hunda?, el frío polar. Así, las aguas que provienen del Golfo de México, cálidas y relativamente saladas, y se dirigen hacia el polo norte, por la corriente del golfo, cuando llegan a la altura de Islandia y Groenlandia se enfrían. Como tienen una cantidad de sales mayor que las aguas de lluvia de Norteamérica y norte de Europa, se hunden hasta el fondo. Este proceso de hundimiento puede ser mayor o menor según la formación de hielo marino y su extensión, ya que al formar los cristales de hielo se expulsa la sal, la cual queda en el agua líquida, formando una masa de agua de muy alta salinidad que se hundirá todavía más rápido. Algo parecido ocurre en algunos puntos de la Antártida, donde ya vimos en este video de la BBC el caso extremo en el que un hundimiento de aguas salinas y muy frías iba dejando una columna helada. Estas zonas de hundimiento se consideran los motores de la circulación termohalina y donde comienza un viaje que se calcula puede durar hasta mil años. Evidentemente, si en un sitio está entrando agua, en otro tiene que salir. Las aguas que se hundieron en el Atlántico norte viajan por el fondo, se juntan con las de la Antártida que son incluso más densas, y ambas masas de agua se ponen a dar vueltas alrededor de la Antártida hasta que en un momento se desvían hacia el Pacífico y el Índico en dirección al ecuador. En este viaje hacia el ecuador se van calentando y van subiendo hacia la superficie ayudadas por la orografía, ya que en el camino se van topando con montañas submarinas, islas, etc que les ayuda a surgir. Una vez en superficie, finalmente, las corrientes superficiales cerrarán el ciclo llevándolas hasta al Atlántico Norte. Si nos ponemos a pensar en el C14 radiactivo que hay en la atmósfera y entra en el agua podemos deducir que cuanto mayor tiempo haya estado en el fondo una parcela de agua, menor contenido de C14 va a tener, ya que se interrumpe la llegada de C14 nuevo y el que ya estaba va decayendo radiactivamente. Así, a priori podemos calcular la edad del agua, entendiendo que ese agua “nace” cuando se aleja de la atmósfera. La diferencia de edad radiocarbono entre la medida en cada lugar y la atmosférica es lo que se llama “edad de reservorio” y se utiliza para hacer las pertinentes correcciones en dataciones de fósiles de sedimentos marinos. Generalmente las mediciones se hacen en conchas, ya que la señal de C14 que incorpora un organismo al construir la concha es la misma que tiene el agua, y a ser posible de organismos que viviesen antes de las primeras bombas atómicas o incluso antes de la quema de combustibles fósiles, para que que no interfiera en la proporción de C14. Es decir, fundamentalmente de colecciones antiguas y museos. Uno podría pensar que la edad de las aguas superficiales va a ser cero, ya que hay un equilibrio químico con la atmósfera, pero lo cierto es que hay muchas interferencias en la señal de C14. Los propios procesos físicos relacionados con el viento que hacen surgir aguas subsuperficiales de otras masas de agua, mezclando señales de C14 . También el fitoplancton (microalgas marinas) fija C14 que lo incorpora al ecosistema y este ecosistema no es estático y muchos organismos migran verticalmente, mezclando señales de C14 de capas de agua diferentes. O incluso el vulcanismo submarino incorpora grandes cantidades de carbono sin ningún tipo de radiactividad, alterando la proporción C12/C14.
Como pueden imaginar esto tiene muchas imprecisiones y es el talón de Aquiles de las reconstrucciones con sedimentos marinos que suelen manejar fechas con amplios márgenes de error (por ejemplo, en mis estudios de la corriente de California + 50 años). A parte de las razones ya mencionadas, la circulación termohalina puede ser más rápida o lenta según la velocidad de hundimiento, por el clima, la cantidad de hielo, etc, por lo que las edades reservorio habrán cambiado a lo largo de los siglos y milenios. Así que tenemos dos incógnitas, la edad del fósil y la edad reservorio, pero una sola variable, una medición de C14 A veces hay suerte y puede calcularse las variaciones de esa edad reservorio en escalas miles de años gracias a las sintonizaciones orbitales de las que ya he hablado antes. Por ejemplo, tomamos un núcleo de sedimento de una región, medimos una variable que sabemos varía con las variaciones orbitales, como el isótopo de oxígeno, y también medimos el C14 de conchas de foraminíferos que quedaron atrapados en el sedimento. Primero sintonizamos el isótopo de oxígeno con la variación orbital para darle una edad y así nos queda la medición de C14 para calcular la edad reservorio. Este es más menos el ejercicio que realizaron en aguas de Perú y que pueden ver en la imagen inferior, de arriba a abajo; registros del hielo de Groenladia en amarillo y verde; después dos regstros de temperatura e isotopo de oxígeno que en la gran escala es similar al planetario y por lo tanto se sintoniza con el registro de Groenlandia. Abajo del todo, las dos posibles variaciones de edades de reservorio según la sintonización utilizada. Click en la foto para ver Fuente y colaboradores, 2015
Referencias y enlaces de interés: Sobre circulación termohalina hablaré más la semana que viene. Hay muchas páginas con explicaciones de esta circulación, por ejemplo en wikipedia Sobre edades de reservorio no hay mucho en español, creo que esta entrada es bastante completa a nivel divulgativo y no conozco otra. En la wikipedia en inglés viene un buen resumen de los reservorios de edad con el C14 La "biblia" de referencia: Radiocarbon Software para cálculos de edades radiocarbono Para explorar edades de reservorio en google Earth Aquí podéis ver en qué consiste el truco del buzo, no es más que unos buzos cabeza abajo en un lago helado
Les propongo un ejercicio. En una vaso vacío, echen un hielo recién sacado del congelador y midan cada minuto la proporción de hielo y la proporción de agua en el vaso. Seguramente al principio parece que el hielo no se descongela, casi no aparece agua líquida. De repente habrá un cambio relativamente rápido en el que pasará de mucho hielo y un poquito de agua a mucha agua y un poquito de hielo. Por último ese último resto de hielo parece que se resiste a desaparecer y estará así un buen rato hasta que, efectivamente, todo el hielo se ha convertido en agua. Esta respuesta no lineal, como la que pueden ver en la figura, se le denomina cambio de fase y cuando hablamos del deshielo de los glaciares debido a un calentamiento global esperaríamos una respuesta similar, pero a una escala mucho mayor que la de un vaso de agua, por supuesto. Sin embargo, algo que mantuvo a los científicos un poco desconcertados fue que la respuesta de los glaciares de los Alpes al calentamiento fue mucho más rápido de lo esperado. Todo parece indicar que el incremento de la temperatura que ha tenido el planeta desde mediados del siglo XIX se inició con la quema de combustibles fósiles en la revolución industrial. Bueno, en realidad la revolución industrial empezó con la industria textil un siglo antes en Inglaterra, pero la expansión del modelo energético en otros países europeos tardó unas décadas, por lo que se pone su inicio alrededor de 1820-1830. Después, hacia 1850, en Inglaterra ya empezaba la segunda fase de la revolución industrial con los grandes hornos siderúrgicos y la generalización del transporte ferroviario que tuvo una una capacidad transformadora mucho mayor y también un enorme consumo de carbón. Estos cambios de modelo energético han quedado maravillosamente registrados en los glaciares de los Alpes, donde se observan la quema de combustibles de diferentes tipos (fósiles, maderas y pastos) que dejaron en los núcleos de hielo una señal diferente del isótopo de carbono. Así, la madrera de plantas C3 presentan valores menores que los pastos y plantas C4 y que los combustibles fósiles, de forma similar a cómo vimos ese cambio en los suelos de África. También el tamaño de las partículas de carbono ayuda a interpretarlo, ya que las más grandes son probablemente de zonas cercanas al glaciar, mientras los más pequeños pueden llegar de más lejos.
Recientemente se propuso que ya en 1830 la actividad industrial fue capaz de alterar la composición atmosférica y alterar el flujo de energía, iniciándose un periodo de calentamiento que continúa hoy en día. Es decir, la respuesta del clima del planeta fue relativamente rápida al forzamiento de origen humano, pero los glaciares de los Alpes empezaron a derretirse hacia 1865. Esto confirma el experimento casero que les propuse al principio, que el hielo tarda un tiempo en derretirse. Pero hay un problema, porque los modelos termodinámicos sugieren que ese retroceso glaciar debería haberse observado hasta el siglo XX cuando el cambio de temperatura se hizo mucho más evidente. Además, en periodos como el inicio del siglo XX, que fueron fríos y con elevada precipitación, más similar a la Pequeña Edad de Hielo, los glaciares en los Alpes siguieron retrocediendo, cuando en realidad deberían haber aumentando. ¿Qué estaba pasando entonces? La respuesta en realidad es bastante sencilla y con una pregunta ya van a entenderlo. En verano, cuando hace calor y el Sol pega duro, ¿qué color de ropa prefiere llevar, colores claros y blanco, o colores oscuros y negro? Si no es usted de la moda “Gótica” o “Dark” habrá dicho que ropa blanca, porque sabe que el negro absorbe el calor, mientras que el blanco lo refleja. Pues esencialmente eso es lo que pasó con los glaciares de los Alpes a partir de 1850, cuando el hollín de la revolución industrial se depositó y empezó a absorber energía que transfería al hielo. Hielo que empezó a derretirse aceleradamente tan pronto como 1865 y que desembocó en la reducción de la extensión de los glaciares. De hecho hay quien ha propuesto pintar azoteas y carreteras de blanco en vez de que tengan colores oscuros para reducir la “isla de calor” en la que se convierten las ciudades en verano. En la figura de abajo pueden ver cómo esos modelos termodinámicos recogen claramente el efecto del cambio en el albedo, que es así como se llama a la reflexión de la luz por la superficie del planeta, al pasar de un blanco impoluto a uno más oscuro por el contenido de hollín. Esta anécdota del pasado europeo, es en realidad bastante actual, ya que en los últimos años en China e India ha aumentado enormemente la quema del barato carbón (que forma mucho más hollín que el petróleo). Esto, unido al elevado consumo que continúa habiendo en otras regiones, especialmente Estados Unidos y algunos países europeos, parece que está afectando a glaciares del Hemisferio Norte de forma similar a lo que ocurrió con los glaciares de Europa durante la revolución industrial. Una atmósfera limpia de partículas de carbón no es sólo más sana para todos, sino que sería una de las medidas más efectivas en limitar el calentamiento de la atmósfera, ya que el carbón también absorbe mucho calor cuando se encuentra en la atmósfera, no sólo cuando se deposita y cambia el albedo de los glaciares. Tampoco el problema de partículas provenientes de combustibles fósiles es exclusivo del carbón. Por ejemplo, partículas procedentes de la quema de diésel de baja calidad, muy común en barcos, ha podido “regar” con partículas oscuras los hielos árticos, ya que el deshielo está permitiendo un mayor tráfico naval, que a su vez lleva más partículas, que producen más deshielo. Esto se denomina un sistema que se retroalimenta y no es el único que ocurre, hay una retroalimentación natural relacionada con el albedo del hielo marino. La energía solar pasa de ser reflejada por el blanco hielo marino a ser absorbida por el azul del mar por lo que éste acumula un calor que dificulta que se forme más hielo y eso hace que siga aumentando la acumulación de calor en el mar. Un sistema que se retroalimenta doblemente y que hace frotarse las manos a los dueños de las navieras. Casualmente, (esta entrada estaba escrita desde hace una semana) hace unos días salió una gráfica que muestra la variación estacional en la extensión de hielo marino desde el año 1978. En ella se observa claramente el año 2016 con un perfil completamente diferente, con un mes de noviembre que debería estar mostrando la extensión más elevada del año muy por debajo de otros años o de otros meses que generalmente tienen menor extensión. La pregunta que salta a la cabeza es si esto es el cambio de fase del que hablábamos al principio, si los cambios van a acelerase desde ahora y por las siguientes ¿décadas?, ¿años?, ¿centurias? ¿Vamos hacia un nuevo estado de equilibrio del que no sabemos nada? Son tiempos apasionantes para los climatólogos, solo esperemos que no sean desastrosos para la humanidad. Todo dependerá de cómo nos enfrentemos como sociedad planetaria a los cambios que se avecinan.
Referencias
Abran et al., 2016 Early onset of industrial-era warming across the oceans and continents Nature 536, 411–418 doi:10.1038/nature19082 Painter et al., 2013 End of the Little Ice Age in the Alps forced by industrial black carbon. PNAS September 17, 2013 vol. 110 no. 38. doi/10.1073/pnas.1302570110 Tedesco et al., 2016 The darkening of the Greenland ice sheet: trends, drivers, and projections (1981–2100). The Cryosphere, 10, 477-496. doi:10.5194/tc-10-477-2016 Thevenon et al., 2009. Mineral dust and elemental black carbon records from an Alpine ice core (Colle Gnifetti glacier) over the last millennium. JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 114. doi:10.1029/2008JD011490 http://blogs.ei.columbia.edu/2016/03/22/the-damaging-effects-of-black-carbon/
Hoy termino aquí mi "trilogía isotópica", aunque seguro que en el futuro seguiremos hablando de isótopos dada su importancia. Pero han sido tres entradas seguidas un poco más exigentes, en elaborarlas y en leerlas, por lo que la semana que viene volveré a curiosidades más ligeras, para poder acabar mi tesis y para no espantar a los pocos lectores que tengo. Hoy les explico la lógica detrás de las reconstrucciones de millones de años de la temperatura del planeta mediante el uso de los isótopos de oxígeno, método que fue por primera vez implementado en 1955 por Cesare Emiliani basándose en el trabajo de su mentor Harold Urey.
Vean la curiosa simetría entre las dos imágenes de arriba. A la izquierda es un esquema de la circulación atmosférica desde el ecuador hasta el polo norte. A la derecha tienen un destilador de laboratorio, cuyos principios fundamentales son los mismos que los destiladores del whisky, el tequila o el ron que os chupáis los fines de semana. En la parte central observamos dónde se calientan las masas líquidas. Vemos la zona del matraz de destilación donde una fuente de calor, el mechero de gas, está separando los líquidos del matraz según su punto de evaporación. Los líquidos más volátiles se evaporan antes que los menos volátiles. En el otro caso vemos la zona de convección de la atmósfera donde debido a una fuente de calor, el Sol, se produce la evaporación del agua. Al contrario que con la destilación en el matraz, para que se evapore el agua no hace falta que hierva a 100ºC como bien se explica en "ciencia de sofá". Al evaporarse el agua, se separan los isótopos del oxígeno; los isótopos ligeros al pesar menos se evaporan más fácil que los isótopos pesados.
Un paréntesis. Ya tuvimos una introducción a los isótopos donde utilizamos de ejemplo los isótopos del carbono. El oxígeno también presenta varios isótopos, el más abundante O-16 (8 protones y 8 neutrones) que es el ligero y el más pesado O-18 (8 protones y 10 netrones) y el cálculo del delta del oxígeno nos da resultados en el que un mayor delta significa que está enriquecido del isótopo pesado. Como saben el agua tiene hidrógeno y oxígeno (H2O) y el agua tiene tres isótopos principales, ya que el Hidrógeno también tiene sus isótopos (aquí muy buena revisión). Pero vamos a obviar al Hidrógeno y nos centraremos en la relación de H216O (el ligero) y H218O (el pesado).
Siguiendo con los paralelismos entre el destilador y la circulación atmosférica, vemos en ambos casos cómo desciende la fase gaseosa a la vez que se refrigera. Sin embargo, hay una diferencia, y es que en la circulación atmosférica durante el trayecto a zonas más frías parte va cayendo en forma de lluvia. ¿Adivinan qué isótopo va a caer antes? Efectivamente, el pesado, quien quiere llevar una carga pesada cuando puede llevar otra ligera del mismo valor ¿verdad?
Al final del viaje todo el gas ha quedado condensado por el frío. En el matraz que recibe el destilado del tequila, primero llegará el alcohol más puro, el más volátil, en cierto modo el más ligero. En los polos, a través de la circulación atmosférica, lo que llegan son sobretodo isótopos ligeros en forma de nieve, la mayoría de los pesados fueron cayendo por condensación al enfriarse la atmósfera en el camino. El resultado es que el hielo de los polos tiene en promedio un delta del oxígeno menor que en la región tropical. Mientras lluvias tropicales tiene un delta de alrededor de -5%o, los glaciares de Groenlandia llegan a un delta de -30%o. El cero es el Promedio Estándar del Agua del Océano (SMOW en sus siglas en inglés). En la siguiente figura lo resumieron fantásticamente Paul y colaboradores en 1999.
También hay que pensar no solo en el oxígeno que vuela, sino también en el que se queda. Así, zonas con mucha evaporación y muy secas, como los desiertos, presentan una proporción de isótopos pesados mucho mayor. En definitiva, el patrón global del delta 16 del oxígeno responde a la destilación del oxígeno y también al balance evaporación-precipitación local, como puede observarse en los mapas de abajo para los continentes (arriba) y el agua superficial del mar (abajo). La superficie del mar también sufre estos procesos, sus valores van desde -7%o a 3%o, pero debido a la mezcla sus rangos son mucho menores que en el medio terrestre, entre -20%o y 30%o. Pero hoy nos vamos a centrar en lo que es la destilación del oxígeno y la segunda parte del título de este artículo, la reconstrucción de la temperatura del planeta. Seguro que han oído muchísimas noticias sobre el deshielo de los polos o han visto esa película animada de “La edad de Hielo” que transcurre en un periodo del planeta bastante más frío que el actual. Ahora piensen por un momento cómo pueden esos periodos glaciales y cálidos afectar al contenido de isótopos de oxígeno en el hielo y en el mar. Para ello tengan en cuenta algo importante, los casquetes polares se descongelan por su parte inferior a la vez que la nieve se deposita en la parte superior. La relación del isótopo del oxígeno con las glaciaciones es muy sencilla. Cuando los casquetes polares tienen mucho hielo durante periodos fríos han acumulado isótopos ligeros. Esto quiere decir que en el mar quedan menos isótopos ligeros, y la relación 18O/16O aumenta, al igual que el delta del oxígeno, y el agua evaporada que viaja a los polos también tiene una mayor proporción de 18O. Sin embargo las condiciones frías llegan a latitudes más bajas lo que hace que durante el viaje a los polos se elimine todavía más isótopo pesado, quedando en los polos incluso mayor proporción de isótopo ligero. Lo contrario ocurre en periodos interglaciales. Bueno, es verdad, en realidad no es tan sencillo y a veces es un poco contraintuitivo. Así que vamos poco a poco. Les enseño una animación que he hecho y después lo explico paso a paso. Fíjense detenidamente cómo la señal no sólo queda registrada en el hielo de los polos, sino también en los sedimentos marinos. En éstos últimos, los isótopos de oxígeno quedan registrados en organismos como corales o con concha de carbonato de calcio, de los que ya hemos hablado antes (1 y 2) que cuando mueren caen al sedimento y se convierten en fósiles.
Ahora ya podemos entender porqué la señal isótopica del hielo y los de fósiles de sedimentos marinos es opuesta, uno es el espejo del otro como se ve en la figura de abajo. En el hielo, el máximo delta y la mayor cantidad de O18 es en periodo cálido, por lo que este delta es reflejo de la temperatura del planeta. En el caso del registro marino, el delta es el inverso de la temperatura del planeta.
Como podéis ver también, los núcleos de hielo tienen mayor resolución y además son más fiables en la cronología, pero lo máximo que hay son 800000 años reconstruidos con el isótopo del Hidrógeno de un núcleo de la Antártida. En cambio los sedimentos nos permiten ir millones de años atrás. Algo que os puede llamar la atención son las diferencias en los valores del delta. Debéis tener en cuenta que al calcular el delta del oxígeno del hielo y agua se utiliza el estandar SMOW, pero para los carbonatos se utiliza otro estándar, el PDB que vimos aquí, por lo que no son un reflejo exacto de las diferencias del agua de mar y del hielo. Para reconstruir la temperatura a partir de los carbonatos marinos, hay que aplicar unas fórmulas obtenidas a partir de estudios de laboratorio, ya que la cinética de la reacción por la que se forma el carbonato de calcio, y en la que se incorporan los isótopos de oxígeno, varía con la temperatura. Pero, como decían en "Irma la dulce", esa es otra historia. Y ahora sí, os dejo con una reconstrucción de los últimos 500 millones de años a partir de diferentes proxys. Detalles acerca esta reconstrucción, aquí
*Si buscáis otras fuentes de información sobre este proceso no lo vais a encontrar de forma tan detallada como aquí en ningún material divulgativo, tanto en español como inglés, sólo en publicaciones más técnicas. Podéis buscar cosas relacionadas como isotopos del agua o paleotermómetro.
Un libro de la Agencia Internacional para la Energía Atómica y la UNESCO sobre todo lo que necesitas saber, y más, sobre isótopos en el ciclo hidrológico. [PDF] |
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