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Este trabajo científico publicado en la revista científica Science demuestra que el aumento del CO2 de la atmósfera durante la terminación de la última glaciación se produjo con un retraso de entre 600 y 800 años con relación al aumento de la temperatura de la atmósfera. El trabajo tiene implicaciones serias para la climatología, al probar que el aumento de la temperatura es la causa primera y el aumento del CO2 la consecuencia posterior. También explica que el aumento del CO2 en el Hemisferio Norte pudo haber sido causado por una alteración de las corrientes termohalinas en la región del Atlántico Norte.

Concentraciones Atmosféricas de CO2
Durante El Final de la Última Glaciación

Eric Monnin, 1*; Andreas Indermühle, 1; André Dällenbach, 1; Jacqueline Flückiger,1;
Bernhard Stauffer, 1; Thomas F. Stocker, 1; Dominique Raynaud, 2; Jean-Marc Barnola, 2.



ABSTRACTO

Un registro de las concentraciones de dióxido de carbono atmosférico (CO2) durante la transición del Último Máximo Glacial al Holoceno obtenido de una probeta de hielo del Dome Concordia, en la Antártida, revela que un aumento de 76 partes por millón en volumen ocurrió durante un período de 6000 años, en cuatro intervalos claramente visibles. La estrecha relación entre la concentración de CO2 y la temperatura de la Antártida indica que el Océano del Sur jugó un importante rol en provocar el aumento del CO2. Sin embargo, la similitud en los cambios en la concentración de CO2 y las variaciones de la concentración del metano atmosférico sugiere que los procesos en los trópicos y en el Hemisferio Norte, donde están localizadas las principales fuentes de metano, también tuvieron efectos sustanciales sobre las concentraciones del CO2 de la atmósfera.



1 Climate and Environmental Physics, Physics Institute, University of Bern, Sidlerstrasse 5, CH-3012 Bern, Switzerland. 2 CNRS Laboratoire de Glaciologie et de Géophysique de l'Environnement, BP 96, 38402 St. Martin d'Hères Cedex, Grenoble, France.
*  A quien debe enviarse cualquier correspondencia. E-mail: monnin@climate.unibe.ch




La concentración de CO2 atmosférico estuvo aumentando de manera sostenida desde los comienzos de la industrialización, desde ~280 partes por millón en volume (ppmv) a su actual valor de ~368 ppmv (1- 4). Al investigar anteriores variaciones naturales del CO2 esperamos obtener información acerca de la realimentación entre el ciclo del carbono y el clima, y también el posible impacto del CO2 antropogénico sobre el sistema climático. La transición entre el Último Máximo Glacial (UMG) al Holoceno, durante el cual el CO2aumentó en un ~40%, es un período clave para tales investigaciones.

El registro de la probeta de hielo de Vostok, Antártida, cubriendo los últimos 420.000 años muestra un aumento de la concentración del CO2 entre 80 y 1000 ppmv para cada una de las pasadas cuatro terminaciones glaciales. (5). El aumento durante la última terminación está bien establecido en base a varias probetas de hielo polar de ambos hemisferios.(6 - 10). Sin embargo, no todas las muestras de hielo son aptas para investigar los detalles de tal aumento. Algunos registros de CO2, especialmente los de Groenlandia, están comprometidos por la producción de CO2 por reacciones químicas entre las impurezas en el hielo. (11 - 13).

Las muestras de hielo de la Antártida están menos afectadas, pero no se puede excluir una pequeña cantidad de producción in situ de CO2 por reacciones químicas para todas las muestras del hielo Antártico y todos los períodos climáticos. (14, 15). Se cree que los registros de CO2 de Vostok y Taylor Dome son los más precisos (5, 10, 16). Sin embargo, la resolución del tiempo de estos dos registros es demasiado baja para proveer una historia de los cambios del CO2 que muestran la evolución detallada del CO2 atmosférico durante la última terminación glacial.

Aquí presentamos un registro del Dome Concordia (Dome C), Antártida (75°06'S, 123°24'E), de las probetas de hielos extraídas en el marco del European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA) (Proyecto Europeo de Extracción de Muestras de Hielo en la Antártida) durante la estación de campo de 1998-99. Nosotros hemos medido el CO2 en un total de 432 muestras de 72 diferentes intervalos de rpofundidad, entre 350 y 580 metros, cubriendo el período desde 22.000 a 9.000 ka A.H. (ka A.H. 0 miles de años Antes que Hoy, donde el presente ha sido escogido como 1950 D.C.). Para cada nivel de profundidad se midieron seis muestras en un intervalo de 60 a 100 mm de largo. En la misma probeta, se realizaron 74 mediciones de metano. Los métodos analíticos se describen en (17).

La escala de edad para el hielo, como también para el aire encerrado (que es más joven que el hielo circundante porque está encerrado en el fondo del copo de nieve ("firn"), está basado en la escala de tiempo de Schwander et al. (18). La falta de certeza de la escala de tiempo absoluta para el hielo se estima en ±200 años hacia 10 ka A.H. y hasta ±2000 años hacia 41 ka A.H. La diferencia de edad gas-hielo (Delta edad) se calcula con modelo de densificación del copo de nieve ("firn"). El valor de la edad de Delta ~2000 años en el Holoceno, aumentando hasta ~5500 durante el UMG, y tiene una incerteza estimada de ~10%.

La principal característica del registro de CO2 (Fig. 1) es un aumento desde el valor medio de 189 ppmv entre 18.1 y 17.0 ka A.H (19) hasta un valor de 265 ppmv entre 11.1 y 10.5 ka A.H. (comienzo del Holoceno). El aumento de 76 ± 1 ppmv ocurre en cuatro nítidos intervalos. Desde 17.0 a 15.4 ka A.H. (intervalo I), aumentos del CO2 desde 189 a 219 ppmv a una tasa media de 20 ppmv/ka. Desde 15.4 a 13.8 ka A.H. (intervalo II), aumentos de CO2 desde 219 a 231 ppmv a una tasa bastante constante de 8 ppmv/ka antes de un rápido aumento de ~8 ppmv en los próximos 300 años. a 13.8 ka A.H. Entre 13.8 y 12.3 ka A.H. (intervalo III), una pequeña disminución desde 239 a 237 ppmv ocurre a una tasa de -1 ppmv/ka. Desde 12.3 a 11.2 ka A.H. (intervalo IV), la concentración de CO2 sube de 237 ppmv a 259 ppmv a una tasa de 20 ppmv/ka, seguido de una rápido aumento de ~6 ppmv en unos dos siglos en 11.2 ka A.H. El rápido aumento a finales de los intervalos II y IV (20) ocure dentre de un intervalo de tempo comparable a la distribución de la edad del aire encerrado en el hielo debido al proceso de inclusión en la transcisión copo-hielo. (el ancho de la distribución de edad está en el orden del 10% de Delta valor de la edad). En consiguiente, al aumento de CO2 podría haber ocurrido en menos de unos pocos siglos.


Fig. 1. La curva sólida indica al delta D del Dome C en el hielo cono un proxy para la temperatura local (23). Los círculos sólidos representan a la información del CO2 del Dome C (promedio de seis muestras, barras de error 1sigma de la media). Los rombos muestran los datos del metano del Dome C (la 1sigma incerteza es 10 ppMMv) La escala de tiempo usada para la edad gas-hielo es a partir del trabajo deSchwander et al. (18) (La profundidad en la parte superior de la figura sólo es válida para los registros del CO2 y del metano). En los registros del CO2 y del metano, se pueden distinguir cuatro intervalos (I al IV) durante la transcisión. El delta D del registro está altamente correlacionado con el registro del CO2, con la excepción de que las aumentadas tasas durante el intervalo I y II no difieren significativamente en registro del deuterio. Los eventos YD y B/A registrados en las muestras de hielo de Groenlandia están indicados por barras de tonalidad de acuerdo a la escala de tiempo GRIP. la comparación del registro del metano con el del GRIP demuestra que YD corresponde al intervalo IV y el evento B/A corresponde al intervalo III.[Ver versión ampliada de esta imagen (36 kb gif)]

La posibilidad de un enriquecimiento del CO2 por reacciones químicas entre las impurezas la muestra de hielo del Dome C ha sido cuidadosamente investigada. Las fuentes más probables son las reacciones carbonatos-ácidos y la oxidación de compuestos orgánicos. (11, 15, 21). No encontramos nnguna correlación positiva entre Ca2+ (un indicador cualitativo del carbonato) o concentraciones de H2O2 [ambas medidas con la técnica del flujo continuo (22)] y los valores del CO2. También, nuestros valores están de acuerdo con registros menos detallados de otras probetas de hielo Antártico, con diferentes concetración de impurezas, dentro de los límites de error (17). El argumento más fuerte contra la producción de CO2 por reacciones químicas es que la dipsersión de los valores del CO2 está de acuerdo con la incerteza analítica. Por ello concluimos que nuestro registro es una precisa representación de las concentraciones de CO2 atmosférico.

Comparación de la abundancia de deuterio del hielo (delta D, un proxy para la temperatura superficial del aire) (23) y el registro de CO2 (Fig. 1) sugiere una estrecha correlación entre ambos parámetros. El coeficiente de correlación r entre 1,2 y 17,0 ka A.H es 0.85 (17). Cambiando la escala de tiempo de los dos registros relativos uno del otro, mostró que el coeficiente de correlación alcanza un máximo de r = 0.94 a un retraso del tiempo del registro del CO2 de 410 años. considerando las incertezas de la diferencia de la edad gas-hielo de 200 a 550 años, este retraso no es significativo y podría ser la consecuencia de una diferencia de la edad gas-hielo sobreestimada. (18).

Para definir los puntos a las que la temperatura y el CO2 comienzan a subir, seleccionamos los puntos de cruce de ajustes lineales de los registros y obtuvimos edades de 17.000 ± 200 años para el comienzo del aumento del CO2 y de 17.800 ± 300 años para el comienzo del aumento delta D. Hallamos que el comienzo del aumento del CO2 estaba retrasado con respecto al comienzo de delta D en unos 800 ± 600 años, tomando en cuenta las incertezas de la diferencia de la edad gas-hielo y la determinación de los aumentos. Esto concuerda con las estimaciones halladas en las muestras de hielo del Taylor Dome y Byrd. (10). El estimado retraso de tiempo es pequeño en comparación con la duración de 6000 años del estrechamente ligado tiempo y aumento de la concentración de CO2, y no echa dudas sobre la importancia del CO2 como un factor de amplificación del aumento de la temperatura.

Un comparación precisa del CO2 y el metano (Fig. 1) es posible a causa de que no hay un defasaje de edad entre los dos registros. El registro de la concentración de metano durante la transición puede también se subdividida en cuatro intervalos diferenciados, todos sincrónicos con los intervalos del registro del CO2.

El intervalo I se caracteriza por el comienzo sincrónico del aumento del CO2 y del metano. El intervalo II muestra una reducida tasa de aumento del CO2 y una meseta de la concentración del metano. No se observan cambios obvios en la tendencia de delta D record of Dome C (Fig. 1) o en los registros de isótopos estables de Groenlandia de los intervalos I al II (24). La transición entre los intervalos II y III, caracerizados por un rápido aumento del metano. El intervalo III muestra una lenta y pequeña disminución en la concentración del CO2, mientras que el metano está casi en la concentración del Holoceno temprano. El intervalo III corresponde a la fase cálida Bølling/Allerød (B/A) en la región del Atlántico Norte y a la de la Inversión Fría de la Antártida (IFA) observada en la Antártida (25 - 27).

El intervalo IV, durante el caul un continuado aumento del CO2 es terminado por una pronunciada suba del CO2 en la transición al holoceno, exhibe una caída en la concentración del metano de ~200 parts por Mil Millones en volumen (ppMMv), retornando a concentraciones omo las del intervalo II. El intervalo IV corresponde a la época del Younger Dryas (YD) del Atlántico Norte y al intervalo de calentamiento después del IFA de la Antártida.

La información de vostok sugiere un importante rol del Océano del Sur en la regulación de los cambios del CO2 glacial-interglacial (5). El rol está confirmado por mediciones del Taylor Dome para intervalos de tiempo más cortos en la última glaciación (16). El aumento del CO2 en el intervalo I, que ocurrió antes de cualquier calentamiento sustancial en el Hemisferio Norte, es consistente con la presente visión del rol del Hemisferio Sur como la cuasa del aumento del CO2.

El metano comienza a aumentar en paralelo con el CO2 en el intervalo I. El aumento del metano está en concordancia con el registro del Greenland Ice Core Project (GRIP) (28). El paralelismo del aumento del metano y del CO2 en el intervalo I es algo sorprendente porque las causas para la variación del metano son ciertamente diferentes a las del CO2. Se asume que los cambios en la concentración del metano se debieron princialmente a los cambios en la extensión y actividad de los humedales en las latitudes del Norte y en los trópicos (29). No se pueden ver variaciones sustanciales en el registro estable de isótopos durante este período de tiempo, pero un pequeño cambio en la producción del metano en latitudes bajas y medias no está n ecesariamente registrado en un registro de la temperatura de Groenlandia. No hay una causa obvia visible para las reducidas tasas de crecimiento del CO2 y el metano entre los intervalos I y II en los registros estables de isótopos de Dome C o los del GRIP.

Los rápidos crecimientos de la concetración del CO2 y del metano entre los intervalos II y III, hacia ~13.8 ka A.H., según la escala de tiempo de Dome C, corresponde al rápido calentamiento en el Hemisferio Norte observado ahcia 14.5 ka A.H. en la escala de tiempo GRIP. Este calentamiento fue probablemente causado por la realzada formación de la Agua profunda del Atlántico Norte (North Atlantic Deep Water - NADW) (30), sugiriendo que el súbito aumento del CO2 podría haber sido causado por cambios en la circulación termohalina. Por otra parte, se cree que el aumento del metano habría sido causado por un intensificado ciclo hidrológico durante la fase cálida B/A, que llevó a una expansión de los humedales en los trópicos y en las latitudes boreales.

El CO2 disminuyó ligeramente durante el intervalo III y luego aumentó en el intervalo IV. La concentración del metano sigue la evolución de la temperatura del Hemisferio Norte en los intervalos II y IV como era de esperar. El acelerado aumento del CO2 al final del intervalo IV está probablemente conectado al rápido calentamiento del hemisferio Norte más que a cualquier otra evolución climática o ambiental en el hemisferio Sur, porque es sincrónico con el aumento del metano.

Esta información apoya la idea de que el Océano del Sur fue un factor importante en la reglación de la concentración del CO2 durante la última transición. Sin embargo, los rápidos aumentos entre los intervalos II y III y al final del intervalo IV muestran que mecanismos adicionales en el Hemisferio Norte influenciaron al CO2, presumiblemente a través de la formación del NADW.

REFERENCIAS Y NOTAS
  1. C. D. Keeling, T. P. Whorf, Trends: A Compendium of Data on Global Change (Carbon Dioxide Information Analysis Center, Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy, Oak Ridge, TN, 2000); una actualización está disponible en http://cdiac.esd.ornl.gov/trends/co2/sio-mlo.htm.
  2. A. Neftel, E. Moor, H. Oeschger, B. Stauffer, Nature 315, 45 (1985) [ISI].
  3. J.-M. Barnola, et al., Tellus 47B, 264 (1995) [ISI].
  4. D. M. Etheridge, et al., J. Geophys. Res. 101, 4115 (1996) [ISI].
  5. J. R. Petit, et al., Nature 399, 429 (1999) [CrossRef][ISI] .
  6. A. Neftel, H. Oeschger, T. Staffelbach, B. Stauffer, Nature 331, 609 (1988) [ISI]
  7. T. Staffelbach, B. Stauffer, A. Sigg, H. Oeschger, Tellus 43B, 91 (1991) [ISI].
  8. M. Anklin, et al., J. Geophys. Res. 102, 26539 (1997) [ISI].
  9. O. Marchal, et al., Clim. Dyn. 15, 341 (1999) [CrossRef][ISI].
  10. H. Fischer, M. Wahlen, J. Smith, D. Mastroianni, B. Deck, Science 283, 1712 (1999) [Abstract/Free Full Text].
  11. M. Anklin, J.-M. Barnola, J. Schwander, B. Stauffer, D. Raynaud, Tellus 47B, 461 (1995) [ISI].
  12. H. J. Smith, M. Wahlen, D. Mastroianni, K. C. Taylor, Geophys. Res. Lett. 24, 1 (1997) [ISI].
  13. B. Stauffer, et al., Nature 392, 59 (1998) [CrossRef][ISI].
  14. A. Indermühle, et al., Nature 398, 121 (1999) [CrossRef][ISI].
  15. J. Tschumi and B. Stauffer, J. Glaciol. 46, 45 (2000) [ISI].
  16. A. Indermühle, E. Monnin, B. Stauffer, T. F. Stocker, M. Wahlen, Geophys. Res. Lett. 27, 735 (2000) [CrossRef][ISI].
  17. Información suplementaria concerniente a procedimeitnos y suposiciones está disponible en www.sciencemag.org/cgi/content/full/291/5501/112/DC1.
  18. J. Schwander et al., en preparación.
  19. A lo largo del resto del informe, la precisión de las edades se da en decimales de ka A.H. para facilitar la identificación en Fig. 1. A pesar de ello, la incerteza en la escala de tiempo absoluta permanece como se describe en el texto.
  20. La Información disponible sobre el CO2 también sugiere un pequeño salto en la transición entre los intervalos I y II, ero esto debe ser confirmado por más mediciones.
  21. H. J. Smith, M. Wahlen, D. Mastroianni, K. Taylor, P. Mayewski, J. Geophys. Res. 102, 26577 (1997) [ISI].
  22. R. Röthlisberger, M. A. Hutterli, S. Sommer, E. W. Wolff, R. Mulvaney, J. Geophys. Res. 105, 20565 (2000) [ISI].
  23. J. Jouzel et al., en preparación.
  24. W. Dansgaard, et al., Nature 364, 218 (1993) [ISI].
  25. T. Sowers and M. Bender, Science 269, 210 (1995) [ISI].
  26. J. Jouzel, et al., Clim. Dyn. 11, 151 (1995) [CrossRef][ISI].
  27. T. Blunier, et al., Geophys. Res. Lett. 24, 2683 (1997) [ISI].
  28. T. Blunier, et al., Nature 394, 739 (1998) [CrossRef][ISI].
  29. J. Chappellaz, et al., J. Geophys. Res. 102, 15987 (1997) [ISI].
  30. W. S. Broecker and G. H. Denton, Geochim. Cosmochim. Acta 53, 2465 (1989) [ISI].
  31. Agradecemos a O. Marchal, F. Joos, J. Schwander, J. Chappellaz, y N. Shackleton por los útiles comentarios. Este trabajo es una contribución a EPICA, un programa científico conjunto entre las European Science Foundation/European Commission (EC), financiado por el EC bajo el Programa del Ambiente y el Clima (1994-98), contrato ENV4-CT95-0074 y por contribuciones nacionales de Bégica, Dinamarca, Francia, Alemania, Italia, Holanda, Noruega, Suecia, Suiza y la Gran Bretaña. Esta es la publicación de EPICA No. 23. las mediciones fueron apoyadas por la NSG de suiza, la Universidad de Berna, y el "Bundesamt für Energie."
18 de Agosto, 2000; aceptado: 17 de Noviembre, 2000


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