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Geologia

Guardianes del tiempo

Cavernas revelan cómo era el clima en el Hemisferio Sur hace 100 mil años

Ivo Karmann ingresó a la carrera de geología de la Universidad de São Paulo (USP) en 1977, para estudiar en profundidad las cavernas, lugares que le encantaba explotar desde sus tiempos de muchacho. Pero en aquella época las cavernas aún eran vistas únicamente como una alternativa para el turismo de aventura – y en Brasil, poco interesaban desde punto de vista geológico. Karmann insistió, logró la atención de unos raros docentes, que se dispusieron a dirigir sus investigaciones, se convirtió él mismo también en docente de la USP, formó un equipo y, casi 30 años después, comprobó que las cavernas constituyen el refugio de una formidable materia prima para la geología, capaz de registrar los cambios en el clima y en la vegetación en el transcurso de miles de años.

Luego de asociar una serie de datos recabados dentro y fuera de una caverna de Santa Catarina y otra de São Paulo, Karmann y su grupo de alumnos, casi todos caverneros, como también se los llama, concluyeron que en el transcurso de los últimos 116 mil años ha habido una intensa variación en el régimen de lluvias de las regiones sur y sudeste de Brasil: los aguaceros del pasado o, en la situación inversa, la mayor escasez de lluvia, se deben principalmente a la mayor o menor intensidad de la radiación solar – la insolación –, que varía de acuerdo con la inclinación del eje de rotación de la Tierra, en ciclos de alrededor de 23 mil años. Dependiendo de la inclinación del eje de la Tierra, puede haber más sombra en el Hemisferio Norte y mayor cobertura solar en el Hemisferio Sur – o al contrario.

Estos descubrimientos sobre el comportamiento del clima en el pasado ayudan a refinar los modelos de simulación climática, que suministrarán pronósticos más confiables a medida que vayan reflejando el pasado con más precisión. “La insolación de verano ha venido aumentando en los últimos 4 mil años en la región sur, y lleva a que los veranos en la costa de Santa Catarina se vuelvan gradualmente más lluviosos”, dice Francisco William da Cruz Jr., ex alumno de maestría y doctorado de Karmann, y el primer autor de un estudio publicado en marzo en Nature con estos hallazgos. “Es una tendencia natural que se mantendría durante los próximos mil años, eso sin considerar las intervenciones humanas sobre el clima.”

La mayor insolación, tal como ese grupo de la USP verificó, intensifica la circulación de los vientos húmedos que llegan desde el Atlántico, al este, y alimentan a la Selva Amazónica. Estos vientos, denominados alisios, circulan en la baja atmósfera, cerca de la superficie, se desvían hacia el sur al entrar en la Amazonia y traen la humedad hacia regiones sudeste y sur de Brasil. Llegan también al norte de Argentina y Paraguay, favoreciendo así la formación de nubes y lluvia. En tiempos de menor insolación, los alisios se aquietan y la humedad que origina la lluvia en las regiones sur y sudeste proviene principalmente del Atlántico Sur.

La selva y el semiárido
El desplazamiento de la humedad desde las proximidades del ecuador hizo llover más también en el semiárido del nordeste de Brasil. “En el nordeste los cambios climáticos y ambientales fueron extremos”, dice Augusto Auler, geólogo del Instituto de Geociencias de la Universidad Federal de Minas Gerais (UFMG), coautor de un artículo sobre el antiguo clima del nordeste, publicado en diciembre en la revista Nature, y primer autor de otro, publicado también a fin de año en el Journal of Quaternary Science. Estos trabajos demuestran que la llamada Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), una región de la atmósfera cargada de humedad que se desplaza en sentido norte-sur sobre el océano, cerca del ecuador, ya ha estado más al sur – más cerca del nordeste brasileño – y trajo el agua que nutrió a una selva tropical. Después, cuando la ZCIT se contenía al norte, sin aproximarse tanto al continente, volvía a imperar un paisaje semejante al actual. Estudios de otros grupos ya habían relevado los restos de antiguos bosques húmedos en el nordeste, pero faltaba demostrar exactamente en qué épocas del pasado el semiárido se había convertido en una selva.

La última vez que hubo por allí un bosque alto, verde y exuberante, vasto a punto tal de probablemente unir la Amazonia con el Boque Atlántico, fue hace alrededor de 15 mil años. Pero antes, en el interior del nordeste, ya habían reinado la sequía y la vegetación dispersa, semejante a la actual. La selva, alimentada por los vientos húmedos, se expandió durante breves períodos de pocos miles de años – hace cerca de 39 mil, 48 mil y 60 mil años, por mencionar solamente a los intervalos más cercanos – que corresponden a las fases de lluvias más intensas y constantes. El período más largo en que una selva semidecidua – que pierde las hojas durante algunos meses del año – pobló la tierra hoy en día seca del nordeste duró casi 5 mil años, de 68 mil a 63 mil atrás, de acuerdo con los estudios realizados por Auler, juntamente con investigadores de las universidades de Minnesota, Estados Unidos, de Bristol, Inglaterra, y de Taiwán, China. En Brasil, contó con la colaboración de la bióloga Patrícia Cristalli, de la Universidad de Mogi das Cruzes y de la USP.

Este equipo recorrió el interior y los alrededores de dos cavernas del interior de Bahía: Toca da Barriguda y Toca da Boa Vista, ésta última, la mayor del Hemisferio Sur, con sus 108 kilómetros de extensión. Auler y su equipo recogieron y analizaron las estalagmitas de las cavernas, al igual que el grupo de la USP, pero fueron más allá y estudiaron también fósiles de hojas ubicados en depósitos de calcita – un mineral compuesto de carbonato de calcio –, acumulados a cielo abierto. Así, fue posible reconstituir, al margen de las formaciones vegetales de hace hasta 210 mil años atrás, los animales que vivían por allí. No faltaban los ejemplares de gran porte, tales como los perezosos y los armadillos gigantes. Había también un mono, el Caipora bambuiorum, de alrededor de 40 kilogramos y el doble del tamaño del mayor mono brasileño: el mono araña muriquí. El equipo de la UFMG que lo describió en un artículo publicado en 1996 en Proceedings of the National Academy of Science, sabía que se trataba de un animal arbóreo, pero no tenía idea de cuándo podría haber vivido. Ahora se puede afirmar que el Caipora bambuiorum vivió probablemente hace 15 mil años, en medio de la selva que posteriormente le cedería su lugar al corredor seco de casi 3 mil kilómetros de extensión que separa a la Selva Amazónica del Bosque Atlántico.

En conjunto, ambos grupos de investigación le asignan una dimensión continental al estudio de los paleoclimas en Brasil, demostrando que las lluvias intensas que cayeron – y caen todavía – en las zonas sur y sudeste, pueden originarse en la humedad de la cuenca amazónica, transportada a través de miles de kilómetros. También sugieren que la reducción de la humedad en la Selva Amazónica, actualmente causada por la deforestación, puede alterar el régimen de lluvias en la región sur. Fue lo que sucedió este año, tal como recuerda Pedro Leite da Silva Dias, del Instituto de Astronomía, Geofísica y Ciencias Atmosféricas (IAG) de la USP, quien participó en el trabajo llevado adelante por Karmann y Cruz, con investigadores de la Universidad de Massachusetts y del Centro de Geocronología de Berkeley, ambos de Estados Unidos, y del Instituto Geológico de São Paulo. Este verano, los vientos húmedos de la Amazonia no se desplazaron tanto hacia el sur del ecuador. Llegaron únicamente hasta Minas Gerais y Bahía, ocasionando lluvias intensas. Río Grande do Sul, sin la humedad que normalmente llega desde la Amazonia, padeció una sequía.

Quedó en evidencia también la versatilidad de uno de los métodos empleados para arribar a estas conclusiones: el análisis de la proporción entre los isótopos 18O y 16O, que corresponden a las formas más pesada y más liviana del oxígeno, en los minerales que componen las estalagmitas – las columnas de calcita que crecen desde el piso en dirección al techo de las cavernas. La razón de ello es que la proporción entre ambas formas de oxígeno en las estalagmitas depende principalmente de la composición del agua de lluvia y puede reflejar los cambios atmosféricos de hasta 500 mil años atrás, tal como los investigadores da USP refrendaron en un artículo que aceptó Chemical Geology para su publicación. La bióloga Marie-Pierre Ledru, experta en pólenes de la Universidad de Montpellier II, Francia, empleó las informaciones obtenidas por el equipo de la USP en la caverna de Santana para completar aquéllas que ella misma obtuvo analizando pólenes, cuyo método de datación puede llegar de máxima a 40 mil años atrás. Su objetivo era datar y recomponer la antigua vegetación de Colônia, una depresión circular de casi 4 kilómetros de diámetro ubicada en el extremo sur de la ciudad de São Paulo, producto posiblemente del impacto de un meteorito o de un fragmento de cometa. Los resultados del estudio de Marie-Pierre, juntamente con el equipo de la USP, publicados este mes en la revista Quaternary Research, indican que los períodos de expansión de las selvas en dicha área que se asemeja a un cráter de un volcán coinciden aproximadamente con las variaciones en la circulación atmosférica de los últimos 110 mil años.

Cuando la teoría no es suficiente
Pero hubo muchas piedras en el camino de estos descubrimientos, que llevaron a relacionar la proporción entre los isótopos de oxígeno en las estalagmitas en el transcurso de miles de años con los cambios en la circulación atmosférica global. Karmann, Cruz y Oduvaldo Viana Jr., estudiante de maestría de Karmann, en 1999 empezaron a visitar una vez por mes las cavernas de Santana, en la zona de Vale do Ribeira, sudeste del estado de São Paulo, y de Botuverá, al este de Santa Catarina. No iban únicamente como apreciadores de cavernas, sino como investigadores, equipados para recoger el agua que gotea desde el techo y que, con el correr del tiempo, forma las estalagmitas. Trajeron también muestras de las propias estalagmitas para su posterior análisis en laboratorio.

Al cabo de dos años de trabajo, el equipo integrado también por el geógrafo José Ferrari, del Instituto Geológico de São Paulo, había descubierto la edad de de dos estalagmitas. Una de ellas tenía 1,6 metros de longitud y había sido retirada de un punto ubicado a 300 metros debajo de la superficie y a 1.500 metros de la entrada de la caverna de Santana, al cual se llega recorriendo un río subterráneo. La otra, de 70 centímetros, fue hallada a 110 metros de profundidad y a 300 metros de la boca de la caverna de Botuverá. Cruz y Warren Sharp, del Centro de Geocronología de Berkeley (BGC), Estados Unidos, hicieron la datación de las estalagmitas y arribaron a la conclusión de que ambas tenían entre 111 y 116 mil años. Era un excelente comienzo, ya que se trataba probablemente de los registros más antiguos obtenidos desde el final del último período de glaciación en América del Sur, cuando las masas de hielo en los polos Norte y Sur se expandieron y la línea de la costa cedió, como si la marea bajara bastante – alrededor de 100 metros en promedio.

Una vez hecha la datación de las estalagmitas, el grupo de la USP comenzó a preparar un gráfico sobre la variación en el transcurso del tiempo, de la proporción entre ambas formas de oxígeno acumuladas al lo largo del eje de crecimiento de las estalagmitas. En las regiones tropicales del planeta la variación entre ellas suele indicar las épocas en que llovió más o menos, porque la forma más pesada, 18O, se pierde con las primeras lluvias, dejando al agua cada vez con más 16O. La curva de la proporción entre ambas formas de oxígeno seguía la variación de la insolación, pero la única teoría entonces a mano – según la cual la proporción entre 18O y 16O debería responder directamente al volumen de lluvia – no explicaba los resultados.

“Quedamos al oscuro”, comenta Karmann, recordando en cuántas ocasiones, estando en las cavernas, de repente se terminaba la carga de carburo que generaba la luz necesaria para iluminar el camino. Pensaron que podría haber más de un origen para el agua de lluvia – el problema es que no tenían cómo probarlo. Pero estaban en lo cierto. “El mayor mérito de este trabajo es precisamente mostrar que la humedad del sur y el sudeste puede tener orígenes bastante diferentes”, comenta Pedro Dias, docente del IAG de la USP a quien los geólogos pidieron ayuda luego de sufrir un año en silencio. Y era algo relativamente sencillo. De acuerdo con Dias y su equipo del IAG, las intensas lluvias del pasado – y las de hoy en día también – en las regiones sur y sudeste, son el resultado de la humedad que llega desde la Amazonia o desde el Atlántico Sur. Atizados por la insolación, los vientos alisios provenientes de la Amazonia ayudan a densificar con más humedad la región de la atmósfera conocida como Zona de Convergencia del Atlántico Sur (ZCAS o SACZ, por su sigla en inglés). Alimentada también por la humedad que recibe del propio océano al sur del ecuador, la ZCAS es un vasto conjunto de nubes, a veces de hasta 5 mil kilómetros de extensión, orientado en el sentido noroeste-sudeste, que cruza la costa brasileña entre los 18 y los 25 grados de latitud sur.

Cuando la insolación es mayor, hay más calor y más humedad de los trópicos. La ZCAS se intensifica y se desplaza más en dirección hacia el sur, y hace llover más en esa región. Entonces predomina la forma más liviana de oxígeno, el 16O – la más pesada ha quedado atrás con la lluvia que cayó en el camino. En la situación inversa, cuando la insolación es menor en el Hemisferio Sur (y mayor en el Hemisferio Norte), disminuyen el calor y los vientos alisios – y casi no llega humedad desde la Amazonia. “Cuando llueve menos en el verano”, comenta Andréa Cardoso, del equipo del IAG, “la ZCAS se debilita o permanece situada más al norte”. La humedad que llega a las regiones sur y sudeste proviene entonces de una fuente más cercana: el Atlántico Sur. Esa humedad, traída por los vientos que soplan desde el océano hacia el continente y por las masas de aire polares, resulta en un clima más seco que el observado en los inviernos actuales en la región sur. Entonces predomina el oxígeno más pesado, 18O, que no tuvo tiempo de precipitar, ya que la distancia hasta el continente es relativamente corta.

Islas de verde
Ese vaivén del aire húmedo desde la atmósfera hacia el sur del ecuador explica también cómo crecieron las selvas húmedas en el territorio actualmente ocupado por la zona conocida en Brasil como Caatinga, de acuerdo con los estudios coordinados por Auler. En el semiárido del nordeste la intensificación de la humedad promueve la expansión de los bosques que habitan los terrenos más altos y las selvas de la Sabana, un ambiente acostumbrado a las variaciones climáticas intensas. Cuando la humedad se va, el suelo se seca y la selva se retrae. Actualmente existen todavía algunas islas de vegetación verde y densa – conocidas en Brasil como brejos – en medio a la tórrida Caatinga. Crecen al pie de sierras, como en Borborema, Araripe e Ibiapaba, en altitudes que varían de 500 a 1.000 metros, favorecidas por el clima actual.

“Estos trabajos me abrieron los ojos con relación al valor de las informaciones recabadas en las cavernas”, reconoce Pedro Dias, un matemático de formación que se aboca al estudio del clima desde hace tres décadas – estuvo pocas veces en las avernas y, según dice, no le gustaron mucho. Ciertamente saldrán más cosas aún. Meses atrás, mientras Franscisco Cruz analizaba las estalagmitas de otras cavernas de Brasil en la Universidad de Massachusetts, en Amherst, una ciudad cercana a Nueva York, Ivo Karmann traspiraba la camiseta en el laboratorio, trabajando con una estalagmita de un metro y medio de longitud. “Creo que ésta llegará a los 150 mil años”, comentó al aprestarse a aserrar, abrir y perforar otra rodaja de la columna de roca extraída de la caverna de Santana, que aún no ha sido estudiada tanto como la de Santa Catarina.

Los proyectos

Registros paleoambientales del Cuaternario en sistemas cársticos
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación
Coordinador
Ivo Karmann – IG/ USP
Inversión
R$ 103.316,08 (FAPESP)

El Cuaternario tardío en áreas continentales
Modalidad
Beca de Posdoctorado
Coordinador
Augusto Auler – IGC/ UFMG
Inversión
R$ 45.000,00 (CNPq)

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