Los científicos muestran que una circulación oceánica más débil podría aumentar la acumulación de CO₂ en la atmósfera

Con el cambio climático, la circulación oceánica se podría debilitar considerablemente. Sin embargo, una circulación más lenta también debería extraer menos carbono de las profundidades oceánicas que, de otro modo, se liberaría de nuevo a la atmósfera. En general, el océano debería mantener su papel en la reducción de las emisiones de carbono de la atmósfera, aunque a un ritmo más lento.

Los océanos como sumideros menos eficientes de CO₂ en un mundo más cálido

Un nuevo estudio realizado por un investigador del MIT publicado en Nature Communications concluye que los científicos podrían tener que replantearse la relación entre la circulación del océano 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 previamente no caracterizada entre el hierro disponible en el océano, el carbono y los nutrientes ascendentes, 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 libera 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.

Lauderdale afirma 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 las emisiones ahora, en lugar de depender de estos procesos naturales para ganar tiempo para mitigar el cambio climático ".

Modelización por caja

En 2020, Lauderdale dirigió un estudio que exploró los nutrientes del océano, 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 hierro que llega desde el polvo del desierto.

Cuanto más fitoplancton pueda crecer, más dióxido de carbono podrá absorber de la atmósfera a través de la fotosíntesis, y esto juega 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 lo mantienen 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.

Resultados inesperados con cambios en la circulación oceánica

Una vez que el equipo publicó su estudio, Lauderdale trabajó el modelo de caja en una forma 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.

Él 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 previos 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 mostraban una tendencia equivocada?"

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.

Por intuición, Lauderdale desactivó este parámetro, lo que hizo que las concentraciones de ligando fueran constantes en todos los entornos oceánicos modelados, 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 sorprendente nuevo resultado probablemente sea representativo del océano real: una circulación más débil conduce a una mayor cantidad de dióxido de carbono en la atmósfera.

"Es este extraño truco el que 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 comprender bastante bien".

Ciclo lento de las corrientes oceánicas: más CO2 en la atmósfera, más calentamiento adicional

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 cajas.

Esto reveló una nueva retroalimentación: cuanto más débil es la circulación del océano, menos carbono y nutrientes extrae el océano de las profundidades. El fitoplancton que se encuentre en la superficie tendrá entonces menos recursos para crecer y, como resultado, producirá menos subproductos (incluidos los ligandos).

"Mi trabajo demuestra que debemos analizar con más atención cómo la biología oceánica puede afectar al clima", señala Lauderdale. "Algunos modelos climáticos predicen una desaceleración del 30% en la circulación oceánica debido al derretimiento de las capas de hielo, en particular alrededor de la Antártida".

"Esta enorme desaceleración de la circulación inversa podría ser en realidad un gran problema: además de una serie de otros problemas climáticos, no sólo el océano absorbería menos CO₂ antropogénico de la atmósfera , sino que eso podría verse amplificado por una desgasificación neta de carbono de las profundidades oceánicas , lo que llevaría a un aumento imprevisto del CO₂ atmosférico y a un calentamiento climático adicional inesperado".

Referencia

Lauderdale, J.M . Ocean iron cycle feedbacks decouple atmospheric CO2 from meridional overturning circulation changes, Nature Communications (2024). DOI: 10.1038/s41467-024-49274-1.