Rafael Cervantes Duarte1, Juan David Acevedo Acosta1, Jaime Gómez Gutiérrez1
1Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, La Paz, B.C.S., 23096, México.
A pesar de que los océanos representan el hábitat más amplio del planeta, estos son extremadamente inexplorados y comprendidos, particularmente por ser radicalmente distintos al hábitat terrestre y a nuestras experiencias diarias. En este hábitat trasparente tridimensional, los seres vivos pueden encontrar alimento y potenciales depredadores en cualquier dirección, lo que promueve una compleja e intrincada red alimentaria. A pesar de que el agua marina se compone de dos átomos de hidrogeno y uno de oxígeno (como se indica en la conocida fórmula química H2O), su composición es compleja y consta de una gran variedad de partículas disueltas y particuladas cuya composición puede cambiar en el tiempo y el espacio. La diversidad de organismos que habitan en el agua marina también es enorme, oscilando en su tamaño desde virus pequeños (<0.0002 mm) y bacterias (<0.005 mm) hasta la gran ballena azul (< 30 m de longitud) con una historia evolutiva de al menos 2,700 millones de años.
Aunque las partículas inanimadas y numerosos microrganismos tienden a derivar con las corrientes siempre están sujetas a la gravedad del planeta y se hunden dependiendo de su tamaño, forma y densidad. Esto provee una continua pero variable “lluvia” de partículas en todo el océano. Gran parte de los organismos presentes en el océano migran verticalmente cada día, desde la superficie durante la noche hasta grandes profundidades durante el día, causando un incesante pulso biológico llamado “la bomba biológica”. Este es el proceso natural mediante el cual el carbono es fijado desde la atmósfera y transportado hacia las profundidades del océano. La bomba biológica de carbono tiene una función fundamental en el ciclo del carbono (la molécula pilar de todos los organismos del planeta). El océano absorbe el CO2 atmosférico para convertirlo en carbono orgánico particulado a través de la fotosíntesis realizado por el fitoplancton (microalgas y cianobacterias) que aportan 95% de la productividad primaria en la capa del océano iluminada por el Sol (denominada zona eufótica). El carbono es transportado hacia el fondo marino por gravedad para su eventual almacenamiento a largo plazo.
Investigaciones recientes han resaltado la función de la bomba biológica en la mitigación del efecto invernadero al reducir la concentración de CO2 en las aguas superficiales del océano. Durante el hundimiento natural de las microalgas, estas están expuestas a la descomposición por medios químicos (disolución) y/o biológicos (actividad bacteriana), así como al pastoreo realizado por organismos del zooplancton. Estos procesos transfieren el carbono y la energía a los siguientes niveles tróficos. El zooplancton produce pequeñas heces que facilita su hundimiento y depositación en el fondo del océano. Las partículas en hundimiento se componen principalmente de material biogénico (cadáveres de fitoplancton, zooplancton, heces, mudas, etc.) y litogénico (arcillas, limos, arena, etc.), que se pueden agregar con sustancias transparentes pegajosas excretadas por el fitoplancton y dan lugar a la nieve marina; la cual está constituida por pequeñas partículas de materia orgánica que se hunden lentamente en el océano (Fig. 1). Una fracción del carbono que es integrado a la productividad primaria del océano por medio del fitoplancton, regresa a la atmósfera a través de la respiración, mientras que una pequeña fracción (< 1%) del total es exportado a las profundidades del océano para integrarse al registro sedimentario en el fondo del mar. Este proceso biogeoquímico proporciona anualmente entre 5 y 10 Gt de carbono al interior de los océanos. Es decir, se estima que, si los océanos absorben aproximadamente 3 Gt de carbono al año, esto representa alrededor del 33% de las emisiones totales generadas por los humanos.
Figura 1. Esquema conceptual de la bomba biológica de carbono en el océano.
El incremento de la concentración de gases de invernadero (CO2, metano y al menos otros cinco gases más) ha provocado el aumento en la temperatura del planeta desde finales del siglo XIX, afectando de manera diferencial la velocidad con la se produce la biomasa de fitoplancton (productividad primaria) en los océanos y la eficiencia de la bomba biológica de carbono. Contrario a lo esperado, el calentamiento global también disminuye la productividad de los mares tropicales, que generalmente son menos productivos que los ecosistemas templados y polares.
Una estrategia para estudiar el transporte de material biogénico y litogénico en hundimiento es mediante el uso de trampas de sedimentos que se empezaron a utilizar a finales de la década de 1970. Las trampas de sedimento son esencialmente grandes embudos instalados en distintas profundidades de la columna de agua o cerca del fondo marino, donde el material en hundimiento es recolectado en distintos frascos instalados en un carrusel que rota a tiempos predeterminados por los investigadores. Estas trampas tienen la capacidad de colectar material orgánica e inorgánica en hundimiento durante periodos de semanas a meses, limitados por el número de frascos en el carrusel y la bateria que hace rotar el carrusel (Fig. 2).
Fig. 2. Trampa de sedimentos instalada en Cuenca Alfonso, Bahía de La Paz mostrando un esquema de cómo se instala en el fondo del mar.
La instalación de la primer trampas de sedimentos en México fue realizada por el Dr. Robert C. Thunell a principios de los años 90´ en la Cuenca de Guaymas, ubicada en la parte central del Golfo de California. Posteriormente, en 2002 (vigente en la actualidad), un grupo de investigadores del Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas (CICIMAR-IPN) lidereado por el investigador canadiense Norman Silberberg instaló una trampa de sedimentos en Cuenca Alfonso (Baja California Sur), ubicada en el noroeste de México, y en años recientes, se han instalado nuevas trampas en diferentes regiones del Pacífico mexicano (Golfo de Tehuantepec) y Golfo de México. Las investigaciones realizadas en las diferentes regiones del país tienden a ser escasas, muy específicas, aisladas y generalmente restringidas a unos pocos meses de duración. Por el contrario, la estación de monitoreo de serie de tiempo de Cuenca Alfonso (CATS, por sus siglas en inglés), ubicada en la parte más profunda de la Bahía de La Paz, cuenta con la base de datos más extensa hasta la fecha para las costas mexicanas. Con información de esta serie de tiempo se han realizado múltiples estudios que han permitido comprender y predecir la variabilidad temporal de la productividad primaria marina y el flujo de exportación (vertical) del carbono bajo el escenario climático del incremento de temperatura en el planeta. También, han permitido registrar la variacion temporal de la abundancia de diversos grupos de microrganismos que derivan con las corrientes marinas conocidos como plancton (fitoplancton y zooplancton). Adicionalmente, se han realizado estudios enfocados en medir la concentración y composición química de las partículas en hundimiento y su variabilidad estacional e interanual bajo la influencia de procesos de mesoescala (e.g. surgencias costeras), eventos meteorológicos (e.g. huracanes, lluvias intensas), eventos climáticos anómalamente cálidos (p. ej. El Niño) y anómalamente fríos (p. ej. La Niña). Cada estudio se ha enfocado a explicar la conexión de los distintos procesos biogeoquímicos que ocurren en la superficie del océano y el material particulado conservado en la trampa de sedimentos. Esto ha brindado información relevante de cómo funciona el ciclo del carbono y su eficiencia para secuestrar el carbono atmosférico en La Bahía de La Paz.
En años recientes, se ha documentado una disminución en el flujo de carbono orgánico particulado en la región tropical y subtropical del Pacífico. A partir de muestras recolectadas en la trampa de sedimentos situada en Cuenca Alfonso, se ha comprobado que la “lluvia” de partículas (litogénicas y biogénicas) han experimentado una disminución. El monitoreo temporal del material expresado en biomasa que se hunde al fondo del océano proporciona información sobre la productividad de los océanos. Esto provee una señal imprescindible si queremos comprender cómo funciona el ciclo de carbono y si éste está siendo modificado por el cambio climático. La misión del CICIMAR-IPN es investigar el ecosistema marino del Noroeste de México, el uso de trampas de sedimentación y múltiples equipos de oceanografía ayuda a obtener informacion para comprender la bomba biológica del océano e inferir el impacto del cambio climático sobre los recursos marinos disponibles en México.
Finalmente, es necesario enfatizar la relevancia de implementar y mantener series de tiempo ininterrumpidas que permitan inferir los impactos de la variabilidad natural de la bomba biológica de carbono en el cambio climático y las consecuencias que podrían tener en un futuro en Cuenca Alfonso y otras áreas de relevancia biológica para el país.
Referencias
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