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Carbon release from Chatham Rise pockmarks may have been climatically relevant during the last deglaciation

Este estudio utiliza un modelo hidromecánico 2D para demostrar que la liberación rápida de fluidos de los pockmarks de Chatham Rise durante la última deglaciación podría haber emitido aproximadamente 2 Petagramos de CO2 por año, una tasa significativamente mayor que la del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, lo que sugiere que tal liberación de carbono geológico fue un impulsor importante y previamente subestimado de las tendencias de CO2 atmosférico durante la deglaciación.

Autores originales: Katrina Magno, Jess Hillman, Ludovic Räss, Lowell Stott, Jenny Suckale

Publicado 2026-08-20

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CC BY 4.0

Autores originales: Katrina Magno, Jess Hillman, Ludovic Räss, Lowell Stott, Jenny Suckale

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

En lo profundo del fondo oceánico, vastos reservorios de carbono antiguo yacen atrapados dentro de capas de roca y sedimento. Durante décadas, los científicos han sabido que el clima de la Tierra está estrechamente vinculado a la cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera, pero los mecanismos precisos que mueven este carbono entre las profundidades de la Tierra y el aire han permanecido algo misteriosos. Una pregunta clave ha sido qué tan rápido y en qué cantidades este carbono geológico puede escapar a la superficie, particularmente durante los períodos en que el planeta se está calentando y las capas de hielo se están derritiendo. Cuando grandes cantidades de hielo se derriten, el peso que presiona hacia abajo en el fondo del océano cambia, y este cambio puede desencadenar la liberación de fluidos desde las profundidades de la tierra. Si estos fluidos transportan dióxido de carbono, podrían potencialmente acelerar el calentamiento global, creando un ciclo de retroalimentación donde el calentamiento conduce a una mayor liberación de carbono, lo que conduce a un mayor calentamiento. Comprender estos pulsos ocultos de gas es crucial para reconstruir el clima del pasado y predecir el comportamiento del sistema terrestre en el futuro.

Frente a la costa de Nueva Zelanda, una meseta submarina conocida como Chatham Rise alberga una pista masiva y silenciosa de este proceso. El lecho marino allí está picado por más de 45,000 depresiones similares a cráteres, formadas por la expulsión de fluidos desde abajo. Aunque cráteres similares en otras partes del mundo suelen estar vinculados a la liberación de gas metano del derretimiento del hielo, la Chatham Rise nunca estuvo cubierta por glaciares, y sus cráteres no contienen metano. En su lugar, la evidencia química sugiere que estos cráteres son respiraderos para dióxido de carbono antiguo que ha estado encerrado durante millones de años en rocas calizas en lo profundo de la corteza terrestre. La cronología de la aparición de estos cráteres apunta directamente a la última vez que el mundo estaba saliendo de una era de hielo, un período conocido como deglaciación. Esto plantea una posibilidad convincente: que el rápido aumento del nivel del mar durante ese tiempo actuó como un interruptor, desbloqueando reservorios de carbono profundo y bombeándolos hacia el océano y la atmósfera.

Para probar esta idea, un equipo de investigadores construyó una simulación computarizada del fondo oceánico debajo de la Chatham Rise. Se centraron en las gruesas capas de sedimento rico en arcilla que se asientan entre los reservorios de carbono profundo y el lecho marino. En tiempos normales, cuando los niveles del mar son estables, los fluidos se mueven lenta y uniformemente a través de estos sedimentos, como el agua empapando una esponja. Sin embargo, los investigadores modelaron lo que sucede cuando los niveles del mar aumentan rápidamente, como ocurrió durante el final de la última era de hielo. Su modelo mostró que este rápido incremento en el peso del agua empuja el sedimento de arcilla hacia un estado en el que no puede drenar lo suficientemente rápido. Esta presión se acumula y obliga al fluido a encontrar el camino de menor resistencia, rompiendo a través del sedimento en canales estrechos y poderosos en lugar de filtrarse suavemente. Estos canales eventualmente alcanzan la superficie, creando los cráteres vistos hoy en el lecho marino.

La simulación reveló que, una vez que estos canales se forman, transportan fluido a una tasa aproximadamente mil veces más rápida que la filtración lenta y constante que ocurre entre las eras de hielo. Al aplicar este modelo a los 476 pequeños cráteres que han sido mapeados en detalle, los investigadores estimaron el volumen de fluido que podría haberse liberado durante la primera ola de esta actividad. Calcularon que el volumen de fluido moviéndose a través de estas vías era de aproximadamente 1,800 kilómetros cúbicos por año. Para entender el impacto climático, el equipo luego convirtió este volumen de fluido en una masa de dióxido de carbono. Incluso utilizando las estimaciones más conservadoras —asumiendo que el fluido contenía solo una fracción minúscula de dióxido de carbono y que estaba en estado gaseoso—, el resultado fue asombroso. La tasa de liberación resultó ser de aproximadamente 2 petagramos de dióxido de carbono por año.

Este número es significativo cuando se coloca en el contexto de la historia de la Tierra. Los investigadores compararon su hallazgo con el inicio de un famoso evento de calentamiento antiguo llamado Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno, que causó extinciones masivas y picos de temperatura global. Su estimación sugiere que la liberación de carbono de las marcas de la Chatham Rise por sí sola fue aproximadamente cuatro veces más rápida que la tasa de liberación de carbono inferida para el inicio de aquel antiguo cataclismo. Aunque el estudio se centró en un subconjero específico de cráteres y utilizó una simulación en lugar de una medición directa, los resultados sugieren que la liberación de carbono geológico de campos como la Chatham Rise pudo haber sido un motor importante, aunque previamente pasado por alto, del cambio climático durante la última deglaciación. El estudio indica que el ciclo de carbono profundo de la Tierra es capaz de responder rápidamente a los cambios superficiales, entregando potencialmente pulsos masivos de gases de efecto invernadero que podrían haber ayudado a dar forma al clima del pasado.

Resumen Técnico: Liberación de Carbono de los Pockmarks del Chatham Rise

Planteamiento del Problema
Se hipotetiza que la rápida liberación de carbono geológico de los márgenes continentales durante las deglaciaciones del Pleistoceno Tardío ha contribuido a las tendencias de CO₂ atmosférico; sin embargo, la relevancia climática de eventos de liberación individuales aún no se ha cuantificado. Mientras que los campos de pockmarks en márgenes anteriormente glaciares (por ejemplo, el Mar de Barents, el Mar del Norte) están vinculados a la liberación de metano mediante la disociación de hidratos de gas impulsada por el retroceso de las capas de hielo, el Chatham Rise frente a Nueva Zelanda presenta un mecanismo distinto. Esta región, que nunca fue glaciada, alberga más de 45,000 pockmarks. La evidencia geoquímica indica que estas estructuras no son impulsadas por metano somero, sino por carbono antiguo y profundo proveniente de calizas mesozoicas subducidas de la Meseta de Hikurangi. El problema central abordado es si la transición de una filtración distribuida a una liberación de fluidos localizada a través de estas vías profundas, durante el aumento del nivel del mar por deglaciación, podría generar un flujo de CO₂ lo suficientemente significativo como para impactar el ciclo global del carbono.

Metodología
Los autores emplean un modelo hidromecánico 2D para simular el transporte de fluidos a través de una columna de sedimentos rica en arcilla. El modelo trata el subsuelo marino como una mezcla de dos fases incompresibles: fluido rico en carbono y roca sedimentaria, resolviendo ecuaciones de conservación de masa y momento promediadas por volumen.

Componentes metodológicos clave:

Comparación de Regímenes: El estudio contrasta un régimen cuasi-estacionario, totalmente drenado (que representa periodos interglaciares), con un régimen de desequilibrio, parcialmente no drenado, impulsado por una carga superficial rápida (aumento del nivel del mar).
Parametrización: Las propiedades de los sedimentos están restringidas por los datos de la Expedición IODP 372/375 del margen de Hikurangi, específicamente arcilla limosa con permeabilidades que oscilan entre $3.0 \times 10^{-17}$ y $6.0 \times 10^{-14} \text{ m}^2$ . El modelo utiliza una relación de permeabilidad dependiente de la porosidad ( $k_\phi = k_0 (\phi/\phi_0)^{n_k}$ ) y deformación poroviscosa para capturar la asimetría entre la compactación y la descompactación.
Configuración de la Simulación: Los autores prueban valores de permeabilidad inicial ( $k_0$ ) entre $5 \times 10^{-16}$ y $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ , seleccionando $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ como el que mejor se ajusta a los tamaños de pockmark observados. La simulación rastrea la emergencia de vías de fluidos localizadas (pockmarks) a medida que la matriz de sedimento transiciona hacia un estado no drenado.
Estimación de Flujo: El flujo de volumen de fluido se calcula identificando picos en el flujo vertical a lo largo del lecho marino, aproximándolos como superficies gaussianas 2D, e integrando el producto del área y el flujo pico. El análisis se centra en la "primera ola" de vías localizadas, definida como el intervalo desde el inicio de la localización hasta el primer mínimo local en el flujo vertical total.
Conversión de Carbono: Para estimar el flujo de masa de CO₂, los autores aplican límites conservadores: una fracción de volumen de CO₂ del 1–5% (basada en los límites de solubilidad en salmuera) y dos densidades de fase (gas y líquido) correspondientes a las profundidades de agua de los pockmarks (250–700 m).

Resultos Clave

Mecanismo de Localización: El modelo demuestra que el rápido aumento del nivel del mar impulsa la matriz de sedimento hacia un estado viscosamente deformado y parcialmente no drenado. Esto desencadena la localización del flujo, donde los flujos verticales dentro de las vías emergentes exceden el flujo de fondo distribuido del régimen cuasi-estacionario por aproximadamente tres órdenes de magnitud ( $\sim 10^3$ ).
Flujo de Volumen de Fluido: Para los 476 pockmarks pequeños mapeados (<1.45 km²) en el Chatham Rise, el flujo de volumen de fluido integrado durante la primera ola de liberación localizada se estima en aproximadamente $1.8 \times 10^3 \text{ km}^3/\text{año}$ .
Flujo de Masa de CO₂: Incluso bajo los supuestos más conservadores (1% de CO₂ por volumen en forma gaseosa), la tasa de liberación estimada es de aproximadamente 2 Petagramos (Pg) de CO₂/año.
Magnitud Comparativa: Esta estimación de límite inferior es aproximadamente un factor de cuatro mayor que la tasa de liberación de CO₂ mediana (0.6 Pg/año) inferida para el inicio del Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno (PETM).

Significancia y Reivindicaciones
El artículo argumenta que la liberación de carbono geológico de los campos de pockmarks puede ser un componente del ciclo del carbono deglaciar previamente subestimado. Los autores afirman que el mecanismo propuesto —aprovechar reservorios profundos de carbono geológico mediante sedimentos ricos en arcilla a través de una carga rápida— difiere fundamentalmente de los mecanismos de liberación de metano somero observados en márgenes glaciares.

La significancia de los hallazgos reside en la magnitud del flujo estimado. Los autores sostienen que una tasa de liberación de ~2 Pg CO₂/año, sostenida durante una ventana relativamente corta respecto a la respuesta del ciclo del carbono oceánico (décadas a siglos para las aguas intermedias del Pacífico Sur), es climáticamente relevante. Sugieren que pulsos similares de márgenes continentales ricos en arcilla en todo el mundo podrían contribuir a las variaciones de forma de "diente de sierra" registradas en los núcleos de hielo, aunque enfatizan que cuantificar esta contribución globalmente requiere evidencia específica de campo que actualmente falta. El estudio no pretende haber modelado directamente la termodinámica o la geoquímica, sino que proporciona un marco hidromecánico para estimar la escala potencial de tales eventos de liberación de carbono profundo.

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