Una circulación oceánica más débil podría aumentar la acumulación de CO2 en la atmósfera, un nuevo estudio cuestiona los modelos actuales sobre el papel del océano
A medida que avanza el cambio climático, se prevé que la circulación de rotación del océano se debilite sustancialmente. Con esta ralentización, los científicos estiman que el océano absorberá menos dióxido de carbono de la atmósfera. Sin embargo, una circulación más lenta también debería recoger menos carbono de las profundidades oceánicas que, de otro modo, se devolvería a la atmósfera. En conjunto, el océano debería mantener su papel en la reducción de las emisiones de carbono de la atmósfera, aunque a un ritmo más lento.
Sin embargo, un nuevo estudio de un investigador del MIT revela que los científicos podrían tener que replantearse la relación entre la circulación oceánica y su capacidad a largo plazo para almacenar carbono. A medida que el océano se debilita, podría liberar más carbono de las profundidades oceánicas a la atmósfera.
La razón tiene que ver con una retroalimentación no caracterizada hasta ahora entre el hierro disponible en el océano, el carbono y los nutrientes que afloran, los microorganismos de la superficie y una clase poco conocida de moléculas conocidas generalmente como «ligandos». Cuando el océano circula más despacio, todos estos agentes interactúan en un ciclo que se autoperpetúa 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 el autor del estudio Jonathan Lauderdale, científico investigador del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT. «Lo que creíamos que ocurría en el océano queda completamente anulado».
Lauderdale afirma que los hallazgos demuestran 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 y reducir las emisiones ahora, en lugar de confiar en que estos procesos naturales nos den tiempo para mitigar el cambio climático».
Su estudio aparece en la revista Nature Communications.
Flujo en cajas
En 2020, Lauderdale dirigió un estudio que exploraba 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 parecidos a las plantas que viven en la superficie del océano y consumen una dieta de carbono y nutrientes que afloran de las profundidades oceánicas y hierro que llega a la deriva procedente del polvo del desierto.
Cuanto más fitoplancton pueda crecer, más dióxido de carbono podrá absorber de la atmósfera mediante la fotosíntesis, lo que desempeña un papel importante en la capacidad del océano para capturar carbono.
Para el estudio de 2020, el equipo desarrolló un sencillo modelo de «cajas», representando 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 oceánica en sentido amplio, es decir, la forma en que el agua de mar se hunde y luego vuelve a la superficie en distintas partes del mundo.
Esta modelización reveló que, aunque los científicos «sembraran» los océanos con más hierro, éste 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 tanto, no está disponible para el fitoplancton. El hierro sólo se vuelve soluble a niveles «útiles» cuando se une a ligandos, que mantienen el hierro en una forma que el plancton puede consumir. Lauderdale descubrió que añadir hierro a una región del océano para que consuma nutrientes adicionales priva a otras regiones de los nutrientes que el fitoplancton necesita allí 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.
Un cambio inesperado
Una vez que el equipo publicó su estudio, Lauderdale transformó el modelo de cajas para 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 Antártico. En el proceso, probó otras interacciones dentro del modelo, incluido el efecto de variar 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, remontándose a la década de 1980. Pero lo que encontró fue una tendencia clara y opuesta: Cuanto más débil era la circulación oceánica, más CO2 se acumulaba en la atmósfera.
«Pensé que había un error», recuerda Lauderdale. «¿Por qué los niveles de carbono atmosférico seguían una tendencia equivocada?».
Cuando comprobó el modelo, descubrió que el parámetro que describía los ligandos oceánicos se había dejado «activado» como variable. En otras palabras, el modelo calculaba que las concentraciones de ligandos cambiaban de una región oceánica a otra.
Por una corazonada, Lauderdale desactivó este parámetro, lo que hizo que las concentraciones de ligandos se mantuvieran constantes en todos los entornos oceánicos modelados, una suposición que suelen hacer muchos modelos oceánicos. Ese único cambio invirtió la tendencia, volviendo a la relación supuesta: Una circulación más débil conducía a una reducción del dióxido de carbono atmosférico. Pero, ¿qué tendencia se acercaba más a la realidad?
Lauderdale recurrió a los escasos datos disponibles sobre los ligandos oceánicos para comprobar 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 todos los océanos del mundo y que los científicos pueden utilizar para comparar las concentraciones de una región a otra. Efectivamente, las concentraciones de las moléculas variaban. Si las concentraciones de ligando cambian de una región a otra, es probable que su sorprendente nuevo resultado sea representativo del océano real: Una circulación más débil genera más dióxido de carbono en la atmósfera.
«Este extraño truco lo cambió todo», afirma Lauderdale. «El cambio de ligando ha revelado esta relación completamente diferente entre la circulación oceánica y el CO2 atmosférico que creíamos entender bastante bien».
Ciclo lento
Para ver qué podía explicar el cambio de tendencia, Lauderdale analizó la actividad biológica y las concentraciones de carbono, nutrientes, hierro y ligandos del modelo oceánico bajo diferentes intensidades de circulación, comparando escenarios en los que los ligandos eran variables o constantes en las distintas casillas.
Esto reveló una nueva retroalimentación: Cuanto más débil es la circulación oceánica, menos carbono y nutrientes extrae el océano de las profundidades. El fitoplancton de la superficie dispondría entonces de menos recursos para crecer y, en consecuencia, produciría menos subproductos (incluidos los ligandos). Con menos ligandos disponibles, menos hierro en la superficie sería utilizable, lo que reduciría aún más la población de fitoplancton. Por tanto, habría menos fitoplancton disponible para absorber el dióxido de carbono de la atmósfera y consumir el carbono del océano profundo.
«Mi trabajo demuestra que debemos estudiar más detenidamente cómo la biología oceánica puede afectar al clima», señala Lauderdale. «Algunos modelos climáticos predicen una ralentización del 30% en la circulación oceánica debido al deshielo de las capas de hielo, sobre todo alrededor de la Antártida. Esta enorme ralentización de la circulación podría ser un gran problema: además de otros muchos problemas climáticos, el océano no sólo absorbería menos CO2 antropogénico de la atmósfera, sino que podría verse amplificado por una desgasificación neta del carbono de las profundidades oceánicas, lo que provocaría un aumento imprevisto del CO2 atmosférico y un mayor calentamiento inesperado del clima».
REFERENCIA
