Matemático prevê sexta extinção em massa

Até 2100, os oceanos podem conter carbono o suficiente para causar o extermínio em massa de espécies nos próximos milênios.

Nos últimos 540 milhões de anos, a Terra passou por cinco eventos de extinção em massa, cada um envolvendo processos que alteraram o ciclo normal do carbono na atmosfera e nos oceanos. Todas essas modificações no carbono, que são fatais em nível global, desenrolaram-se ao longo de milhares de milhões de anos e coincidem com o extermínio generalizado de espécies marinhas em todo o mundo.

A pergunta para muitos cientistas é se o ciclo do carbono está passando por um abalo significativo, que poderia levar o planeta a uma sexta extinção em massa. Na era moderna, as emissões de dióxido de carbono aumentaram constantemente desde o século XIX, mas saber se o recente aumento nos níveis de carbono pode levar à extinção em massa tem sido difícil. Isso se deve principalmente à dificuldade de relacionar anomalias de carbono antigo, ocorrendo ao longo de milhares de milhões de anos até as rupturas atuais, que aconteceram apenas no decorrer de pouco mais de um século.

Agora, Daniel Rothman, professor de geofísica no Departamento de Ciências atmosféricas, planetárias e terrestres (Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences) do MIT e co-diretor do centro Lorenz do MIT, analisou mudanças significativas no ciclo do carbono nos últimos 540 milhões de anos, como os cinco eventos de extinção em massa. Ele identificou “limiares de catástrofe” no ciclo do carbono que, se excedidos, levariam a um ambiente instável e, em última instância, à extinção em massa.

Em um artigo publicado hoje na Science Advances, ele propõe que a extinção em massa ocorre se um dos dois limiares for ultrapassado. No caso alterações no ciclo do carbono em longos períodos de tempo, as extinções acontecerão caso essas alterações ocorram mais rapidamente do que os ecossistemas globais podem se adaptar. No caso de alterações de carbono em períodos mais curtos, não importa o ritmo das mudanças do ciclo do carbono; em vez disso, o tamanho ou a magnitude da mudança determinará a probabilidade de um evento de extinção em massa.

Considerando esse raciocínio adiante no tempo, Rothman prevê que, dado o recente aumento nas emissões de dióxido de carbono em um período de tempo relativamente curto, uma sexta extinção dependerá de uma quantidade crítica de carbono ser adicionada aos oceanos. Esse montante, segundo seus cálculos, seria de cerca de 310 gigatoneladas, que estima ser equivalente à quantidade de carbono que a atividade humana terá adicionado nos oceanos no mundo até o ano de 2100.

Isso significa que haverá uma extinção em massa logo após a virada do século? Rothman diz que levaria algum tempo — cerca de 10.000 anos — para surgirem tais desastres ecológicos. No entanto, segundo ele, até 2100 o mundo poderá ter se transformado em “território desconhecido”.

“Não quer dizer que o desastre vá ocorrer no dia seguinte”, diz Rothman. “Quer dizer que, se não for controlado, o ciclo do carbono atingiria um ponto em que já não seria estável e seu comportamento seria difícil de prever. No passado geológico, esse tipo de comportamento era associado à extinção em massa.”

A História segue a teoria

Daniel Rothman já havia trabalhado com a extinção do final do período Permiano, a mais grave na história da Terra, em que um enorme pulso de carbono através do sistema da Terra foi responsável por aniquilar mais de 95% das espécies marinhas no mundo todo. Desde então, as conversas com os colegas o estimularam a considerar a possibilidade de haver uma sexta extinção, levantando uma questão essencial:

“Como é possível comparar esses grandes eventos no passado geológico, ocorridos em períodos tão distantes, ao que está acontecendo hoje, séculos depois, no máximo?” Rothman afirma: “Sentei num dia de verão e tentei pensar sobre como abordar a questão de forma sistemática.”

Então, ele produziu uma fórmula matemática simples a partir de princípios físicos básicos, relacionando a taxa crítica e a magnitude da mudança no ciclo do carbono à escala de tempo que separa a mudança rápida da lenta. Segundo sua hipótese, essa fórmula deve prever a ocorrência de extinção em massa ou de alguma catástrofe global.

Depois, questionou-se se a História seguiu sua hipótese. Pesquisando em centenas de artigos de geoquímica, identificou 31 eventos nos últimos 542 milhões de anos em que uma mudança significativa ocorreu no ciclo do carbono da Terra. Para cada evento, incluindo as cinco extinções em massa, Rothman observou a mudança no carbono, expressa no registro geoquímico como uma mudança na abundância relativa de dois isótopos, o carbono-12 e o carbono-13. Ele também observou a duração dessas alterações.

A partir disso, desenvolveu uma transformação matemática para converter essas quantidades na massa total de carbono adicionada aos oceanos em cada evento. Ao final, traçou o período e a massa de cada evento.

“Ficou evidente que havia um ritmo característico de mudança que o sistema basicamente não ultrapassava”, afirmou.

Em outras palavras, ele observou um limiar comum para a maior parte dos 31 eventos. Ainda que envolvessem mudanças significativas no carbono, os eventos eram relativamente benignos — não eram suficientes para desestabilizar o sistema e levá-lo a uma catástrofe. Em contrapartida, quatro das cinco extinções em massa ficaram acima do limiar, sendo que a mais grave foi a do final do período Permiano, a mais distante no tempo.

“A partir de então, tornou-se uma questão de descobrir o que isso significava”, disse.

Um vazamento oculto

Após análises complementares, Rothman descobriu que a taxa crítica para catástrofe está relacionada com um processo oculto do ciclo natural do carbono na Terra, que é essencialmente uma oscilação entre fotossíntese e respiração. Normalmente, há um “vazamento” no ciclo, em que uma pequena quantidade de carbono orgânico atinge o fundo do oceano e, ao longo do tempo, é enterrada como sedimento e isolada do resto do ciclo do carbono.

Rothman descobriu que a taxa crítica era equivalente à taxa de excesso de produção de dióxido de carbono resultante da contenção desse vazamento. Qualquer aumento de dióxido de carbono no ciclo não pode ser descrito pela própria oscilação. Ao contrário, um ou mais processos levariam o ciclo do carbono a um território instável.

Ele então determinou que a taxa crítica aplica-se apenas acima do período no qual o ciclo de carbono marinho pode restabelecer seu equilíbrio após a alteração. Hoje, esse tempo é cerca de 10.000 anos. Para eventos muito mais curtos, o limiar crítico já não está ligado à taxa de adição de carbono aos oceanos, mas sim à massa total do carbono. Ambos os cenários deixariam um excesso de carbono circulando nos oceanos e na atmosfera, resultando, provavelmente, na acidificação e no aquecimento global dos oceanos.

O século é o limite

A partir da taxa crítica e do período de equilíbrio, Rothman calculou que a massa crítica de carbono na era moderna era cerca de 310 gigatoneladas.

Depois, comparou sua previsão do total de carbono adicionado aos oceanos da Terra até o ano de 2100, de acordo com as projeções do mais recente relatório do Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC, do inglês Intergovernmental Panel on Climate Change). As projeções do IPCC consideram quatro caminhos possíveis para as emissões de dióxido de carbono, desde o caminho de condições rigorosas para limitar as emissões de dióxido de carbono até o que se relaciona a uma variedade de cenários sem limitações.

A melhor das hipóteses projeta que os seres humanos adicionarão 300 gigatoneladas de carbono aos oceanos até 2100, enquanto mais de 500 gigatoneladas serão adicionadas no pior cenário possível, excedendo o limite crítico. Em todos os cenários, Rothman demonstra que, até 2100, o ciclo do carbono estará perto ou muito acima do limite sob o qual não aconteceria uma catástrofe.

“Deve haver maneiras de retirar [as emissões de dióxido de carbono]”, declara. “Mas este trabalho ressalta os motivos por que precisamos ter cuidado e apresenta mais razões para estudar o passado para entender o presente.”

Fonte – Jennifer Chu, MIT News Office / tradução Luísa Flores Somavilla, IHU de 25 de outubro de 2017