Un océano con circulación más lenta por calentamiento emitirá más CO2
A medida que la circulación en el océano se debilite por el cambio climático, podría liberar más carbono de las profundidades oceánicas a la atmósfera, según un nuevo estudio en Nature Communications.
La razón tiene que ver con una retroalimentación no caracterizada previamente entre el hierro disponible en el océano, el carbono y los nutrientes que surgen, los microorganismos de la superficie y una clase poco conocida de moléculas conocidas generalmente como "ligandos".
Cuando el océano circula más lentamente, todos estos actores interactúan en un ciclo que se perpetúa a sí mismo y que, en última instancia, aumenta la cantidad de carbono que el océano devuelve a la atmósfera.
"Al aislar el impacto de esta retroalimentación, vemos una relación fundamentalmente diferente entre la circulación oceánica y los niveles de carbono atmosférico, con implicaciones para el clima", dice en un comunicado el autor del estudio Jonathan Lauderdale, científico investigador del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.
"Lo que pensábamos que estaba sucediendo en el océano se ha revertido por completo".
Lauderdale dice que los hallazgos muestran que "no podemos contar con que el océano almacene carbono en las profundidades oceánicas en respuesta a futuros cambios en la circulación. Debemos ser proactivos en la reducción de emisiones ahora, en lugar de depender de estos procesos naturales para ganar tiempo para mitigar el cambio climático".
En 2020, Lauderdale dirigió un estudio que exploró los nutrientes oceánicos, los organismos marinos y el hierro, y cómo sus interacciones influyen en el crecimiento del fitoplancton en todo el mundo.
El fitoplancton son organismos microscópicos similares a plantas que viven en la superficie del océano y consumen una dieta de carbono y nutrientes que surgen de las profundidades del océano y de hierro que llega a la atmósfera a través del polvo del desierto.
Cuanto más fitoplancton pueda crecer, más dióxido de carbono podrá absorber de la atmósfera a través de la fotosíntesis, y esto desempeña un papel importante en la capacidad del océano para secuestrar carbono.
Para el estudio de 2020, el equipo desarrolló un modelo de "caja" simple, que representa las condiciones en diferentes partes del océano como cajas generales, cada una con un equilibrio diferente de nutrientes, hierro y ligandos (moléculas orgánicas que se cree que son subproductos del fitoplancton).
El equipo modeló un flujo general entre las cajas para representar la circulación más amplia del océano (la forma en que el agua de mar se hunde y luego es impulsada de regreso a la superficie en diferentes partes del mundo).
Este modelo reveló que, incluso si los científicos "sembraran" los océanos con hierro adicional, ese hierro no tendría mucho efecto en el crecimiento global del fitoplancton. La razón se debía a un límite establecido por los ligandos.
Resulta que, si se deja solo, el hierro es insoluble en el océano y, por lo tanto, no está disponible para el fitoplancton. El hierro solo se vuelve soluble en niveles "útiles" cuando se une a ligandos, que mantienen el hierro en una forma que el plancton puede consumir.
Lauderdale descubrió que agregar hierro a una región oceánica para consumir nutrientes adicionales priva a otras regiones de los nutrientes que el fitoplancton necesita para crecer. Esto reduce la producción de ligandos y el suministro de hierro a la región oceánica original, lo que limita la cantidad de carbono adicional que se absorbería de la atmósfera.
Una vez que el equipo publicó su estudio, Lauderdale trabajó con el modelo de caja para que pudiera hacerlo accesible al público, incluyendo el intercambio de carbono entre el océano y la atmósfera y ampliando las cajas para representar entornos más diversos, como condiciones similares a las del Pacífico, el Atlántico Norte y el Océano Austral.
En el proceso, probó otras interacciones dentro del modelo, incluido el efecto de la variación de la circulación oceánica.
Ejecutó el modelo con diferentes intensidades de circulación, esperando ver menos dióxido de carbono atmosférico con un vuelco oceánico más débil, una relación que estudios anteriores han apoyado, que se remontan a la década de 1980. Pero lo que encontró en cambio fue una tendencia clara y opuesta: cuanto más débil es la circulación oceánica, más CO2 se acumula en la atmósfera.
"Pensé que había algún error", recuerda Lauderdale. "¿Por qué los niveles de carbono atmosférico tenían una tendencia incorrecta?"
Cuando revisó el modelo, descubrió que el parámetro que describe los ligandos oceánicos se había dejado "activado" como variable. En otras palabras, el modelo estaba calculando concentraciones de ligando que cambiaban de una región oceánica a otra.
Siguiendo una corazonada, Lauderdale desactivó este parámetro, lo que estableció las concentraciones de ligando como constantes en cada entorno oceánico modelado, una suposición que muchos modelos oceánicos suelen hacer.
Ese cambio invirtió la tendencia y volvió a la relación supuesta: una circulación más débil condujo a una reducción del dióxido de carbono atmosférico. Pero, ¿qué tendencia se acercaba más a la verdad?
Lauderdale analizó los escasos datos disponibles sobre los ligandos oceánicos para ver si sus concentraciones eran más constantes o variables en el océano real. Encontró la confirmación en GEOTRACES, un estudio internacional que coordina las mediciones de oligoelementos e isótopos en los océanos del mundo, que los científicos pueden utilizar para comparar las concentraciones de una región a otra.
De hecho, las concentraciones de las moléculas variaban. Si las concentraciones de ligando cambian de una región a otra, entonces su nuevo y sorprendente resultado probablemente era representativo del océano real: una circulación más débil conduce a una mayor cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera.
"Es este truco extraño lo que lo cambió todo", dice Lauderdale. "El cambio de ligando ha revelado esta relación completamente diferente entre la circulación oceánica y el CO2 atmosférico que creíamos comprender bastante bien".
Para ver qué podría explicar la tendencia invertida, Lauderdale analizó la actividad biológica y las concentraciones de carbono, nutrientes, hierro y ligandos del modelo oceánico bajo diferentes intensidades de circulación, comparando escenarios donde los ligandos eran variables o constantes en las distintas casillas.
Un gran problema
Esto reveló una nueva retroalimentación: cuanto más débil es la circulación del océano, menos carbono y nutrientes extrae el océano de las profundidades. Cualquier fitoplancton en la superficie tendría entonces menos recursos para crecer y produciría menos subproductos (incluidos los ligandos) como resultado.
Con menos ligandos disponibles, menos hierro en la superficie sería utilizable, lo que reduciría aún más la población de fitoplancton. Entonces, habría menos fitoplancton disponible para absorber dióxido de carbono de la atmósfera y consumir carbono que surge de las profundidades del océano.
"Mi trabajo demuestra que debemos observar con más atención cómo la biología oceánica puede afectar el clima", señala Lauderdale. "Algunos modelos climáticos predicen una desaceleración del 30% en la circulación oceánica debido al derretimiento de las capas de hielo, particularmente alrededor de la Antártida.
"Esta enorme desaceleración en la circulación oceánica podría ser en realidad un gran problema: además de una serie de otros problemas climáticos, no solo el océano absorbería menos CO2 antropogénico de la atmósfera, sino que esto podría verse amplificado por una desgasificación neta de carbono del océano profundo, lo que llevaría a un aumento imprevisto del CO2 atmosférico y a un calentamiento climático aún mayor".
