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CAMBIO GLOBAL Y CICLOS BIOGEOQUÍMICOS EN EL OCÉANO
a) Texto divulgativo
Los océanos actúan como un amortiguador del calentamiento global al absorber sobre un 90% del incremento de calor de la totalidad del sistema terrestre (Bindoff et al., 2007), con lo cual se están calentando. Por otro lado, también contribuyen a amortiguar el calentamiento global absorbiendo alrededor de una tercera parte del CO2 de origen antropogénico vertido a la
atmósfera (ver texto divulgativo, ¿dónde va nuestro CO2?), con lo cual se están acidificando.
Estos dos grandes hechos (calentamiento y acidificación) llevan asociados otra serie de efectos colaterales que se supone tendrán una repercusión sobre los ciclos biogeoquímicos en el océano y a su vez sobre los ecosistemas marinos, en definitiva la vida en los océanos.
A modo de esquema se muestra en la Figura 1 gran parte de las conexiones entre cambio global en el océano y su repercusión sobre los ciclos biogeoquímicos y la biota marina.
Figura 1. Esquema con las interacciones entre cambio global (principalmente cambio climático y aumento de la acidificación), ciclos biogeoquímicos y biota marina (Riebesell, 2007).
Entre los procesos que se muestran en la figura están, por ejemplo:
- el calentamiento global de la termoclina del océano hace disminuir la solubilidad de gases como el oxígeno y el CO2 lo cual reduce se capacidad para disolverlos.
- el aumento de la temperatura podría aumentar las tasas metabólicas de los organismos con lo cual requerirían más energía para poder respirar y aquellos autótrofos también en la fotosíntesis. - otra consecuencia del aumento de la temperatura en el océano es el aumento en la estratificación de los primeros 700 metros, con lo cual disminuye la tasa de renovación de esta capa y por tanto la entrada de nutrientes inorgánicos nuevos a la capa fótica que sustentan la actividad fotosintética.
- el aumento de la estratificación podría favorecer el crecimiento del fitoplancton al aumentar el tiempo que están expuestos a la luz solar necesaria para realizar la fotosíntesis.
- el aumento en la temperatura y alteraciones en la salinidad debidas por ejemplo al aumento del deshielo de los glaciares, hielo ártico, etc.. modifican los patrones de densidad y con ello alterar la circulación general en la cinta transportadora global.
- en algunas zonas se prevé un aumento de la fuerza del viento que provocará un aumento del afloramiento de aguas frías cargadas en nutrientes en las costas y también un aumento de la deposición atmosférica de polvo sobre los océanos lo cual puede contribuir a su fertilización.
A parte de estos procesos, el propio aumento de CO2, equivalente a una reducción del pH y del
ión carbonato, en los primeros 1000 metros del océano tiene una repercusión sobre la actividad biológica ya que es justo aquí donde principalmente ocurren los procesos de fotosíntesis y remineralización de materia orgánica. Existen multitud de proyectos incluido MALASPINA que tienen como objetivo evaluar el efecto de esta acidificación sobre los procesos biológicos y los efectos sinérgicos entre acidificación y otras consecuencias del cambio global (aumento de temperatura, aumento de radiaciones ultravioleta, etc…).
Las posibles alteraciones en la biota marina derivadas del cambio global tendrán una repercusión sobre los ciclos biogeoquímicos en el océano (parte más abajo de la Figura 1), que finalmente alterarán la capacidad de los océanos para almacenar carbono, son los llamados mecanismos de retroalimentación (flecha roja lateral en Figura 1). El conjunto de alteraciones de las características físicas y químicas del océano puede a su vez alterar la composición de las comunidades fitoplantónicas (disminución de organismos calcificadores, aumento del fitoplancton de pequeño tamaño, etc..) con lo cual se modificará:
- la composición elemental o estequiométrica del fitoplancton, cuanto más rico en carbono sea el material orgánico más CO2 se captaría de la atmósfera
- la composición del material particulado que sedimenta en la columna de agua, disminución de la cantidad de carbono inorgánico frente al orgánico, es decir, alteración del “rain ratio”
- la partición entre los distintos tipos de carbono orgánico, disuelto, particulado y en suspensión, lo cual alterará la tasa de sedimentación y finalmente el almacenaje de carbono orgánico a escalas temporales largas
- la disponibilidad de nutrientes, luz, temperatura y acidez marcan la eficiencia de los productores primarios, inicio de la cadena trófica en el océano
La variable biogeoquímica más sensible a alteraciones en los procesos físicos (circulación y ventilación) y biológicos (fotosíntesis/respiración) es el oxígeno disuelto (O2), por ello se ha
también llamado “el canario de la mina” y es actualmente objeto de diversos programas de monitorización del océano (Joos et al., 2003; Körtzinger et al., 2006) mediante instrumentos autónomos. Además se dispone de una base de datos histórica con una precisión y exactitud suficientes para detectar cambios decadales (Gruber et al., 2007). No ocurre así lo mismo en el caso de los nutrientes inorgánicos, que supuestamente deberían reflejar cambios inversos al O2
pero que debido a inexactitudes en las determinaciones analíticas históricas y actuales no muestran cambios coherentes con el O2 en la mayor parte de las series históricas disponibles
(Bindoff et al., 2007).
Figura 2. El oxígeno disuelto en el océano es un indicador de situaciones de alerta al igual que antiguamente se usaba un canario en las minas para indicar la presencia de gases peligrosos. Las variaciones temporales en el oxígeno son el resultado del balance entre procesos físicos y biológicos e integran tanto variaciones naturales (oscilaciones naturales) como antropogénicas (cambio global). El reto es diferenciarlas.
Las series temporales de datos de O2 del océano hasta ahora analizadas (Figura 3) son limitadas
y muestran variaciones, principalmente una disminución, en el Pacífico Norte y Atlántico Norte, cambios asociados a tendencias climáticas naturales.
Figura 3. Recopilación de los estudios publicados sobre variaciones temporales en O2 del océano. La mayoría de estos estudios
muestran una disminución del O2 en la termoclina, lo cual es consistente con una situación de calentamiento global. De todas
maneras los datos son todavía escasos para dar conclusiones firmes. De ahí la necesidad de programas de observación global y continua mediante instrumentación autónoma, tipo boyas. Figura tomada de Gruber et al. (2007).
La predicción de la evolución del O2 en el océano en el año 2100 en un escenario de emisiones
de CO2 como el actual (Figura 4) indica que el O2 disminuirá de manera general debido al
calentamiento (efecto termodinámico, línea azul en la figura 4a) y a cambios dinámicos en la circulación (cambios en la estratificación, mezcla invernal y formación de aguas profundas, línea naranja en la figura 4a), sin embargo los cambios en los procesos biológicos (disminución de la producción primaria) provocarán un aumento (línea verde en la figura 4a). El balance entre estos tres procesos es una disminución general del O2 en el océano.
Figura 4. Impacto del cambio global en la distribución de O2 del océano. Cambio previsto entre los años 2080-2100 y 1980-2000 si
continúan las emisiones de CO2 como hasta ahora. La parte a muestra un perfil vertical de la variación total (línea negra) y la contribución de cada proceso, termodinámico (línea azul), dinámico (circulación y mezcla, línea naranja) y biología (línea verde). La parte b muestra la variación vertical del O2 en una sección latitudinal media de todos los océanos. Figura tomada de Bopp et al.
b) Highlights o destacados
► Los océanos contribuyen a mitigar el efecto invernadero principalmente absorbiendo CO2 y
calor.
► Estos cambios físicos y químicos probablemente alteren las comunidades y procesos
biológicos que ocurren en los primeros 1000 metros del océano, la formación y respiración de materia orgánica. De esta manera se alterarán los ciclos biogeoquímicos de carbono, oxígeno y nutrientes inorgánicos.
► La alteración de los ciclos biogeoquímicos repercutirá sobre la capacidad del océano para
almacenar carbono, son los llamados mecanismos de retroalimentación.
►Las variaciones a escala decadal del O2 se deben a procesos físicos (ventilación/circulación)
y biológicos (balance entre fotosíntesis y remineralización) que integran variaciones naturales y antropogénicas. Es una variable muy sensible y se usa como un indicador de cambios drásticos como antiguamente un canario en las minas.
c) ¿Què hacemos en Malaspina al respecto?
► Se analizarán muestras de nutrientes inorgánicos y oxígeno disuelto en columna de agua
siguiendo un protocolo de análisis y control de calidad unificado. Esta nueva base de datos se comparará con las existentes en los distintos océanos que se atraviesen y se estudiará su evolución temporal.
► Se realizarán experimentos para evaluar el impacto del aumento de la temperatura sobre las
comunidades de fitoplancton y de bacterias.
►Evaluación y distribución de las distintas fracciones de materia orgánica.
► Evaluación de las variaciones en la estequiometría de la materia biogénica mineralizada en
cada masa de agua muestreada.
Referencias:
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