Usando carbono-14
El carbono 14 o radiocarbono, un isótopo radiactivo producido en la atmósfera superior por los rayos cósmicos, se incorpora rápidamente al ciclo del carbono terrestre y proporciona una forma de calcular la edad de los materiales que contienen carbono de hasta 55.000 años. Heaton y col. revisan el progreso reciente que ha permitido la construcción de mejores curvas de calibración de la edad del radiocarbono y discuten los nuevos conocimientos sobre los procesos climáticos, el Sol, la geodínamo de la Tierra y el ciclo del carbono que han surgido de estos esfuerzos. —HJS.
Resumen estructurado
Antecedentes
Se ha reconocido desde hace mucho tiempo que el radiocarbono (14C) proporciona un método de datación esencial que abarca los últimos 55.000 años. Sin embargo, el papel adicional del 14 C como trazador de diagnóstico en toda la Tierra y el sistema climático es a menudo menos apreciado. El radiocarbono es formado por partículas cósmicas y luego se dispersa en múltiples compartimentos del sistema terrestre. En consecuencia, el conocimiento preciso de los últimos niveles de 14 C permite directamente nuevos descubrimientos y proporciona conexiones a través de amplias áreas de investigación. Presentamos los avances recientes en el conocimiento del 14C pasado y los conocimientos resultantes que mejoran nuestra comprensión de los procesos climáticos, la actividad solar, la geofísica y el ciclo del carbono. Medidas que proporcionan una resolución mejorada en las variaciones de14C nos permite aprender más sobre cómo operan e interactúan estos componentes del sistema.
Avances
Los últimos años han visto una revolución en nuestra capacidad para reconstruir registros detallados de 14C.
Los avances incluyen una explosión en las mediciones de muestras de un solo año gracias a la instrumentación de espectrometría de masas con acelerador (AMS); nuevos detalles de los niveles del 14C anteriores al Holoceno mediante el uso de espeleotemas, macrofósiles de lagos y árboles subfósiles; y modelado mejorado de las edades de los yacimientos de radiocarbono marino para incorporar cambios en el ciclo del carbono. Combinados con métodos estadísticos avanzados, estos desarrollos han permitido al grupo de trabajo de IntCal estimar los niveles de 14C con una precisión sin precedentes para los hemisferios norte y sur, así como la superficie del océano, hasta el límite de la técnica, unos 55.000 años.
Junto con esto, los estudios interdisciplinarios han proporcionado un nuevo marco en el que utilizar estimaciones tan completas de 14C. Desde la perspectiva del clima, el 14C proporciona no solo una cronología en la que ubicar y comparar diversos registros paleoclimáticos, sino también restricciones sobre forzamientos climáticos clave, como variaciones solares y cambios en el ciclo del carbono.
La producción de radiocarbono está modulada por las propiedades magnéticas del viento solar, lo que lleva a una menor producción durante las fases de alta actividad solar y hace que el 14C atmosférico sea un espejo de la actividad solar. Por el contrario, recientemente se han identificado breves máximos de producción de 14C y se han atribuido a estallidos de partículas energéticas solares a corto plazo. Las comparaciones del 14C con otros isótopos cosmogénicos, como el 10Be y el 36Cl en los núcleos de hielo polar, permiten un progreso sustancial en la documentación del comportamiento pasado del Sol, que los astrónomos no entendían anteriormente. Estos descubrimientos astrofísicos recientes son importantes más allá de la academia porque los rápidos fenómenos meteorológicos solares y espaciales podrían dañar gravemente la tecnología actual.
El radiocarbono también permite conocer el campo magnético de la Tierra, desde la casi inversión de la excursión geomagnética de Laschamps hasta perturbaciones más pequeñas, incluida la caída durante los últimos siglos. Una vez más, la comparación con otros isótopos cosmogénicos proporciona inferencias clave sobre las variaciones paleomagnéticas, que aún son difíciles de simular con modelos de la geodínamo.
Por último, el 14C ofrece una mayor comprensión del ciclo del carbono y sus reacciones y respuestas al cambio climático. El radiocarbono permite la identificación de flujos de CO2 , como la liberación de carbono del permafrost. También permite conocer el papel del océano en el cambio climático a través de la estimación de cambios en el tiempo de residencia del carbono dentro de él y cambios en la circulación de vuelco meridional durante eventos climáticos abruptos.
Panorama
Aprovechar todo el potencial del 14C implica abordar algunos desafíos clave. Las reconstrucciones actuales de los niveles ambientales de 14C más allá de los 14.000 años más recientes se basan en una síntesis de mediciones, la mayoría de las cuales solo registran indirectamente los niveles atmosféricos. Continúa la búsqueda de una reconstrucción completamente atmosférica que se remonte a 55.000 años con suficiente resolución. Tal desarrollo mejoraría en gran medida nuestra capacidad para probar y validar de forma independiente los modelos climáticos y del ciclo del carbono.
Además, mientras que muchos períodos del registro ahora se resuelven anualmente, en otros períodos la resolución temporal es mucho más burda. Un registro atmosférico anual continuo de 14C permitiría examinar las tendencias a largo plazo de la actividad solar y proporcionaría información sobre la naturaleza y la frecuencia de los fenómenos meteorológicos espaciales de corta duración.
Además, las mejoras que acompañan a nuestros registros de otros nucleidos cosmogénicos y reconstrucciones paleomagnéticas, en combinación con los avances en el modelado, permitirán la identificación de retroalimentaciones clave dentro de nuestro sistema terrestre y climático. Esto aclarará las cadenas causales y permitirá probar hipótesis clave, lo que resultará en mejores predicciones del cambio climático.
El ‘abstract’ del paper:
El radiocarbono (14C), como consecuencia de su producción en la atmósfera y su posterior dispersión a través del ciclo del carbono, es un trazador clave para el estudio del sistema terrestre. El conocimiento de los niveles de 14C anteriores mejora nuestra comprensión de los procesos climáticos, el Sol, la geodínamo y el ciclo del carbono. Las curvas de calibración de radiocarbono recientemente actualizadas (IntCal20, SHCal20 y Marine20) proporcionan una precisión sin precedentes en nuestras estimaciones de niveles de 14C hasta el límite de la Técnica de 14C (~ 55.000 años). Estos detalles mejorados crean nuevas oportunidades para sondear la Tierra y el sistema climático de manera más confiable y a una escala más fina. Resumimos los avances que han respaldado este conjunto revisado de curvas de calibración de radiocarbono, examinamos el panorama científico amplio donde los detalles adicionales sobre el 14C pasado brindan información e identificamos desafíos abiertos para el futuro.
Fuente: Science.
Artículo original: REVIEW_: Radiocarbon: A key tracer for studying Earth’s dynamo, climate system, carbon cycle, and Sun. T. J. Heaton E. Bard et al. 5 Nov 2021•Vol 374, Issue 6568•DOI: 10.1126/science.abd7096.
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