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Un modelo matemático predice las extinciones del pasado y la sexta que está a punto de ocurrir.

Los gorgonópsidos, como este Lycaenops, desaparecieron en la extinción masiva del Pérmico-Triásico, la mayor de todas hasta la fecha. Fuente: Wikipedia.

La vida sobre la Tierra tiene unos 3800 millones de años, pero sólo en los últimos 540 ha habido vida realmente compleja. Si antes de esos 540 hubo grandes extinciones no lo podemos saber, en todo caso habría afectado a los microorganismos solamente.

Desde esos 540 millones de años para acá ha habido diversas extinciones masivas, pero sólo 5 grandes extinciones masivas. La última hace 65 millones de año, cuando desaparecieron los dinosaurios.

Generalmente, estas grandes extinciones se aprecian muy bien en el registro fósil cuando nos fijamos en la vida marina, pues esta es más abundante y sus seres tienen partes duras que pueden fosilizar fácilmente.

Independientemente de lo que disparó cada una de estas extinciones, en todas ellas estuvo involucrada alguna alteración del ciclo del carbono, sobre todo en los procesos en los que participan los océanos y la atmósfera. El ciclo del carbono y, en concreto, el dióxido de carbono tiene un papel esencial en la regulación del clima terrestre. La destrucción de la vida vegetal o las grandes erupciones volcánicas pueden aumentar la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera. El ser humano también lo hace al consumir combustibles fósiles.

Estas perturbaciones globales del pasado en el ciclo del carbono se desarrollaron durante miles de años y coincidieron con un amplio exterminio en la vida marina a lo largo de todo el mundo.

La pregunta que los expertos llevan planteándose desde hace unos años es si las alteraciones en el ciclo del carbono que el ser humano está generando va a provocar una sexta gran extinción masiva. Los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera y, por ende, en los océanos han aumentado significativamente desde el siglo XIX por la quema de combustibles fósiles por parte del ser humano, lo que ya ha provocado un aumento significativo de la temperatura media global y un cambio en la química marina, con océanos cada vez más ácidos.

Asegurar que estos cambios derivarán en la sexta gran extinción no es fácil, aunque el sentido común nos diga que efectivamente así es. El problema es que esta alteración se está dando en un lapso de tiempo de muy pocos siglos, en lugar de los miles de años que fueron necesarios en las otras extinciones.

Así que, para aclarar la cuestión, Daniel Rothman (MIT) ha analizado los cambios significativos en el ciclo del carbono en los últimos 540 millones de años. Ha identificado umbrales de catástrofe en el ciclo del carbono que si se exceden entonces se da lugar a un ambiente inestable que finalmente provoca una extinción masiva.

Propone que estas extinciones se dan si se cruzan uno de estos dos umbrales:

1/ Para cambios en ciclo del carbono que se dan en escalas de tiempo grandes, las extinciones se dan si estos cambios ocurren a un ritmo mayor que la capacidad de los ecosistemas para adaptarse.

2/ Para perturbaciones en el ciclo de carbono que se den en escalas de tiempo cortas, el ritmo de los cambios del ciclo no importan, sino que es la magnitud de ese cambio la que determina la posibilidad de un evento de extinción.

Considerando este razonamiento hacia adelante en el tiempo, Rothman predice que, dado el actual aumento de dióxido de carbono en una escala de tiempo tan pequeña, la sexta gran extinción masiva depende de la cantidad de carbono arrojada a la atmósfera. Calcula que esa cantidad es de unas 310 gigatoneladas de carbono extra sobre los niveles preindustriales, muy cerca de las 300 gigatoneladas que la humanidad habrá arrojado ya a la atmósfera para 2100 debido al consumo de combustibles fósiles, según el mejor escenario posible del IPCC.

¿Significa esto que la extinción masiva se dará justo a finales de siglo? Rothman dice que tomará un tiempo, quizás unos 10.000 años para que un desastre de ese tipo se dé, pero que a partir de 2100 entraremos en un territorio desconocido y que entonces el mundo puede alcanzar un punto de no retorno.

Rothman sostiene que si no hacemos nada para evitarlo, llegará a ser una realidad que el ciclo del carbono deje de ser estable y que se comporte de un modo impredecible. “En el pasado geológico este tipo de comportamiento está asociado a extinciones masivas”, añade.

Rothman tiene un estudio previo sobre la extinción del Pérmico-Triásico, la mayor extinción masiva de las cinco conocidas y en la que el 95% de las especies marinas se extinguieron. Desde entonces las conversaciones con los colegas del campo le espolearon a estudiar la posibilidad de un sexta gran extinción masiva.

“Cómo se pueden comparar realmente estos grandes eventos del pasado geológico que se dan en vastas escalas de tiempo con lo que está pasado hoy en día que se da en sólo unos siglos? Así que me se senté un día de verano e intenté pensar cómo uno lo podría estudiar sistemáticamente”, dice Rothman.

Al final consiguió una fórmula matemática basada en principios físicos que relaciona el ritmo crítico y magnitud de los cambios en el ciclo del carbono con la escala de tiempo. Tomó como hipótesis que esta fórmula debería predecir si se tenía que dar una extinción masiva o algún tipo de catástrofe global

En la bibliografía sobre el asunto identificó 31 eventos en los pasados 542 millones de años en los que se dieron cambios en el ciclo del carbono, algo expresado en el registro geológico como cambios en la relación de los isótopos 12 y 13 de este elemento. Además, anotó la duración temporal de estos cambios.

Entonces diseño un transformación matemática para convertir estos números en la cantidad total de carbono que se añadía a los océanos durante esos eventos. Finalmente, dibujó la gráfica entre la masa y el tiempo para cada evento.

Resultó evidente que había un ritmo característico de cambio que al sistema, básicamente, no le gustaba cruzar. Es decir, había un umbral que en la mayoría de los 31 eventos no se había cruzado, por ser cambios benignos que no desestabilizaban los sistemas hasta producir un catástrofe. Por el contrario, para 4 de las 5 extinciones masivas se había superado ese umbral y de forma especial hacia finales del Pérmico, justo para la extinción masiva más importante.

En un análisis ulterior, este investigador encontró que el ritmo crítico para que se dé una catástrofe está relacionada por los procesos ocultos que se dan en el ciclo natural del carbono en la Tierra. El ciclo es, básicamente, un bucle entre la fotosíntesis y la respiración. Normalmente hay alguna fuga en el ciclo por la que una parte del carbono orgánico termina en el fondo del océano y, al cabo de un tiempo, es enterrado en sedimentos y secuestrado del resto del ciclo.

Rothman encontró que el ritmo crítico era equivalente al exceso de producción de dióxido de carbono que no es secuestrado por el sistema anteriormente descrito. Un exceso adicional de carbono inyectado en el ciclo podría no ser asimilado por el bucle en sí. Podrían darse uno o más procesos de tal modo que el ciclo del carbono entre en esta inestabilidad.

Determinó que el ritmo crítico se aplica sólo a escala de tiempo en la que el ciclo de carbono marítimo puede restablecer su equilibrio tras una alteración. Hoy en día esa escala de tiempo es de 10.000 años. Para eventos más cortos el umbral crítico no está unido al ritmo al que el carbono se añadido a los océanos, sino a la masa total de carbono. Ambos escenarios dan lugar a un exceso de carbono circulando a través de los océanos y al atmósfera, lo que da lugar a un calentamiento global y a la acidificación del mar.

Según Rothman la masa crítica de carbono básicamente se alcanzará hacia 2100 con 310 gigatoneladas (GT), según las predicciones del IPCC para el mejor escenario posible para esas fechas (300 GT). El peor escenario estaría por encima de las 500 GT para finales de este siglo, muy por encima del umbral crítico.

Es decir, en todos los escenarios, el ciclo del carbono estará o por encima o muy cerca del límite para que se dé una catástrofe.

“Debe haber maneras de eliminar ese exceso de dióxido de carbono, pero este trabajo señala razones por las que necesitamos ser cuidadosos y da todavía más razones para estudiar el pasado y así estar mejor informados para el presente”, dice Rothman.

De todos modos, el ritmo de destrucción de los ecosistemas (incluidos los bosques que absorben y fijan dióxido de carbono) es actualmente muy alto, con una tasa de extinción continua de especies que ya supera el ritmo de extinción del cualquier extinción masiva del pasado.

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Fuentes y referencias:
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