O longo tempo de atraso sempre intrigou os cientistas: Porque é que a Antártida ficou coberta por enormes camadas de gelo há 34 milhões de anos, enquanto o Oceano Árctico adquiriu a sua calota de gelo apenas há cerca de 3 milhões de anos?

Desde o fim da era Cretácea, extremamente quente e dominada pelos dinossauros há 65 milhões de anos, os gases com efeito de estufa na atmosfera têm diminuído constantemente (com a excepção anómala do século passado), e o planeta como um todo tem arrefecido constantemente. Então por que os dois pólos não congelaram ao mesmo tempo?

A resposta ao paradoxo está na complexa interação entre os continentes, oceanos e atmosfera. Como peças de um puzzle, as placas tectônicas em movimento da Terra se rearranjaram na superfície do globo – mudando as configurações dos oceanos intervenientes, alterando a circulação oceânica e causando mudanças no clima.

O desenvolvimento das camadas de gelo no hemisfério sul há cerca de 34 milhões de anos parece bastante simples. O supercontinente de Gondwana quebrou-se, separando-se em subseções que se tornaram África, Índia, Austrália, América do Sul e Antártica. Passagens abertas entre esses novos continentes, permitindo que os oceanos fluam entre eles.

Quando a Antártica foi finalmente separada da ponta sul da América do Sul para criar a Passagem Drake, a Antártica tornou-se completamente cercada pelo Oceano Sul. A poderosa Corrente Circumpolar Antártica começou a varrer todo o continente, isolando efetivamente a Antártica da maior parte do calor dos oceanos globais e provocando resfriamento em larga escala.

O Hemisfério Norte é mais problemático. A partir de núcleos de sedimentos e outros dados, sabemos que até cerca de 5 milhões de anos atrás, as Américas do Norte e do Sul não estavam ligadas. Uma enorme lacuna – o mar da América Central – permitiu que águas tropicais fluissem entre os oceanos Atlântico e Pacífico.

Um conjunto crescente de evidências sugere que a formação do Istmo do Panamá dividiu os oceanos Atlântico e Pacífico e mudou fundamentalmente a circulação oceânica global. O fechamento da rota marítima da América Central inicialmente pode ter aquecido o clima da Terra, mas depois colocou o cenário para a glaciação no Hemisfério Norte em 2,7 milhões de anos atrás.

The Ocean Conveyor

Um elemento fundamental do sistema climático atual é um padrão de circulação oceânica tipo esteira que distribui grandes quantidades de calor e umidade ao redor do nosso planeta. Esta circulação global é impulsionada pelo afundamento de águas frias, salgadas e, portanto, oceânicas densas.

No oceano de hoje, as águas quentes e salgadas das Caraíbas, do Golfo do México e do Atlântico equatorial correm para norte na Corrente do Golfo. À medida que a água quente chega às altas latitudes do Atlântico Norte, ela despende calor e umidade para a atmosfera, deixando água fria, salgada e densa que se afunda no fundo do oceano. Esta água flui em profundidade, para sul e sob a corrente do Golfo, para o Oceano Sul, depois através dos Oceanos Índico e Pacífico. Eventualmente, a água mistura-se com água mais quente e volta ao Atlântico para completar a circulação.

O principal motor desta circulação global, muitas vezes chamada de Ocean Conveyor, é a diferença no conteúdo de sal entre os oceanos Atlântico e Pacífico. Antes do Istmo do Panamá existir, as águas superficiais do Pacífico fluíam para o Atlântico. Suas águas se misturavam, equilibrando aproximadamente a salinidade dos dois oceanos.

A cerca de 5 milhões de anos atrás, as placas da América do Norte, América do Sul e Caribe começaram a convergir. O aumento gradual do mar da América Central começou a restringir a troca de água entre o Pacífico e o Atlântico, e suas salinidades divergiram.

Evaporização no Atlântico tropical e no Caribe deixou as águas do oceano mais salgadas e colocou vapor de água doce na atmosfera. Os ventos alísios transportaram o vapor de água do leste para o oeste através do Istmo inferior do Panamá e depositaram água doce no Pacífico através das chuvas. Como resultado, o Pacífico tornou-se relativamente mais fresco, enquanto a salinidade aumentou lenta e constantemente no Atlântico.

Como resultado do fechamento do mar, a Corrente do Golfo intensificou-se. Ela transportou mais massas de água quente e salgada para as altas latitudes do norte, onde os ventos árticos os esfriaram até se tornarem densos o suficiente para se afundarem no fundo do oceano. O Ocean Conveyor estava rolando, desenhando ainda mais águas da Corrente do Golfo para o norte.

Revivendo a Corrente do Golfo

Como isso faz gelo no Norte?

Peter Weyl hypothesized in 1968 that the closure of the Central American Seaway and the intensification of the Gulf Stream would have brought a critical ingredient for ice sheet growth to the Northern Hemisphere-moisture. A teoria de Weyl assumiu que o fechamento da Via Marítima Centro-Americana e a acumulação de sal no Atlântico coincidiram com o crescimento das camadas de gelo do norte entre 3,1 e 2,7 milhões de anos atrás.

Mas dúvidas sobre esta hipótese surgiram em 1982, quando Lloyd Keigwin encontrou evidências em sedimentos oceânicos de que o fechamento do Istmo do Panamá tinha influenciado a circulação oceânica mais de um milhão de anos antes. Ele demonstrou que o contraste de salinidade entre o Atlântico e o Pacífico já tinha começado a se desenvolver há 4,2 milhões de anos.

Em 1998, Gerald Haug e Ralf Tiedemann confirmaram a pesquisa de Keigwin com dados de maior resolução dos núcleos sedimentares. Se a salinidade já tinha mudado em 4,2 milhões de anos atrás, por que a glaciação não começou até 2,7 milhões de anos atrás? Pelo contrário, a Terra experimentou um período quente entre 4,5 milhões e 2,7 milhões de anos atrás.

Esse período quente global, chamado Período Quente do Meio-Plioceno, também pode ter sido relacionado com o fechamento do Mar da América Central e o conseqüente rearranjo da circulação oceânica global. Um Transportador Oceânico revigorado poderia ter impulsionado um fluxo mais forte de águas profundas do Atlântico para o Oceano Pacífico Norte, que é o fim da linha de circulação oceânica profunda.

Na sua jornada para o Pacífico Norte, essas águas profundas se tornaram enriquecidas em nutrientes e dióxido de carbono. No Pacífico Subárctico, estas águas profundas poderiam ter subido, subindo até a superfície iluminada pelo sol para fornecer os ingredientes para desencadear enormes florescimentos de fitoplâncton. Grandes abundâncias de sílica e opala (o material preservado das conchas do fitoplâncton) nos sedimentos do fundo do mar são evidências de ambas as florescências e do forte afloramento.

O afloramento pode ter sido tão forte, no entanto, que o fitoplâncton não acompanhou o afloramento – ou seja, mais dióxido de carbono aflorou do que foi usado pelo fitoplâncton. Consequentemente, o excesso de dióxido de carbono “vazou” de volta para a atmosfera, adicionando um gás de efeito estufa que aqueceu o planeta.

circuitando o Transportador

O que desligou o Período Quente do Meio-Plioceno cerca de 2,7 milhões de anos atrás? E o que finalmente causou a glaciação do Hemisfério Norte mais ou menos na mesma época, mas quase 2 milhões de anos após a formação do Istmo do Panamá?

A teoria original da Corrente do Golfo de Weyl, mais forte e carregada de umidade, levantou outra questão de nettlesome: Como poderia a Corrente do Golfo – que transporta não só humidade, mas também calor para o Atlântico Norte – levar ao arrefecimento do Hemisfério Norte e à formação de gelo?

Neal Driscoll e Gerald Haug propuseram uma solução. Eles postularam que a umidade transportada para o norte pela corrente do Golfo era transportada pelos ventos predominantes de oeste para a Eurásia. Ela caiu como chuva ou neve, eventualmente depositando mais água doce no Oceano Ártico – quer diretamente, quer através dos grandes rios siberianos que se esvaziam no Oceano Ártico.

A água doce adicionada teria facilitado a formação de gelo marinho, que refletiria a luz do sol e o calor de volta ao espaço. Também funcionaria como uma barreira bloqueando a fuga do calor armazenado no oceano para a atmosfera acima do Ártico. Ambos estes fenómenos arrefeceriam ainda mais as altas latitudes. Além disso, as águas do Ártico fluindo de volta ao Atlântico Norte teriam se tornado menos frias e salgadas -circuitando a eficiência da correia transportadora Oceânica como uma bomba de calor global para as regiões do Atlântico Norte.

A inclinação em direção à glaciação

Estas condições prévias – umidade mais um núcleo ártico para resfriamento – teriam tornado o sistema climático altamente suscetível ao crescimento da camada de gelo. Mesmo mudanças modestas no ambiente global teriam sido suficientes para inclinar as escalas e levar ao início da maior glaciação do hemisfério norte.

Só tal mudança ocorreu entre 3,1 e 2,5 milhões de anos atrás, já que o eixo da Terra flutuou de forma que a inclinação do planeta em direção ao sol era menor do que o ângulo atual de 23,45 graus. Uma menor inclinação para a Terra teria reduzido a quantidade e intensidade da radiação solar que atinge o Hemisfério Norte, levando a verões mais frios e menos derretimento das neves de inverno.

O início da glaciação do Hemisfério Norte também afetou o Pacífico Subárctico. Isso levou à formação, há cerca de 2,7 milhões de anos, de uma tampa de água doce na superfície do oceano, chamada de haloclina. Esta haloclina ártica teria criado uma barreira para o afloramento, que bloqueou a subida à superfície de águas profundas ricas em dióxido de carbono. O “vazamento” de dióxido de carbono para a atmosfera, que retém o calor, foi intensificado, resfriando ainda mais o planeta.

Muitos outros mecanismos de feedback oceano-atmosfera, resultantes da abertura e fechamento de portões oceânicos, permanecem imperfeitamente compreendidos. E os cientistas também estão explorando as ramificações de outros portais oceânicos.

Mark Cane e Peter Molnar, por exemplo, sugeriram que a elevação e o movimento das ilhas indonésias entre 5 e 3 milhões de anos atrás teria fundamentalmente redirecionado menos água quente do Pacífico Sul e mais fria do Pacífico Norte através do mar indonésio. A consequência pode ter sido que o Pacífico mudou de condições mais permanentes do tipo El Niño- (que deslocam o calor dos trópicos para altas latitudes) para um estado mais parecido com La Niña- (que teria reduzido a transferência de calor e esfriado o Hemisfério Norte).

As lições destas vastas mudanças geológicas e geográficas são ambas elegantemente simples e excruciantemente complexas. A abertura e o fechamento do mar tem uma profunda influência na distribuição de água doce, nutrientes e energia no oceano global. O acoplamento destes oceanos em mudança com uma atmosfera em mudança significa inevitavelmente um clima em mudança.