A equipe de pesquisa, liderada pelo Dr. Huang Huang do Laboratório Laoshan em Qingdao e incluindo o geocientista Dr. Marcus Gutjahr do GEOMAR, se propôs a reconstruir até onde as Águas Profundas da Antártica (AABW) se estenderam através do Oceano Austral nos últimos 32.000 anos.

“Nosso objetivo era compreender como a influência das Águas Profundas da Antártica, a massa de água mais fria e densa do oceano global, mudou durante a última desglaciação e qual foi seu papel no ciclo global do carbono”, afirma Huang, que concluiu seu doutorado no GEOMAR em 2019 e atualmente trabalha como cientista em Qingdao, China.

Núcleos de sedimento e assinaturas químicas no fundo do mar

Para abordar essa questão, os cientistas analisaram nove núcleos de sedimento coletados dos setores Atlântico e Índico do Oceano Austral. Os núcleos foram retirados de profundidades que variam entre aproximadamente 2.200 e 5.000 metros e de locais amplamente distribuídos pela região. Ao estudar a composição isotópica do metal traço neodímio preservado nos sedimentos, que reflete a química da água do mar circundante, puderam reconstruir como as Águas Profundas da Antártica mudaram ao longo do tempo em escalas de dezenas de milhares de anos.

“O neodímio dissolvido e sua assinatura isotópica na água do mar são indicadores excelentes da origem das massas de água profunda”, explica o Dr. Marcus Gutjahr. “Em estudos anteriores, notamos que a assinatura de neodímio no profundo Atlântico Sul só alcançou sua composição moderna há cerca de 12.000 anos. No entanto, os sedimentos da última Idade do Gelo apresentavam valores que não são encontrados em nenhum lugar do Oceano Austral hoje. Inicialmente, pensamos que o método estava falho ou que havia algo errado com o núcleo de sedimento. Mas a pergunta verdadeira era: o que poderia gerar tal sinal? Uma assinatura isotópica tão exótica só pode se desenvolver quando a água profunda permanece praticamente imóvel por longos períodos. Nessas circunstâncias, os fluxos bentônicos – entradas químicas do fundo do mar – dominam a impressão isotópica nos sedimentos marinhos.”

Águas profundas estagnadas, armazenamento de carbono e a última Idade do Gelo

Durante a última Idade do Gelo, a água profunda fria e muito densa que atualmente se forma ao redor da Antártica não se espalhou tão amplamente quanto hoje. Em vez disso, grande parte do Oceano Austral profundo era preenchida com águas ricas em carbono que se originavam do Pacífico, um precursor glacial da atual Água Profunda Circumpolar (CDW). No estudo, a CDW é considerada rica em carbono porque circula no oceano profundo por longos períodos com contato limitado com a superfície. Esse isolamento permitiu que grandes quantidades de carbono dissolvido permanecessem retidas no fundo do oceano, ajudando a manter os níveis de CO2 atmosférico relativamente baixos.

À medida que a Terra aquecia e as camadas de gelo recuavam entre aproximadamente 18.000 e 10.000 anos atrás, o volume das Águas Profundas da Antártica aumentou em duas fases claras. Essas fases de expansão coincidiram com eventos de aquecimento conhecidos na Antártica. Com mais mistura vertical no Oceano Austral, as águas profundas que armazenaram carbono por longos períodos foram trazidas mais perto da superfície, permitindo que esse carbono escapasse para a atmosfera.

“A expansão da AABW está relacionada a vários processos”, explica Gutjahr. “O aquecimento ao redor da Antártica reduziu a cobertura de gelo marinho, resultando em mais água derretida entrando no Oceano Austral. As Águas Profundas da Antártica formadas durante esse período climático de transição tinham uma densidade menor devido à salinidade reduzida. Essa AABW tardia era capaz de se espalhar mais amplamente pelo Oceano Austral, desestabilizando a estrutura existente das massas de água e aumentando as trocas entre as águas profundas e superficiais.”

Anteriormente, muitos cientistas presumiam que as mudanças no Atlântico Norte, particularmente a formação da Água Profunda do Atlântico Norte (NADW), eram os principais motores das mudanças na circulação das águas profundas no Atlântico Sul. Os novos resultados sugerem que essa influência do norte foi mais restrita do que se pensava anteriormente. Em vez disso, a substituição de uma massa de água profunda glacial, rica em carbono, pela nova Água Profunda da Antártica parece ter sido crucial para o aumento do CO2 atmosférico no final da última Idade do Gelo.

Calor do Oceano Austral, perda de gelo da Antártica e o clima atual

“As comparações com o passado são sempre imperfeitas”, diz Gutjahr, “mas no final das contas, tudo se resume a quanta energia está no sistema. Se compreendermos como o oceano respondeu ao aquecimento no passado, poderemos entender melhor o que está acontecendo hoje, à medida que as plataformas de gelo da Antártica continuam a derreter.”

Devido ao seu tamanho vasto e à sua circulação única, o Oceano Austral desempenha um papel importante no controle do clima global. Nos últimos 50 anos, as águas abaixo de aproximadamente 1.000 metros ao redor da Antártica aqueceram significamente mais rápido do que a maioria dos outros oceanos do planeta. Para entender como esse rápido aquecimento das águas profundas afeta a capacidade do oceano de absorver e liberar dióxido de carbono, os cientistas devem monitorar mudanças físicas e biogeoquímicas ao longo de longos períodos e incorporá-las em modelos climáticos.

“Quero compreender corretamente o oceano moderno para interpretar sinais do passado”, diz Gutjahr. “Se conseguirmos rastrear como as Águas Profundas da Antártica mudaram ao longo dos últimos milhares de anos, poderemos avaliar com mais precisão quão rapidamente a Camada de Gelo Antártica pode continuar a perder massa no futuro.”

Os dados paleoclimáticos obtidos a partir de núcleos de sedimento são indispensáveis para isso, oferecendo insights sobre climas passados que eram mais quentes do que hoje e ajudando a melhorar as projeções de futuras mudanças climáticas.