Dois meses no Oceano Antártico, pela Ciência

Este post foi publicado pela primeira vez pelo Centro de Clima e Vida, Uma iniciativa de pesquisa baseada na Universidade de Columbia Observatório da Terra Lamont-Doherty.

A resolução JOIDES no cais de Punta Arenas, Chile. (Foto: Thomas Ronge e IODP)

Durante o primeiro semestre de 2019, dois diferentes Programa Internacional de Descoberta do Oceano Expedições (IODP) levaram equipes internacionais de cientistas ao tempestuoso Oceano Antártico, sob a liderança de Observatório da Terra Lamont-Doherty cientistas.

Maureen Raymo e Gisela Winckler cada um passou dois meses fazendo trabalhos como cientista co-chefe a bordo do navio de pesquisa Junta Resolução. Suas expedições envolveram a coleta de informações que permitirão à comunidade de geociências aprender mais sobre a história climática da Terra.

Raymo, paleoceanógrafo e diretor do Repositório central Lamont, estava Expedição IODP 382 de março a maio em áreas do Oceano Antártico próximas à Antártica. Como co-cientistas, Raymo e Michael Weber, paleoclimatologista da Universidade de Bonn, co-lideraram uma equipe de 30 cientistas de todo o mundo que estão investigando como as camadas de gelo da Antártica reagiram ao aquecimento global passado.

De maio a julho, Winckler, um cientista do clima e Bolsista do Centro de Clima e Vida, serviu como co-chefe cientista para Expedição IODP 383 no setor Pacífico do Oceano Antártico. Ela e o co-cientista Frank Lamy, geólogo do Instituto Alfred Wegener de Pesquisa Polar e Marinha, lideraram um grupo diferente de 30 cientistas internacionais em uma expedição para perfurar núcleos de sedimentos ao longo da margem chilena e no Pacífico Sul do Sul para estudar como a dinâmica do Oceano Antártico afeta o sistema climático global.

Os núcleos de sedimentos são registros da história da Terra: eles contêm fósseis de minúsculos organismos, poeira mineral soprada dos continentes e material rochoso raspado por geleiras da terra e levado ao mar por icebergs. Navios de pesquisa especializados como o Junta Resolução permitir a coleta desses sedimentos na forma de núcleos longos. Ao analisar a composição e as impressões digitais geoquímicas do material em cada núcleo, os cientistas podem descobrir variações passadas de temperatura, padrões de vento, velocidades atuais e de onde e quando surgiram os icebergs.

Ambas as expedições usarão as informações contidas em seus núcleos recém-recuperados para examinar como a atmosfera, os oceanos e as camadas de gelo reagiram ao aquecimento global passado. Esses projetos de pesquisa ainda estão nos estágios iniciais e ocorrerão ao longo de muitos anos. O que os cientistas descobrem ajudará a comunidade de geociências a fazer previsões mais precisas sobre o futuro da Terra e nos permitirá entender e se adaptar melhor às mudanças climáticas.

Beco do iceberg

A expedição de Raymo perfurou núcleos de sedimentos em cinco locais em uma área no mar da Escócia conhecida como Beco do Iceberg. É a leste da Península Antártica e muitos icebergs que quebram o continente passam pela área.

A perfuração foi surpreendentemente bem-sucedida, disse Raymo, “havia uma possibilidade muito real de perder muito tempo saindo do caminho dos icebergs, do mau tempo e do alto mar. E enquanto perdemos algum tempo com essas influências, na maioria das vezes estávamos perfurando. ”

Novos núcleos de sedimentos trazem sorrisos para o laboratório central na Resolução Joides. Maureen Raymo, cientista co-chefe, é a segunda da esquerda. (Foto: Marlo Garnsworthy e IODP)

Foram recuperados dezoito núcleos de sedimentos, totalizando quase três quilômetros de extensão. Os núcleos mais antigos datam da época do meio do mioceno, entre 12 e 16 milhões de anos atrás. Raymo disse que ficou surpresa que a perfuração produzisse núcleos com sedimentação contínua por milhões de anos. “Normalmente, os registros próximos à Antártica têm muitas lacunas, mas os nossos são apenas belos registros contínuos de mudanças climáticas”, disse ela, dando crédito ao seu co-chefe, Mike Weber, pela identificação dos locais de perfuração.

Raymo disse que os detritos nos núcleos variam com a idade. "Isso está lhe dizendo que a dinâmica do gelo antártico está mudando dramaticamente com o tempo", disse ela. Raymo e seus colegas da expedição ainda não sabem o que as mudanças indicam; eles descobrirão isso investigando o sedimento. Mas as mudanças mostram que a camada de gelo da Antártica não tem sido tão estável ao longo de milhões de anos como se pensava anteriormente.

Agora que o material do núcleo de sedimentos está em Lamont, Raymo e seus colegas começaram análises quantitativas do material do iceberg nos núcleos. Raymo está focado em tentar entender a história da camada de gelo da Antártica pelo período de um a dois milhões de anos atrás, e estabelecer quais condições podem fazer com que a camada de gelo derreta agora.

Um núcleo de sedimentos recém-dividido, coletado durante a expedição de Raymo. (Foto: Lee Stevens e IODP)

"Não temos idéia de quão vulnerável a camada de gelo da Antártica é a uma quantidade modesta de aquecimento global", disse Raymo. "Então, estamos tentando descobrir como o gelo respondeu ao aquecimento no passado."

Saber quão rápido o gelo derreteu no passado é fundamental para entender como a Antártica pode responder ao aumento do aquecimento. E isso ajudará os cientistas a prever o futuro aumento do nível do mar.

Essa não foi a primeira vez que Raymo atuou como cientista co-chefe, mas ela ainda sente que é um privilégio. "Como cientista chefe, você realmente faz parte de todos os setores da ciência", disse ela. "Você resolve problemas com todo mundo e faz interface com o capitão e os perfuradores".

Raymo diz que a parte mais difícil da expedição foi trabalhar no turno da meia-noite ao meio-dia por dois meses. Mas ela também adorava ficar no mar por tanto tempo. "Você pode sair do navio sentindo como se tivesse feito amizade com pessoas que não conhecia ao caminhar no navio."

A diversa equipe de cientistas da expedição, metade mulheres e meio homens, veio de todo o mundo. Raymo diz que achou o ambiente menos sexista e estressante com uma equipe composta igualmente por homens e mulheres em comparação com a vida em um navio de pesquisa há 30 anos, quando a maioria dos participantes encontrava homens.

O Setor Pacífico do Oceano Antártico

A expedição de Winckler perfurou núcleos de sedimentos no centro do Pacífico Sul, a meio caminho entre o Chile e a Nova Zelândia, "no meio do nada", disse ela, onde nenhuma expedição havia perfurado antes. (Leia as postagens do blog de Winckler sobre a expedição aqui.)

Seu plano científico era perfurar em quatro locais no Pacífico Sul Central e mais três locais na Margem Chilena. Os cientistas esperavam obter núcleos nos últimos cinco milhões de anos, incluindo o período Plioceno, de três a quatro milhões de anos atrás. Durante o Plioceno, os níveis de dióxido de carbono eram semelhantes aos de hoje, o planeta estava mais quente e o nível do mar global era um pouco mais alto.

Em dois locais, o navio conseguiu perfurar ainda mais no tempo, no período do Alto Mioceno, cerca de oito milhões de anos atrás.

Gisela Winckler carregando um núcleo de sedimentos durante a Expedição 383 do IODP (Foto: Tim Fulton & IODP)

"Vendo isso acontecer, núcleo após núcleo após núcleo, perfurando cada vez mais fundo os sedimentos, centenas de metros foram fantásticos", disse Winckler. “Essas belas sequências contínuas são ideais para interpretar as informações climáticas dos sedimentos, pois permitem saber onde você está em termos de tempo.”

Os cientistas recuperaram quase três quilômetros de núcleo de sedimentos e algumas continham surpresas. Pedras soltas, ou grandes pedras transportadas por icebergs, fornecem evidências de que os icebergs do passado haviam viajado para o local do navio a 1.000 milhas da Antártica, onde não existem icebergs atualmente. A descoberta pode avançar as pesquisas da equipe sobre como o Oceano Antártico funciona como uma interface entre o que está acontecendo na Antártica e no resto do planeta.

E em dois locais, a equipe perfurou o basalto da crosta oceânica muito antes do esperado, ilustrando o pouco que se sabe sobre o fundo do oceano. Enquanto isso, especialistas em microfósseis a bordo encontraram microfósseis bem preservados de duas novas espécies de foraminíferos, organismos planctônicos unicelulares.

Depois que os núcleos de sedimentos foram trazidos para o navio e abertos, a equipe viu mudanças de cor revelando climas distintos. Diferentes tipos de microrganismos – o principal ingrediente dos sedimentos no Oceano Antártico – prosperam sob diferentes condições, de modo que “você pode ver essas mudanças de tempo de períodos mais quentes para períodos mais frios ou vice-versa, apenas olhando a cor”, disse Winckler. "É o tipo de poesia desses sedimentos e como eles contam a história deles".

Winckler está satisfeito com o andamento da expedição, apesar de uma mudança inesperada no cronograma. No meio da expedição, uma tempestade monstruosa forçou o navio a deixar a região e viajar cerca de 2.400 quilômetros ao norte, onde eles passaram duas semanas. Devido à tempestade, a expedição não conseguiu recuperar sedimentos de seu local mais ao sul, na parte antártica do Oceano Antártico, uma parte crucial de seu projeto de pesquisa.

"Nunca tivemos uma janela de tempo com as condições climáticas por tempo suficiente para trabalhar com sucesso", disse Winckler. "Essa foi a parte mais difícil da expedição – desistir disso."

A proa da Resolução Joides mergulha em mares tempestuosos durante uma tempestade que o navio encontrou durante a Expedição 383. (Foto: Christina Riesselman)

Os núcleos das duas expedições serão arquivados no Repositório da Costa do Golfo do IODP em College Station, Texas, com amostras distribuídas em todo o mundo aos participantes da expedição. Em Lamont, Winckler, juntamente com Jenny Middleton e Julia Gottschalk, dois pós-docs de Lamont que também participaram da expedição analisarão os registros de sedimentos para determinar como a Terra entrou em estágios mais quentes do que estamos experimentando hoje. Eles examinarão a poeira nos núcleos e como ela se conecta ao ciclo do carbono, armazenamento de carbono e dióxido de carbono atmosférico.

A equipe internacional de cientistas também analisará os diferentes tamanhos de grãos nos sedimentos, o que pode revelar a rapidez com que a Corrente Circumpolar do Ártico, a corrente mais rápida do oceano, viajou no passado; a velocidade da corrente influencia todo o sistema climático.

Winckler diz que o Oceano Antártico é uma das principais regiões que determinam o clima do planeta; portanto, os cientistas precisam entender melhor como todo o sistema funciona e com que velocidade ele muda.

"Precisamos alimentar nossos modelos climáticos com mais informações e melhores restrições para melhorar o quão bem podemos prever o futuro", disse Winckler.

"Precisamos dessas informações sobre a variabilidade natural do passado para entender o que estamos fazendo, impactando o sistema climático natural com nossas emissões ultrajantes de combustíveis fósseis".


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