La erosión de las montañas, la pieza que falta en el rompecabezas del clima

Las montañas liberan cada año la misma cantidad de carbono que los volcanes y, sin embargo, sabemos muy poco del proceso. Comprender estas emisiones podría decirnos más sobre sus efectos en el clima, tanto en el pasado como en el futuro.

Montañas
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Las placas tectónicas que se desplazan bajo la superficie de la Tierra crean volcanes que entran en erupción en una profusión de gases y roca fundida.

Pero cuando las placas se desplazan lentamente a lo largo del tiempo, también dan lugar a montañas, y producen materia emisora de carbono que ha estado enterrada bajo la superficie durante milenios.

A medida que los humanos bombean cantidades sin precedentes de dióxido de carbono a la atmósfera, los investigadores están presionando para comprender cómo funciona el ciclo natural del carbono y cómo se verá afectado no sólo por el aumento del carbono en la atmósfera, sino también por el aumento de las temperaturas y los cambios en los patrones climáticos del cambio climático mundial.

Durante millones de años, el carbono ha permanecido atrapado en la roca de las montañas. Parte de él estuvo una vez en las conchas de diminutos organismos en los fondos marinos o en árboles muertos enterrados bajo el peso del suelo que, con el tiempo, se consolidó en la roca. Pero a medida que las placas tectónicas de la Tierra se desplazan a lo largo de milenios, las placas de roca que una vez yacían en el fondo del océano se arrugaron, se doblaron o fueron elevadas a las alturas de las montañas.

“Cuando estas rocas están expuestas cerca de la superficie, el oxígeno del aire y del agua puede reaccionar con su materia orgánica de y liberar el carbono como dióxido de carbono", explicó el profesor Robert Hilton, geólogo de la Universidad de Durham, Reino Unido. "Es como si la Tierra respirara, este consumo de materia orgánica y una liberación lenta".

La vida tal como la conocemos depende del carbono, y su movimiento entre la tierra, los océanos y la atmósfera se denomina "ciclo del carbono".

El profesor Hilton dirige un proyecto llamado ROC-CO2 que tiene como objetivo cuantificar la contribución del carbono orgánico en la roca de la montaña a este ciclo natural del carbono.

En modelos anteriores, se pensaba que las montañas atrapaban el carbono de la atmósfera. El ácido carbónico y el agua erosionan los minerales y las rocas, y el carbono finalmente fluye hacia el océano a través de los ríos. Pero la liberación de carbono orgánico a través de la erosión podría reducir la cantidad de carbono que suponemos que se está eliminando de la atmósfera. Estas contribuciones -y saber cómo se alterarán a medida que el planeta se calienta- son importantes para comprender en qué mundo viviremos dentro de un siglo.

Ciclo

según la profesora Susan Trumbore, directora del Instituto Max Planck de Biogeoquímica de Alemania, existen numerosas lagunas en nuestra comprensión del ciclo del carbono, sobre todo en lo que se refiere a los procesos que tienen lugar en la tierra en contraposición a los que se producen en los océanos. “Con el cambio climático, los cambios en la cantidad de dióxido de carbono disponible, los cambios en los propios ecosistemas por el cambio de la fauna, las nuevas enfermedades y las nuevas especies, la capacidad de predecir el futuro es más pobre. Fundamentalmente no entendemos estos procesos", dijo.

Durante su doctorado, el profesor Hilton reconoció el papel de la erosión de las montañas como una de estas lagunas. "Me sorprendió que algunos de estos aspectos se entiendan tan poco", dijo.

Si bien las emisiones de carbono vinculadas a los seres humanos y sus efectos son uno de los principales focos de la investigación climática - representan alrededor de 9.400 megatones de carbono, casi 100 veces más que la meteorización de las montañas o los volcanes - las contribuciones más pequeñas también son piezas importantes del rompecabezas y se producen a lo largo de escalas de tiempo más largas. Sus efectos se sienten a lo largo de los siglos y son parte integral de nuestro clima. Las emisiones antropogénicas de carbono, por otra parte, se producen a una escala muy corta, causando un ritmo de cambio sin precedentes en los sistemas naturales.

“Necesitamos entender cómo funcionó (la meteorización de las montañas) en el pasado", dijo Hilton. Es importante, dice, porque el ciclo del carbono está tan estrechamente vinculado con el clima de la Tierra, que a su vez establece el marco para la evolución de las plantas y los animales. Y con las montañas y la erosión, "la superficie de la tierra está siendo refrescada todo el tiempo por el material que se mueve por las laderas, poniendo nuevas rocas en contacto con la atmósfera y el agua".

La profesora Sophie Opfergelt, geóloga de la Universidad de Lovaina en Bélgica, que investiga la erosión química de las rocas, describe las montañas y la erosión como un gran reactor. “Las montañas son formas de llevar materiales al reactor. Cuando hay un levantamiento de una montaña o erosión, se exponen más minerales y superficie a la intemperie", dijo. También cubre algunos de estos materiales y evita que el material entre en el reactor.

Flujo

A través del ROC-CO2, Hilton y sus colegas están desarrollando técnicas para medir la tasa de emisiones de carbono o flujo de las montañas.

Una técnica, que describen en un documento reciente, mide las emisiones de carbono de la montaña directamente perforando un agujero de 40 cm de profundidad en la roca, y erigiendo una cámara hermética sobre ella para medir la cantidad de carbono que se libera.

“Hay carbono en la atmósfera a nuestro alrededor y no se quiere medir eso", dijo Hilton. “Cuando exhalamos, exhalamos mucho carbono y estamos muy seguros de que no queremos medirlo. Cuando las plantas exhalan, liberan dióxido de carbono y tampoco nos interesa eso".

Hilton y sus colegas evitan la contaminación cubriendo la roca con la cámara hermética y vaciándola repetidamente de los gases que recogen para el análisis. Más tarde, en el laboratorio, tienen que probar que los gases no proceden de otras fuentes.

Todo el carbono moderno contiene carbono-14, una forma inestable de carbono que se descompone con el tiempo. El carbono antiguo de las rocas ya no contiene nada de este carbono radioactivo porque ya se ha descompuesto. “Esto es crítico porque de otra manera la gente podría decir que se está midiendo el carbono de una planta y sus raíces (dentro de la roca)", dijo Hilton.

Otro método consiste en buscar los restos de estas reacciones a la intemperie y usarlos para estimar el flujo. “La idea aquí es que cuando se descomponen estas rocas, se liberan otras cosas que podrían ser capaces de rastrear. Así, por ejemplo, podemos medir el agua en un arroyo o río y decir algo sobre las reacciones químicas que ocurren río arriba", dijo el profesor Hilton.

En un documento de 2017, los autores, incluyendo el profesor Hilton, midieron la cantidad de partículas de carbono orgánico en los sedimentos suspendidos del río Kosñipata en Perú en el transcurso de un año. Encontraron que había una gran discrepancia entre la erosión estimada en la cordillera de los Andes y lo que en realidad terminó en el río aguas abajo. Esto plantea interrogantes sobre el presupuesto de carbono real de la cuenca del río Amazonas, que se cree que es uno de los principales sumideros de carbono del planeta.

Investigando

El profesor Hilton está investigando actualmente los flujos de carbono en sitios de todo el mundo, desde Canadá hasta Francia y desde Suiza hasta Nueva Zelandia.

“Reconocemos que no podemos medir el flujo en todas partes", dijo Hilton. Las escalas son 'demasiado grandes', pero al tener una variedad de sitios, pueden tratar de caracterizar el flujo para diferentes ambientes.

“Una de las razones para hacer esto es cuantificar los flujos globales, pero lo más importante es decir por qué cambiaría este flujo, qué lo controla y cómo responde a cosas como los cambios de temperatura".

El profesor Hilton espera finalmente describir cómo el flujo ha cambiado en el transcurso de siglos o incluso milenios. “La aspiración es poder decirle a la gente más acerca de por qué este proceso cambia con el tiempo, en el pasado geológico lejano o incluso predecir lo que sucederá en el próximo siglo”.

Los investigadores, entre ellos el profesor Hilton, han demostrado que el clima y el aumento o la disminución de la lluvia y la escorrentía afectan a la rapidez con que se produce la erosión. El objetivo es comprender ahora si el aumento de la erosión podría desenterrar aún más carbono que ha estado encerrado en la roca durante milenios, y acelerar aún más el cambio climático. Esta es una pregunta que el profesor Hilton también espera responder.

“¿Cómo podría este proceso (flujo) cambiar para impactar el ciclo natural del carbono?”, se preguntó. "Esto afecta la vida útil de las emisiones de dióxido de carbono en la atmósfera".

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