En los últimos 50 años, han aumentado las zonas con deficiencia de oxígeno en mar abierto. Los científicos han atribuido este desarrollo al aumento de las temperaturas globales: menos oxígeno se disuelve en aguas más cálidas y las capas del océano tropical pueden volverse más estratificadas.
por la Universidad de Princeton
Pero ahora, contrariamente a las expectativas generalizadas, un equipo internacional de científicos dirigido por investigadores del Instituto Max Planck de Química y la Universidad de Princeton ha descubierto que las zonas con deficiencia de oxígeno se redujeron durante largos períodos cálidos en el pasado.
«No esperábamos un efecto tan claro», dijo Alexandra Auderset, primera autora del nuevo artículo en la revista Nature y actualmente investigadora postdoctoral visitante en la Universidad de Princeton. Dirigió el estudio con Alfredo Martínez-García en el Instituto Max Planck de Química en Mainz, como parte de una colaboración a largo plazo con el grupo de Daniel Sigman en la Universidad de Princeton.
Comprender estos cambios es importante porque «cuando el oxígeno escasea, la vida tiene más dificultades», dijo Sigman, profesor de ciencias geológicas y geofísicas de Dusenbury. Por ejemplo, en las regiones con poco oxígeno del este del Pacífico y el norte del Océano Índico, solo los microbios y organismos especializados con un metabolismo lento, como las medusas, pueden sobrevivir.
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El contenido de oxígeno pasado de los océanos se puede leer en los sedimentos
Los investigadores hicieron este descubrimiento estudiando archivos de sedimentos marinos. Los núcleos de perforación se pueden usar para determinar las condiciones ambientales pasadas de manera similar a los anillos de los árboles. Entre otras cosas, las capas de sedimentos proporcionan información sobre el contenido de oxígeno del mar en el pasado. Esto se debe al plancton como los foraminíferos, que una vez vivieron en la superficie del mar y cuyos esqueletos se hundieron hasta el fondo del mar donde se convirtieron en parte del sedimento.
Durante su vida, este zooplancton absorbió elementos químicos como el nitrógeno, cuya proporción isotópica a su vez dependía de las condiciones ambientales: en condiciones de deficiencia de oxígeno, ocurre un proceso llamado desnitrificación bacteriana, en el que las bacterias convierten el nutriente nitrato en nitrógeno molecular. Estas bacterias prefieren absorber los isótopos ligeros de nitrógeno en lugar de los pesados, por lo que la proporción cambia en los períodos en que las bacterias estaban activas en los océanos. Los científicos pueden medir esto para determinar la extensión de las zonas anteriores con deficiencia de oxígeno.
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El Océano Pacífico tropical estuvo bien oxigenado durante los últimos períodos cálidos.
Usando isótopos de nitrógeno de foraminíferos, los científicos de Mainz y Princeton demostraron que la desnitrificación en la columna de agua del Pacífico Norte tropical oriental se redujo considerablemente durante dos fases cálidas hace unos 16 y 50 millones de años.
«Hemos trabajado durante décadas para desarrollar los métodos que permitieron estos hallazgos», dijo Sigman. «Y de inmediato, los resultados están alterando nuestra visión de la relación entre el clima y las condiciones de oxígeno del océano».
Sin embargo, aún no está claro qué significa esto para la expansión actual de las zonas de océano abierto con deficiencia de oxígeno, dijo Auderset. «Desafortunadamente, todavía no sabemos si nuestro hallazgo de la reducción de las zonas marinas con deficiencia de oxígeno es aplicable a las próximas décadas o solo a un plazo mucho más largo», dijo. «Esto se debe a que tenemos que resolver si los procesos a corto o largo plazo fueron los responsables del cambio».
Buscando la causa
Una de las principales posibilidades de la disminución de las zonas con deficiencia de oxígeno debido al calentamiento implica una reducción de la productividad biológica alimentada por el afloramiento de las aguas superficiales tropicales. Podría haber ocurrido una disminución en la productividad porque los vientos se debilitaron en el Pacífico ecuatorial bajo un clima más cálido.
En el estudio actual, los autores también encontraron que durante los dos períodos cálidos del Cenozoico, el clima óptimo del Mioceno medio hace unos 16 millones de años y el clima óptimo del Eoceno temprano hace unos 50 millones de años, la diferencia de temperatura entre las latitudes altas y bajas era mucho menor que en la actualidad. Tanto el calentamiento global como el debilitamiento de la diferencia de temperatura entre latitudes altas y bajas deberían haber contribuido a debilitar los vientos tropicales, reduciendo el afloramiento de aguas profundas ricas en nutrientes. Esto, a su vez, habría resultado en una menor productividad biológica en la superficie y menos hundimiento de materia orgánica de algas muertas en las profundidades del océano, proporcionando menos combustible para el consumo de oxígeno que produce condiciones deficientes de oxígeno.
Esta cadena de eventos puede ocurrir con relativa rapidez. Por lo tanto, si también se aplica un cambio similar al calentamiento global provocado por el hombre , entonces podría haber una disminución en el alcance de la deficiencia de oxígeno en el océano abierto en las próximas décadas.
Alternativamente, la causa puede estar en el Océano Antártico, a miles de kilómetros de distancia. Durante los pasados períodos cálidos prolongados, el intercambio de agua entre las aguas superficiales del Océano Antártico y las profundidades del océano («vuelco del océano profundo») puede haberse acelerado, lo que ha llevado a una mayor cantidad de oxígeno en el interior del océano en su conjunto y, por lo tanto, a la reducción de las zonas con poco oxígeno. Si el mayor vuelco del océano profundo impulsado por el Océano Austral fuera la causa principal de la reducción de las zonas tropicales con deficiencia de oxígeno, entonces este efecto tardaría más de cien años en entrar en juego.
«Ambos mecanismos probablemente juegan un papel», dijo Martínez-García, ex investigadora visitante en el grupo de investigación de Sigman. «La carrera ahora ha comenzado para descubrir qué mecanismo es el más importante».
Considerando el futuro
«Teniendo en cuenta nuestras incertidumbres actuales sobre la escala de tiempo del cambio, nuestros hallazgos tienen implicaciones importantes para el futuro del oxígeno del océano», dijo Sigman. «Debido a la menor solubilidad del oxígeno en el agua tibia, es muy probable que las aguas superficiales del océano global continúen disminuyendo, pero nuestros hallazgos sugieren que las zonas deficientes en oxígeno del océano abierto eventualmente se reducirán. El resultado neto será un océano con una capacidad espacial más débil». variación en el oxígeno que existe hoy, y esto afectará a los ecosistemas oceánicos».
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En las aguas costeras, la mayor deficiencia de oxígeno puede dañar los ecosistemas y amenazar las actividades humanas. Sin embargo, las zonas deficientes en oxígeno del océano abierto son fundamentales para el ciclo químico y biológico de la Tierra. Además, si su reducción es causada por una reducción en la productividad tropical, entonces los cambios combinados probablemente serían malos para la productividad biológica del océano tropical y sus pesquerías. Dada la compleja cascada de efectos asociados con los cambios climáticos, dijeron los investigadores, todo requiere esfuerzos para limitar el calentamiento provocado por los humanos.
Más información: Alexandra Auderset et al, Oxigenación oceánica mejorada durante los períodos cálidos del Cenozoico,
Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-05017-0
