Las últimas investigaciones de los científicos han descubierto que durante al menos 60 millones de años, el clima de la Tierra probablemente ha estado regulado a largo plazo por un conjunto de "termostatos ocultos": los cambios en el nivel del mar afectan el suministro de fosfato en el océano, controlando así la productividad de los organismos marinos y el entierro de carbono orgánico, determinando así la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera y si la Tierra se está calentando o enfriando. Este descubrimiento proporciona nuevas pistas a una pregunta central que ha desconcertado durante mucho tiempo a la comunidad de ciencias de la tierra: dónde las grandes cantidades de carbono que "desaparecieron" de la atmósfera quedan atrapadas a medida que la Tierra se enfría gradualmente.

Esta investigación fue dirigida por la geocientífica británica Rosalind E. M. Rickaby y se completó en conjunto con Zunli Lu, profesor del Departamento de Ciencias de la Tierra y Ambientales de la Universidad de Syracuse en Estados Unidos, y otros. Los resultados se publicaron recientemente en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). El equipo analizó sistemáticamente la altura del nivel del mar, el contenido de oxígeno del agua de mar y la acumulación de fósforo en los sedimentos de las profundidades marinas durante los últimos 60 millones de años, así como el proxy geoquímico "yodo/calcio" que refleja el contenido de oxígeno del océano antiguo, y reconstruyó una imagen del mecanismo de regulación climática a largo plazo a partir de múltiples registros geológicos.

El estudio señala que el vínculo clave es el fosfato en el océano, un nutriente esencial para el crecimiento de la vida marina, pero que ha sido "invisible" en la teoría climática a largo plazo. Cuando los niveles del mar son altos, vastas plataformas continentales quedan sumergidas y los sedimentos marinos poco profundos cerca de la costa absorberán y "atraparán" preferentemente grandes cantidades de fosfato, lo que dificultará su transporte al océano abierto. Cuando los nutrientes de fósforo disponibles disminuyen, la productividad primaria del océano disminuye, menos carbono orgánico se hunde y finalmente queda enterrado en el fondo marino, el agua de mar tiene un mayor contenido de oxígeno y se acumula más dióxido de carbono en la atmósfera, lo que mantiene un estado climático relativamente cálido.

Por el contrario, cuando las temperaturas globales disminuyen, los casquetes polares se expanden y el nivel del mar cae, el área de la plataforma continental se reduce, lo que permite que más fosfatos, que son fácilmente "interceptados" por sedimentos marinos poco profundos, ingresen al mar abierto. El mayor suministro de fósforo estimula la prosperidad de la vida marina. Después de la muerte, una gran cantidad de materia orgánica se hunde en el fondo marino, consumiendo oxígeno disuelto durante el proceso de descomposición, expandiendo la "zona baja de oxígeno" (es decir, la capa mínima de oxígeno) en el océano. Una vez que estos cuerpos de agua con poco oxígeno invadan aún más los sedimentos de la plataforma continental ricos en materia orgánica, se desencadenará un circuito de retroalimentación que se refuerza a sí mismo: el entorno con poco oxígeno hace que los sedimentos liberen más fosfatos, lo que aumenta aún más la productividad biológica y la eficiencia del entierro de carbono orgánico, provocando que más carbono quede "bloqueado" en los sedimentos del fondo marino y que el dióxido de carbono disponible en la atmósfera disminuya en consecuencia.

Al comparar múltiples registros geológicos, el equipo de investigación descubrió que la retroalimentación del entierro de carbono es más fuerte en un rango relativamente estrecho de altitudes del nivel del mar: cuando el nivel medio global del mar aumenta entre 10 y 40 metros sobre el nivel del mar, la capa mínima de oxígeno se superpone espacialmente con los sedimentos de la plataforma continental ricos en materia orgánica, lo que permite que esta retroalimentación positiva continúe funcionando durante millones de años. En esa "zona dulce", el océano se convierte en un eficiente "sumidero de carbono" y elimina dióxido de carbono de la atmósfera durante mucho tiempo, ayudando a que la Tierra se enfríe lenta y constantemente.

Tomemos como ejemplo la época del Eoceno, hace entre 56 y 34 millones de años. En aquella época, los niveles del mar eran anormalmente altos, la plataforma continental estaba ampliamente sumergida y grandes cantidades de fosfato estaban atrapadas en sedimentos marinos poco profundos, lo que dificultaba su transporte a las profundidades del océano. Durante este período, el océano abierto en su conjunto mantuvo un alto contenido de oxígeno y era difícil para las masas de agua con bajo contenido de oxígeno penetrar profundamente en los sedimentos de la plataforma continental ricos en materia orgánica. Esto provocó que el mecanismo de retroalimentación del "entierro eficiente de carbono" básicamente se detuviera. El dióxido de carbono atmosférico pudo mantener un nivel alto durante mucho tiempo y la Tierra también mantuvo un clima cálido.

El estudio también encontró que con el avance del tiempo geológico, el rango de condiciones adecuadas para el entierro de carbono orgánico a gran escala se está reduciendo gradualmente. Esto está relacionado con el hundimiento gradual del centro de la capa mínima de oxígeno hacia capas de agua más profundas: la posición de la masa de agua con bajo contenido de oxígeno en relación con los sedimentos de la plataforma continental ha cambiado, lo que debilita la amplitud de la "absorción de carbono" y la "liberación de carbono" del océano en diferentes etapas, estabilizando así los niveles generales de oxígeno y dióxido de carbono en la atmósfera a largo plazo y mejorando la resiliencia y las capacidades de autorregulación del sistema climático de la Tierra.

Para reconstruir el contenido de oxígeno del antiguo océano, el equipo de Lu Zunli utilizó la relación yodo/calcio, un indicador proxy geoquímico recientemente desarrollado, en el laboratorio de la Universidad de Syracuse. Este método analiza la información química conservada en las conchas de los foraminíferos depositados en el fondo marino, infiere la concentración de oxígeno disuelto en el agua de mar durante su período de supervivencia y utiliza un espectrómetro de masas para medir con precisión los elementos relacionados. Anteriormente, el laboratorio utilizó el mismo método para estudiar el contenido de oxígeno de los océanos tropicales en el Proterozoico y descubrió que los mares tropicales alguna vez fueron "oasis" con alto contenido de oxígeno, lo que es casi opuesto al patrón de distribución del océano moderno de alto oxígeno en aguas profundas y anoxia relativa en la capa superficial y áreas específicas.

Este último resultado vincula orgánicamente el nivel del mar, el contenido de oxígeno del océano, los ciclos de los nutrientes del fósforo y la concentración de dióxido de carbono atmosférico, proporcionando un nuevo marco teórico para comprender cómo la Tierra ha mantenido un rango de temperatura adecuado para la vida durante los últimos 100 millones de años. El equipo de investigación cree que aunque este mecanismo de temperatura constante de "nivel geológico" opera en una escala de tiempo que excede con creces los cambios climáticos causados ​​por las actividades humanas, comprender su existencia y sus condiciones límite ayudará a la comunidad científica a evaluar de manera más integral el ciclo del carbono de la Tierra y la elasticidad inherente del sistema climático.