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

Este estudo utiliza um modelo hidromecânico 2D para demonstrar que a liberação rápida de fluidos das marcas de pockmark de Chatham Rise durante a última deglaciação poderia ter emitido aproximadamente 2 Petagramas de CO2 por ano, uma taxa significativamente superior à do Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, sugerindo que tal liberação de carbono geológico foi um importante e anteriormente subestimado motor das tendências de CO2 atmosférico deglacial.

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

Publicado 2026-08-20

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CC BY 4.0

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

Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta é uma explicação gerada por IA do artigo abaixo. Não foi escrita nem endossada pelos autores. Para precisão técnica, consulte o artigo original. Ler aviso legal completo

Profundamente abaixo do leito oceânico, vastos reservatórios de carbono antigo jazem aprisionados em camadas de rocha e sedimento. Por décadas, os cientistas sabem que o clima da Terra está intimamente ligado à quantidade de dióxido de carbono na atmosfera, mas os mecanismos precisos que movem esse carbono entre o interior profundo da Terra e o ar permaneceram um tanto misteriosos. Uma questão fundamental tem sido a rapidez e a quantidade com que esse carbono geológico pode escapar para a superfície, particularmente durante períodos em que o planeta está aquecendo e as calotas polares estão derretendo. Quando massas imensas de gelo derretem, o peso que pressiona o fundo do oceano muda, e essa mudança pode desencadear a liberação de fluidos das profundezas subterrâneas. Se esses fluidos carregarem dióxido de carbono, eles poderiam potencialmente acelerar o aquecimento global, criando um ciclo de retroalimentação onde o aquecimento leva a mais liberação de carbono, o que leva a mais aquecimento. Compreender esses pulsos ocultos de gás é crucial para reconstruir o clima do passado e prever o comportamento do sistema terrestre no futuro.

Ao largo da costa da Nova Zelândia, um planalto submarino conhecido como Chatham Rise guarda uma pista silenciosa e massiva sobre esse processo. O leito marinho ali é marcado por mais de 45.000 depressões semelhantes a crateras, formadas pela expulsão de fluidos vindos de baixo. Embora crateras semelhantes em outras partes do mundo sejam frequentemente ligadas à liberação de gás metano proveniente do derretimento do gelo, o Chatham Rise nunca foi coberto por geleiras, e suas crateras não contêm metano. Em vez disso, evidências químicas sugerem que essas crateras são ventilações para o dióxido de carbono antigo que foi guardado por milhões de anos em rochas calcárias nas profundezas da crosta terrestre. O tempo de aparecimento dessas crateras aponta diretamente para a última vez que o mundo estava saindo de uma era glacial, um período conhecido como deglaciação. Isso levanta uma possibilidade convincente: a de que a rápida elevação do nível do mar durante aquele tempo agiu como um interruptor, destravando profundos reservatórios de carbono e bombeando-os para o oceano e a atmosfera.

Para testar essa ideia, uma equipe de pesquisadores construiu uma simulação de computador do leito oceânico abaixo do Chatham Rise. Eles focaram nas espessas camadas de sedimentos ricos em argila que se situam entre os reservatórios profundos de carbono e o leito marinho. Em tempos normais, quando os níveis do mar estão estáveis, os fluidos se movem lenta e uniformemente através desses sedimentos, como água penetrando em uma esponja. No entanto, os pesquisadores modelaram o que acontece quando os níveis do mar sobem rapidamente, como ocorreu durante o fim da última era glacial. Seu modelo mostrou que esse aumento rápido no peso da água empurra o sedimento argiloso para um estado em que ele não consegue drenar rápido o suficiente. Essa pressão se acumula e força o fluido a encontrar o caminho de menor resistência, rompendo o sedimento em canais estreitos e poderosos, em vez de emanar suavemente. Esses canais eventualmente alcançam a superfície, criando as crateras vistas no leito marinho hoje.

A simulação revelou que, uma vez formados, esses canais transportam fluido a uma taxa aproximadamente mil vezes mais rápida do que a infiltração lenta e constante que ocorre entre as eras glaciais. Ao aplicar este modelo às 476 pequenas crateras que foram mapeadas detalhadamente, os pesquisadores estimaram o volume de fluido que poderia ter sido liberado durante a primeira onda desta atividade. Eles calcularam que o volume de fluido movendo-se através desses caminhos era de aproximadamente 1.800 quilômetros cúbicos por ano. Para entender o impacto climático, a equipe então converteu esse volume de fluido em uma massa de dióxido de carbono. Mesmo usando as estimativas mais conservadoras — assumindo que o fluido continha apenas uma fração minúscula de dióxido de carbono e estava em estado gasoso — o resultado foi impressionante. A taxa de liberação foi de cerca de 2 petagramas de dióxido de carbono por ano.

Este número é significativo quando colocado no contexto da história da Terra. Os pesquisadores compararam seu achado com o início de um famoso evento de aquecimento antigo chamado Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno, que causou extinções em massa e picos de temperatura global. Sua estimativa sugere que a liberação de carbono das marcas de crateras do Chatham Rise, isoladamente, foi cerca de quatro vezes mais rápida do que a taxa de liberação de carbono inferida para o início daquela antiga catástrofe. Embora o estudo tenha focado em um subconjunto específico de crateras e utilizado uma simulação em vez de medição direta, os resultados sugerem que a liberação de carbono geológico de campos como o Chatham Rise pode ter sido um motor importante, porém anteriormente negligenciado, das mudanças climáticas durante a última deglaciação. O estudo indica que o ciclo de carbono profundo da Terra é capaz de responder rapidamente a mudanças superficiais, potencialmente entregando pulsos massivos de gases de efeito estufa que poderiam ter ajudado a moldar o clima do passado.

Resumo Técnico: Liberação de Carbono de Pockmarks no Chatham Rise

Definição do Problema
Hipotetiza-se que a rápida liberação de carbono geológico de margens continentais durante as deglaciações do Pleistoceno Superior tenha contribuído para as tendências de CO₂ atmosférico, embora a relevância climática de eventos de liberação individuais permaneça não quantificada. Enquanto os campos de pockmarks em margens anteriormente glaciadas (ex: Mar de Barents, Mar do Norte) estão ligados à liberação de metano via dissociação de hidratos de gás impulsionada pelo recuo das calotas de gelo, o Chatham Rise, próximo à Nova Zelândia, apresenta um mecanismo distinto. Esta região, nunca glaciada, abriga mais de 45.000 pockmarks. Evidências geoquímicas indicam que estas feições não são impulsionadas por metano raso, mas por carbono antigo e profundo, proveniente de calcários mesozoicos subduzidos do Platô de Hikurangi. O problema central abordado é se a transição da infiltração distribuída para a liberação de fluidos localizada através destas vias profundas, durante a elevação do nível do mar deglacial, poderia gerar um fluxo de CO₂ significativo o suficiente para impactar o ciclo global do carbono.

Metodologia
Os autores utilizam um modelo hidromecânico 2D para simular o transporte de fluidos através de uma coluna de sedimentos ricos em argila sob o Chatham Rise. O modelo trata o subsolo marinho como uma mistura de duas fases incompressíveis: fluido rico em carbono e rocha sedimentar, resolvendo equações de conservação de massa e momento de volumes médios.

Componentes metodológicos principais incluem:

Comparação de Regimes: O estudo contrasta um regime quase-estacionário, totalmente drenado (representando períodos interglaciais), com um regime de desequilíbrio, parcialmente não drenado, impulsionado pela rápida carga superficial (elevação do nível do mar).
Parametrização: As propriedades dos sedimentos são restringidas pelos dados da Expedição IODP 372/375 da margem de Hikurangi, especificamente silte argiloso com permeabilidades variando de $3,0 \times 10^{-17}$ a $6,0 \times 10^{-14} \text{ m}^2$ . O modelo utiliza uma relação de permeabilidade dependente da porosidade ( $k_\phi = k_0 (\phi/\phi_0)^{n_k}$ ) e deformação poroviscosa para capturar a assimetria entre compactação e descompactação.
Configuração da Simulação: Os autores testam valores de permeabilidade inicial ( $k_0$ ) entre $5 \times 10^{-16}$ e $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ , selecionando $5 \times 10^{-15} \text{ m}^2$ como o melhor ajuste para os tamanhos observados dos pockmarks. A simulação rastreia a emergência de vias de fluidos localizadas conforme a matriz sedimentar transita para um estado não drenado.
Estimativa de Fluxo: O fluxo de volume de fluido é calculado identificando picos de fluxo vertical ao longo do leito marinho, aproximando-os como superfícies Gaussianas 2D, e integrando o produto da área pelo fluxo de pico. A análise foca na "primeira onda" de vias localizadas, definida como o intervalo desde o início da localização até o primeiro mínimo local no fluxo vertical total.
Conversão de Carbono: Para estimar o fluxo de massa de CO₂, os autores aplicam limites conservadores: uma fração volumétrica de CO₂ de 1–5% (baseada em limites de solubilidade em salmoura) e duas densidades de fase (gás e líquido) correspondentes às profundidades de água dos pockmarks (250–700 m).

Principais Resultados

Mecanismo de Localização: O modelo demonstra que a rápida elevação do nível do mar impulsiona a matriz sedimentar para um estado viscosamente deformável e parcialmente não drenado. Isso desencadeia a localização do fluxo, onde os fluxos verticais dentro das vias emergentes excedem o fluxo de fundo distribuído do regime quase-estacionário em aproximadamente três ordens de magnitude ( $\sim 10^3$ ).
Fluxo de Volume de Fluido: Para os 476 pequenos pockmarks mapeados (<1,45 km²) no Chatham Rise, o fluxo de volume de fluido integrado durante a primeira onda de liberação localizada é estimado em aproximadamente $1,8 \times 10^3 \text{ km}^3/\text{ano}$ .
Fluxo de Massa de CO₂: Mesmo sob as suposições mais conservadoras (1% de CO₂ por volume na forma gasosa), a taxa de liberação estimada é de aproximadamente 2 Petagramas (Pg) de CO₂/ano.
Magnitude Comparativa: Esta estimativa de limite inferior é cerca de quatro vezes maior que a taxa mediana de liberação de CO₂ (0,6 Pg/ano) inferida para o início do Máximo Térmico do Paleoceno-Eoceno (PETM).

Significância e Alegações
O artigo argumenta que a liberação de carbono geológico de campos de pockmarks pode ser um componente do ciclo do carbono deglacial anteriormente subestimado. Os autores afirmam que o mecanismo proposto — acessar reservatórios profundos e antigos de carbono geológico através de sedimentos ricos em argila via rápida carga — difere fundamentalmente dos mecanismos de liberação de metano raso observados em margens glaciadas.

A significância das descobertas reside na magnitude do fluxo estimado. Os autores afirmam que uma taxa de liberação de ~2 Pg CO₂/ano, sustentada por uma janela relativamente curta em relação à resposta do ciclo do carbono oceânico (décadas a séculos para as águas intermediárias do Pacífico Sul), é climaticamente relevante. Eles sugerem que pulsos semelhantes de margens continentais ricas em argila em todo o mundo poderiam contribuir para as variações de formato "dentado" do ciclo do carbono registradas em núcleos de gelo, embora enfatizem que quantificar essa contribuição globalmente requer evidências específicas de campo atualmente ausentes. O estudo não pretende ter modelado diretamente a termodinâmica ou a geoquímica, mas fornece um arcabouço hidromecânico para estimar a escala potencial de tais eventos de liberação de carbono profundo.

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