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Los científicos han entendido durante años que los minerales de silicato reaccionan con el CO2 y agua para eliminar el CO2 de la atmósfera, actuando como un termostato que mantuvo el clima de la Tierra estable durante miles de millones de años. Pero, ¿qué tan sensible es ese termostato? Para averiguarlo, los científicos necesitan ampliar las mediciones de laboratorio para que se ajusten al mundo real, pero ha sido imposible conciliar el trabajo de laboratorio con las mediciones del mundo real realizadas en suelos y ríos.
Esta brecha en nuestra comprensión ha obstaculizado los esfuerzos para modelar el clima y el ciclo del carbono a largo plazo de la Tierra, lo que dificulta predecir exactamente qué tan efectiva sería la meteorización de silicatos, tanto natural como artificial, para eliminar el CO2 de nuestra atmósfera.
En un artículo publicado en la revista Science, la profesora Susan Brantley y su equipo de la Universidad Estatal de Pensilvania encontraron una manera de cuantificar la respuesta de la meteorización de silicatos a la temperatura de manera consistente en todas las escalas, desde mediciones de laboratorio y mediciones del mundo real en paisajes hasta el mundo entero. Al hacerlo, han identificado el tipo de paisaje que tiene la mayor influencia en el termostato de la Tierra.
“Es un esfuerzo ambicioso… sintetizar una amplia variedad de estudios a través de diferentes escalas espaciales y temporales en un solo marco unificador”, dijo el profesor Jeremy Caves Rugenstein de la Universidad Estatal de Colorado, quien no participó en el estudio.
Un enfoque desde cero
“Siempre me molestó mucho: estábamos haciendo estos modelos globales, pero ni siquiera podía pasar de un matraz [in the lab] a la tierra de mi patio trasero”, dijo Brantley a Ars.
Es imposible reproducir en el laboratorio todos los innumerables efectos del viaje de un mineral desde el lecho rocoso hasta la ruptura y la disolución e interacción con plantas, microbios y aguas subterráneas antes de finalmente fluir hacia un océano. “Tienes tantos procesos que están todos acoplados que terminas con una sensibilidad a la temperatura que es diferente a la de un laboratorio”, dijo Brantley.
En consecuencia, los científicos no están de acuerdo sobre cuán sensible es la meteorización a los cambios de temperatura a escala global.
El equipo de Brantley abordó el problema reuniendo una enorme cantidad de observaciones que ella y sus alumnos habían recopilado durante muchos años, y recopilaron datos de más de 200 artículos publicados. Para dar sentido a los datos, Brantley se centró en los impulsores y trazadores más importantes de las reacciones de meteorización en todas las diferentes escalas. “Realmente creo que al cruzar escalas espaciales y temporales como esta, te obliga a pensar en lo que es importante”, dijo Brantley.
Mientras que otros intentaron escalar las reacciones de meteorización utilizando tipos de rocas, el equipo de Brantley se concentró en cambio en el mineral de silicato más abundante dentro de esas rocas: el feldespato.
El feldespato domina las reacciones químicas responsables de eliminar el CO2 desde el aire; esas reacciones también generan la mayor parte del sodio disuelto en el agua del río (lo que hace que el agua de mar sea salada). El equipo de Brantley usó el sodio como indicador para calcular la cantidad de erosión por silicato que se produce en las cuencas fluviales de todo el mundo. Esta configuración ayudó a los investigadores a evitar problemas con otros cationes generados por la meteorización de silicatos (principalmente potasio, calcio y magnesio), que se complican con otros procesos que utilizan estos elementos.
Observaron el alcance de la meteorización en docenas de suelos que abarcan un rango de temperaturas anuales promedio y precipitaciones en todo el planeta. El equipo también utilizó estudios previos sobre cuánto tiempo habían estado meteorizados esos suelos; los estudios se basaron en berilio-10, un isótopo generado cuando los minerales se exponen a los rayos cósmicos en la superficie de la Tierra. Los suelos con mucho berilio-10 en su superficie se han mantenido estables durante mucho tiempo, por lo que no exponen minerales de silicato frescos para que reaccionen con el CO.2.
En un ejercicio paralelo, el equipo observó el sodio producido por la meteorización en una variedad de cuencas fluviales en diferentes zonas climáticas. Cuando estos datos se combinaron con los datos del suelo, finalmente dieron sentido a las discrepancias entre el laboratorio, las diferentes ubicaciones en el mundo real y el globo en su conjunto, unificados por la misma ecuación termodinámica fundamental que gobierna cómo cambian las velocidades de reacción química con temperatura (la ecuación de Arrhenius).
“Lo que me sorprende es que puedes hacer que coincida en estas diferentes escalas espaciales. Solo se necesita pensar mucho para hacerlo”, dijo Brantley.