La teoría prevaleciente ha sido que el hielo marino puede actuar como una tapa para evitar que el carbono en el océano escape a la atmósfera. Sin embargo, los investigadores del MIT ahora han identificado un efecto contrarrestante que sugiere que el hielo marino antártico puede no ser un control tan poderoso sobre el ciclo global del carbono como los científicos habían sospechado.
El estudio sugiere que el hielo marino bloquea el flujo de carbono tanto dentro como fuera del océano, aproximadamente en la misma medida.
El Océano Austral que rodea la Antártida es una región donde muchas de las aguas profundas ricas en carbono del mundo pueden volver a subir a la superficie. Los científicos han pensado que las vastas franjas de hielo marino alrededor de la Antártida pueden actuar como una tapa para el carbono ascendente, evitando que el gas atraviese la superficie del océano y regrese a la atmósfera.
Sin embargo, los investigadores de MIT ahora han identificado un efecto contrarrestante que sugiere que el hielo marino antártico puede no ser un control tan poderoso sobre el ciclo global del carbono como los científicos habían sospechado.
En un estudio publicado en la edición de agosto de la revista Ciclos biogeoquímicos globales, el equipo ha descubierto que, de hecho, el hielo marino en el Océano Austral puede actuar como una barrera física para el carbono ascendente. Pero también puede actuar como una sombra, impidiendo que la luz solar llegue a la superficie del océano. La luz solar es esencial para la fitosíntesis, el proceso por el cual el fitoplancton y otros microbios oceánicos absorben carbono de la atmósfera para crecer.
Los investigadores encontraron que cuando el hielo marino bloquea la luz solar, la actividad biológica, y la cantidad de carbono que los microbios pueden secuestrar de la atmósfera, disminuye significativamente. Y, sorprendentemente, este efecto de sombreado es casi igual y opuesto al efecto de cobertura del hielo marino. En conjunto, ambos efectos esencialmente se anulan entre sí.
“En términos del cambio climático futuro, la pérdida esperada de hielo marino alrededor de la Antártida puede, por lo tanto, no aumentar la concentración de carbono en la atmósfera”, dice el autor principal Mukund Gupta, quien llevó a cabo la investigación como estudiante graduado en el Departamento de la Tierra, Atmosférico del MIT y Ciencias Planetarias (EAPS).
Él enfatiza que el hielo marino tiene otros efectos en el clima global, principalmente a través de su albedo o capacidad para reflejar la radiación solar.
“Cuando la Tierra se calienta, pierde hielo marino y absorbe más radiación solar, por lo que, en ese sentido, la pérdida de hielo marino puede acelerar el cambio climático”, dice Gupta. “Lo que podemos decir aquí es que los cambios en el hielo marino pueden no tener un efecto tan fuerte en la desgasificación del carbono alrededor de la Antártida a través de este efecto de sombreado y cobertura”.
Los coautores de Gupta son el profesor de EAPS Michael “Mick” Follows y el científico investigador de EAPS Jonathan Lauderdale.
El papel del hielo
Cada invierno, amplias franjas del Océano Austral se congelan, formando vastas capas de hielo marino que se extienden desde la Antártida por millones de millas cuadradas. El papel del hielo marino antártico en la regulación del clima y el ciclo del carbono ha sido muy debatido, aunque la teoría predominante ha sido que el hielo marino puede actuar como una tapa para evitar que el carbono del océano se escape a la atmósfera.
“Esta teoría se piensa principalmente en el contexto de las edades de hielo, cuando la Tierra era mucho más fría y el carbono atmosférico era más bajo”, dice Gupta. “Una de las teorías que explica esta baja concentración de carbono sostiene que, debido a que hacía más frío, una gruesa capa de hielo marino se extendía más hacia el océano, bloqueando los intercambios de carbono con la atmósfera y atrapándolo efectivamente en las profundidades del océano”.
Gupta y sus colegas se preguntaron si también podría estar en juego un efecto distinto al de la limitación. En general, los investigadores han tratado de comprender cómo interactúan varias características y procesos en el océano con la biología del océano, como el fitoplancton. Supusieron que podría haber menos actividad biológica como resultado de que el hielo marino bloquea la luz solar vital de los microbios, pero ¿qué tan fuerte sería este efecto de sombreado?
Igual y opuesto
Para responder a esa pregunta, los investigadores utilizaron el MITgcm, un modelo de circulación global que simula los muchos procesos físicos, químicos y biológicos involucrados en la circulación de la atmósfera y el océano. Con MITgcm, simularon una porción vertical del océano que se extendía por 3.000 kilómetros de ancho y unos 4.000 metros de profundidad, y con condiciones similares a las del Océano Austral actual. Luego ejecutaron el modelo varias veces, cada vez con una concentración diferente de hielo marino.
“Al 100 por ciento de concentración, no hay fugas en el hielo y está realmente compactado, en comparación con concentraciones muy bajas que representan témpanos de hielo sueltos y dispersos que se mueven”, explica Gupta.
Establecieron cada simulación en uno de tres escenarios: uno en el que solo el efecto de limitación está activo y el hielo marino solo influye en el ciclo del carbono al evitar que el carbono se escape a la atmósfera; otro donde solo el efecto de sombra está activo y el hielo marino solo bloquea la luz solar para que no penetre en el océano; y el último en el que entran en juego tanto los efectos de sombreado como de remate.
Para cada simulación, los investigadores observaron cómo las condiciones que establecieron afectaron el flujo de carbono general, o la cantidad de carbono que escapaba del océano a la atmósfera.
Descubrieron que la cobertura y el sombreado tenían efectos opuestos en el ciclo del carbono, reduciendo la cantidad de carbono a la atmósfera en el primer caso y aumentando en el segundo, en cantidades iguales. En los escenarios en los que se consideraron ambos efectos, uno anuló al otro casi por completo, en una amplia gama de concentraciones de hielo marino, lo que no provocó cambios significativos en el flujo de carbono. Solo cuando el hielo marino estaba en su concentración más alta, la cobertura tenía el borde, con una disminución del carbono que escapaba a la atmósfera.
Los resultados sugieren que el hielo marino de la Antártida puede atrapar efectivamente carbono en el océano, pero solo cuando esa capa de hielo es muy expansiva y espesa. De lo contrario, parece que el efecto de sombreado del hielo marino sobre los organismos subyacentes puede contrarrestar su efecto de cobertura.
“Si uno solo considerara la física y la idea de la limitación pura, o barrera de carbono, sería una forma incompleta de pensar en ello”, dice Gupta. “Esto muestra que necesitamos comprender más la biología bajo el hielo marino y cómo subyace a este efecto”.
Referencia: “El efecto del hielo marino antártico en la desgasificación de carbono del océano austral: limitación frente a atenuación de la luz” por Mukund Gupta, Michael J. Follows y Jonathan Maitland Lauderdale, 28 de julio de 2020, Ciclos biogeoquímicos globales.
DOI: 10.1029 / 2019GB006489
Esta investigación fue apoyada en parte por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.
