Los geólogos del MIT han descubierto que un mineral arcilloso del fondo marino, llamado esmectita, tiene una capacidad sorprendentemente poderosa para secuestrar carbono durante millones de años.
por Jennifer Chu, Instituto de Tecnología de Massachusetts
Bajo el microscopio, un solo grano de arcilla se asemeja a los pliegues de un acordeón. Se sabe que estos pliegues son trampas eficaces para el carbono orgánico .
Ahora, el equipo del MIT ha demostrado que las arcillas que atrapan carbono son producto de la tectónica de placas: cuando la corteza oceánica choca contra una placa continental, puede sacar rocas a la superficie que, con el tiempo, pueden transformarse en minerales, incluida la esmectita. Con el tiempo, el sedimento arcilloso vuelve a asentarse en el océano, donde los minerales atrapan trozos de organismos muertos en sus pliegues microscópicos. Esto evita que los microbios consuman el carbono orgánico y lo expulsen a la atmósfera en forma de dióxido de carbono.
Durante millones de años, la esmectita puede tener un efecto global y ayudar a enfriar todo el planeta. A través de una serie de análisis, los investigadores demostraron que la esmectita probablemente se produjo después de varios eventos tectónicos importantes durante los últimos 500 millones de años. Durante cada evento tectónico, las arcillas atraparon suficiente carbono para enfriar la Tierra e inducir la posterior edad de hielo.
Los hallazgos son los primeros que muestran que la tectónica de placas puede desencadenar edades de hielo mediante la producción de esmectita que atrapa carbono.
Estas arcillas se pueden encontrar hoy en día en ciertas regiones tectónicamente activas, y los científicos creen que la esmectita continúa secuestrando carbono, proporcionando un amortiguador natural, aunque de acción lenta, contra las actividades humanas que calientan el clima.
«La influencia de estos modestos minerales arcillosos tiene amplias implicaciones para la habitabilidad de los planetas», dice Joshua Murray, estudiante de posgrado en el Departamento de Ciencias Terrestres, Atmosféricas y Planetarias del MIT. «Puede que incluso haya una aplicación moderna para estas arcillas para compensar parte del carbono que la humanidad ha depositado en la atmósfera».
Murray y Oliver Jagoutz, profesor de geología del MIT, publicaron sus hallazgos en Nature Geoscience .
Una arcilla clara y presente
El nuevo estudio es una continuación del trabajo anterior del equipo, que demostró que cada una de las principales edades de hielo de la Tierra probablemente fue provocada por un evento tectónico en los trópicos . Los investigadores descubrieron que cada uno de estos eventos tectónicos expuso a la atmósfera rocas oceánicas llamadas ofiolitas.
Plantearon la idea de que, cuando ocurre una colisión tectónica en una región tropical, las ofiolitas pueden sufrir ciertos efectos de meteorización, como la exposición al viento, la lluvia e interacciones químicas, que transforman las rocas en diversos minerales, incluidas arcillas.
«Esos minerales arcillosos, dependiendo de los tipos que se creen, influyen en el clima de diferentes maneras», explica Murray.
En ese momento, no estaba claro qué minerales podrían surgir de este efecto de meteorización, y si estos minerales podrían contribuir directamente al enfriamiento del planeta y cómo. Entonces, si bien parecía haber un vínculo entre las placas tectónicas y las eras de hielo, el mecanismo exacto por el cual una podía desencadenar la otra aún estaba en duda.
Con el nuevo estudio, el equipo buscó ver si el proceso de erosión tectónica tropical propuesto produciría minerales que atrapan carbono, y en cantidades que serían suficientes para desencadenar una edad de hielo global.
El equipo primero examinó la literatura geológica y recopiló datos sobre las formas en que los principales minerales magmáticos se erosionan con el tiempo y sobre los tipos de minerales arcillosos que esta meteorización puede producir. Luego incorporaron estas mediciones a una simulación de erosión de diferentes tipos de rocas que se sabe que están expuestas a colisiones tectónicas.
«Luego observamos qué les sucede a estos tipos de rocas cuando se descomponen debido a la erosión y la influencia de un ambiente tropical, y qué minerales se forman como resultado», dice Jagoutz.
Luego, conectaron cada mineral «producto final» erosionado a una simulación del ciclo del carbono de la Tierra para ver qué efecto podría tener un mineral determinado, ya sea al interactuar con carbono orgánico, como trozos de organismos muertos, o con carbono inorgánico. en forma de dióxido de carbono en la atmósfera.
De estos análisis, un mineral tuvo una presencia y efecto claros: la esmectita. La arcilla no sólo era un producto de la tectónica tropical erosionada naturalmente, sino que también era muy eficaz para atrapar carbono orgánico. En teoría, la esmectita parecía una conexión sólida entre la tectónica y las edades de hielo.
Pero, ¿estaba realmente presente suficiente arcilla para desencadenar las cuatro glaciaciones anteriores? Idealmente, los investigadores deberían confirmar esto encontrando esmectita en capas de rocas antiguas que se remontan a cada período de enfriamiento global.
«Desafortunadamente, como las arcillas quedan enterradas por otros sedimentos, se cocinan un poco, por lo que no podemos medirlas directamente», dice Murray. «Pero podemos buscar sus huellas dactilares».
Una construcción lenta
El equipo razonó que, como las esmectitas son un producto de las ofiolitas, estas rocas oceánicas también contienen elementos característicos como el níquel y el cromo, que se conservarían en sedimentos antiguos. Si en el pasado existieron esmectitas, también deberían estarlo el níquel y el cromo.
Para probar esta idea, el equipo examinó una base de datos que contiene miles de rocas sedimentarias oceánicas que se depositaron durante los últimos 500 millones de años. Durante este período, la Tierra experimentó cuatro edades de hielo distintas. Al observar las rocas de cada uno de estos períodos, los investigadores observaron grandes picos de níquel y cromo, y de esto dedujeron que la esmectita también debía haber estado presente.
Según sus estimaciones, el mineral arcilloso podría haber aumentado la conservación del carbono orgánico en menos de una décima por ciento. En términos absolutos, se trata de una cantidad minúscula. Pero a lo largo de millones de años, calcularon que el carbono secuestrado y acumulado en la arcilla era suficiente para desencadenar cada una de las cuatro principales edades de hielo.
«Descubrimos que realmente no se necesita mucho de este material para tener un efecto enorme en el clima», dice Jagoutz.
«Es probable que estas arcillas también hayan contribuido en parte al enfriamiento de la Tierra en los últimos 3 a 5 millones de años, antes de que los humanos intervinieran», añade Murray. «En ausencia de humanos, estas arcillas probablemente estén marcando una diferencia en el clima. Es un proceso muy lento».
«El trabajo de Jagoutz y Murray es una buena demostración de lo importante que es considerar todos los componentes bióticos y físicos del ciclo global del carbono», dice Lee Kump, profesor de geociencias en la Universidad Penn State, que no participó en el estudio. «La retroalimentación entre todos estos componentes controla las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero en todas las escalas de tiempo, desde el aumento y la caída anual de los niveles de dióxido de carbono atmosférico hasta los cambios de invernadero a invernadero a lo largo de millones de años».
¿Podrían aprovecharse intencionalmente las esmectitas para reducir aún más las emisiones de carbono del mundo? Murray ve cierto potencial, por ejemplo para reforzar las reservas de carbono, como las regiones de permafrost. Se predice que el aumento de las temperaturas derretirá el permafrost y expondrá el carbono orgánico enterrado durante mucho tiempo . Si se pudieran aplicar esmectitas a estas regiones, las arcillas podrían evitar que este carbono expuesto se escape y caliente aún más la atmósfera.
«Si quieres entender cómo funciona la naturaleza, tienes que entenderla a escala de minerales y granos», dice Jagoutz. «Y este es también el camino a seguir para encontrar soluciones a esta catástrofe climática. Si estudias estos procesos naturales, es muy probable que encuentres algo que sea realmente útil».
Más información: «Enfriamiento paleozoico modulado por la erosión de ofiolitas mediante la preservación del carbono orgánico», Nature Geoscience (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01342-9
