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Depósitos de cavernas mostram mudanças surpreendentes no permafrost nos últimos 400.000 anos
Quase um quarto da terra no hemisfério norte, totalizando cerca de 9 milhões de milhas quadradas, é coberto com permafrost - solo, sedimentos e rochas que ficam congelados por anos a fio.
Por Jennifer Chu - 28/04/2021


Pesquisadores dos Estados Unidos e Canadá encontraram evidências em depósitos minerais de cavernas no Canadá de que o degelo do permafrost ocorreu há 400.000 anos, em temperaturas não muito mais altas do que hoje. Mas eles não encontraram evidências de que o degelo causou a liberação dos níveis previstos de dióxido de carbono armazenado no terreno congelado. Crédito: Jeremy Shakun, Boston College

Quase um quarto da terra no hemisfério norte, totalizando cerca de 9 milhões de milhas quadradas, é coberto com permafrost - solo, sedimentos e rochas que ficam congelados por anos a fio. Vastas extensões de permafrost podem ser encontradas no Alasca, na Sibéria e no Ártico canadense, onde temperaturas persistentemente congelantes mantiveram o carbono, na forma de pedaços decompostos de plantas e animais, preso no solo.

Os cientistas estimam que mais de 1.400 gigatoneladas de carbono estão presos no permafrost da Terra . À medida que as temperaturas globais sobem e o permafrost descongela, este reservatório congelado pode potencialmente escapar para a atmosfera como dióxido de carbono e metano, amplificando significativamente a mudança climática. No entanto, pouco se sabe sobre a estabilidade do permafrost, hoje ou no passado.

Agora, geólogos do MIT, do Boston College e de outros lugares reconstruíram a história do permafrost nos últimos 1,5 milhão de anos. Os pesquisadores analisaram depósitos em cavernas em locais em todo o oeste do Canadá e encontraram evidências de que, entre 1,5 milhão e 400.000 anos atrás, o permafrost estava sujeito ao degelo, mesmo em altas latitudes árticas. Desde então, no entanto, o degelo do permafrost foi limitado às regiões subárticas.

Os resultados, publicados na Science Advances , sugerem que o permafrost do planeta mudou para um estado mais estável nos últimos 400.000 anos e está menos suscetível ao degelo desde então. Nesse estado mais estável, o permafrost provavelmente reteve muito do carbono que acumulou durante esse tempo, tendo poucas oportunidades de liberá-lo gradualmente.

"A estabilidade dos últimos 400.000 anos pode realmente trabalhar contra nós, pois permitiu que o carbono se acumulasse continuamente no permafrost ao longo deste tempo. O derretimento agora pode levar a liberações substancialmente maiores de carbono na atmosfera do que no passado", diz o estudo coautor David McGee, professor associado do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT.

Os coautores de McGee são Ben Hardt e Irit Tal no MIT; Nicole Biller-Celander, Jeremy Shakun e Corinne Wong no Boston College; Alberto Reyes, da Universidade de Alberta; Bernard Lauriol, da Universidade de Ottawa; e Derek Ford na Universidade McMaster.

Aquecimento empilhado

Períodos de aquecimento anterior são considerados períodos interglaciais ou períodos entre eras glaciais globais. Essas janelas geologicamente curtas podem aquecer o permafrost o suficiente para descongelar. Sinais de degelo do antigo permafrost podem ser vistos em estalagmites e outros depósitos minerais deixados para trás conforme a água se move pelo solo e para dentro das cavernas. Essas cavernas, particularmente nas altas latitudes árticas, são frequentemente remotas e de difícil acesso e, como resultado, pouco se sabe sobre a história do permafrost e sua estabilidade no passado em climas quentes.
 
No entanto, em 2013, pesquisadores da Universidade de Oxford conseguiram amostrar depósitos de cavernas em alguns locais da Sibéria; sua análise sugeriu que o degelo do permafrost foi generalizado por toda a Sibéria antes de 400.000 anos atrás. Desde então, os resultados mostraram uma faixa muito reduzida de degelo do permafrost.

Shakun e Biller-Celander questionaram se a tendência em direção a um permafrost mais estável era global e procuraram realizar estudos semelhantes no Canadá para reconstruir a história do permafrost lá. Eles se uniram aos cientistas pioneiros de cavernas Lauriol e Ford, que forneceram amostras de depósitos em cavernas que coletaram ao longo dos anos em três regiões distintas de permafrost: o sul das Montanhas Rochosas canadenses, o Parque Nacional Nahanni nos Territórios do Noroeste e o norte de Yukon.

No total, a equipe obteve 74 amostras de espeleotemas, ou seções de estalagmites, estalactites e pedras de fluxo, de pelo menos cinco cavernas em cada região, representando várias profundidades de cavernas, geometrias e histórias glaciais. Cada caverna amostrada foi localizada em encostas expostas que foram provavelmente as primeiras partes da paisagem permafrost a descongelar com o aquecimento.

As amostras foram enviadas para o MIT, onde McGee e seu laboratório usaram técnicas precisas de geocronologia para determinar as idades das camadas de cada amostra, cada camada refletindo um período de degelo do permafrost.

“Cada espeleotema foi depositado ao longo do tempo como cones de trânsito empilhados”, diz McGee. "Começamos com as camadas mais externas e mais jovens, até o momento mais recente em que o permafrost degelou."

Mudança ártica

McGee e seus colegas usaram técnicas de geocronologia de urânio / tório para datar as camadas de cada espeleotema. A técnica de datação se baseia no processo natural de decomposição do urânio em seu isótopo filho, o tório 230, e no fato de que o urânio é solúvel em água, enquanto o tório não é.

“Nas rochas acima da caverna, conforme as águas se infiltram, elas acumulam urânio e deixam o tório para trás”, explica McGee. "Uma vez que a água chega à superfície da estalagmite e precipita no tempo zero, você tem urânio, e não tório. Então, gradualmente, o urânio se decompõe e produz tório."

A equipe perfurou pequenas quantidades de cada amostra e as dissolveu por meio de várias etapas químicas para isolar o urânio e o tório. Em seguida, eles executaram os dois elementos em um espectrômetro de massa para medir suas quantidades, a proporção que usaram para calcular a idade de uma determinada camada.

A partir de sua análise, os pesquisadores observaram que as amostras coletadas no Yukon e nos locais mais distantes do norte continham amostras com não menos que 400.000 anos de idade, sugerindo que o degelo do permafrost não ocorreu nesses locais desde então.

"Pode ter ocorrido algum degelo superficial , mas em termos de toda a rocha acima da caverna sendo degelada, isso não ocorria nos últimos 400.000 anos e era muito mais comum antes disso", diz McGee.

Os resultados sugerem que o permafrost da Terra era muito menos estável antes de 400.000 anos atrás e estava mais sujeito ao degelo, mesmo durante os períodos interglaciais quando os níveis de temperatura e dióxido de carbono atmosférico estavam no mesmo nível dos níveis modernos, como outro trabalho mostrou.

"Ver essa evidência de um Ártico muito menos estável antes de 400.000 anos atrás sugere que mesmo sob condições semelhantes, o Ártico pode ser um lugar muito diferente", disse McGee. "Isso levanta questões para mim sobre o que fez o Ártico mudar para uma condição mais estável, e o que pode fazer com que saia dessa condição."

 

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