El oceanógrafo biológico Hugh Ducklow estudia la red alimentaria marina y cómo interactúa con las propiedades físicas de los océanos.
por Kevin Krajick, Instituto de la Tierra de la Universidad de Columbia
Gran parte de su trabajo se realiza a través del Programa de Investigación Ecológica a Largo Plazo (LTER) de EE. UU., en el que los investigadores han investigado durante décadas las tendencias en 28 regiones terrestres y marinas de los Estados Unidos, junto con algunos sitios en otros lugares. Además del océano abierto, los estudios abarcan desiertos, costas, ríos, bosques y praderas. De 2012 a 2018, mientras trabajaba en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia, Ducklow dirigió el sitio LTER de la Estación Palmer, la base para cruceros anuales a través de 800 kilómetros de aguas heladas frente a la Península Antártica.
Para conmemorar el 40 aniversario del programa LTER, los investigadores acaban de publicar una serie de artículos sobre cómo el cambio climático está afectando sus sitios. Ducklow lideró la sección sobre ambientes de mar abierto, que además de la Antártida se extiende por las aguas de Alaska, California y el noreste de los EE. UU. Hablamos con él sobre el trabajo, sus observaciones y las de sus colegas, y las perspectivas para el futuro.
¿Por qué debería importarnos lo que el cambio climático le hace a los océanos?
Además del hecho de que los productos del mar constituyen la principal fuente de proteínas para unos 3.000 millones de personas, el océano absorbe una gran cantidad de exceso de calor y dióxido de carbono generado por el hombre. Alrededor del 90 por ciento de todo el exceso de calor producido por el efecto invernadero desde la Revolución Industrial se encuentra en el océano. El océano global también ha absorbido entre un cuarto y un tercio de nuestras emisiones de dióxido de carbono. Ambos procesos mantienen la temperatura del aire más fría de lo que sería de otra manera. Pero ambos vienen con costos. El océano se está calentando como resultado del calor añadido. La señal de calentamiento causada por el hombre es incluso detectable en las profundidades del Océano Austral. La absorción mejorada de dióxido de carbono está causando la acidificación de los océanos. Las consecuencias ecológicas del calentamiento y la acidificación apenas comienzan a entenderse, y la capacidad futura para seguir almacenando calor y CO2 no es seguro.
¿Cuáles son algunos de los efectos físicos del clima en las aguas oceánicas y dónde los vemos con más fuerza?
Como dije, los océanos se están calentando, pero el calentamiento y sus efectos no son uniformes en el espacio ni en el tiempo. Las respuestas al cambio climático por parte del sistema físico son más fuertes y más evidentes justo en la superficie. Esto es importante porque el calor y el CO 2se intercambian allí, y porque allí crece el fitoplancton. Dependiendo de los vientos, las tormentas y las corrientes, la capa superficial variará en profundidad desde casi cero en verano hasta más de 1.000 metros en invierno. La temperatura afecta la profundidad de la capa superficial y, en el caso de los sitios polares, también lo hace el hielo marino. Cerca de los polos en invierno, hay poca o ninguna radiación solar y el hielo marino cubre el océano. En la primavera, cuando sale el sol, la superficie del océano se calienta y el hielo marino se derrite, agregando agua dulce a la superficie. Las aguas más cálidas y dulces son menos densas que las aguas más frías y saladas, por lo que la capa superficial es poco profunda.
La profundidad de la capa mixta superficial es cada vez más superficial en la mayoría de los sitios de la red LTER: la Antártida de Palmer, la plataforma continental del noreste de EE . UU. y el norte del golfo de Alaska. Sin embargo, ningún cambio es evidente en la Corriente de California, a pesar de un récord ininterrumpido de observaciones desde 1950 y el calentamiento de la temperatura del agua.
¿Qué cambios biológicos se están produciendo? ¿Podemos vincularlos claramente con las tendencias climáticas?
La profundidad de la capa superficial del océano controla la tasa de crecimiento del fitoplancton. Cuando la capa superficial es poco profunda, el fitoplancton se retiene a la luz del sol, pero no tiene acceso a los nutrientes. Cuando la capa superficial es profunda, el fitoplancton puede acceder a los nutrientes, pero la luz solar es tenue o está ausente. Se han documentado tendencias en el fitoplancton en algunos, pero no en todos los sitios LTER. El fitoplancton es el único organismo que se puede detectar por satélite, pero las tendencias en su abundancia no son tan claras como los cambios físicos que acabo de describir. La evidencia de fitoplancton está aumentando en la Antártida, como se esperaba en una capa superficial poco profunda, pero disminuyendo sobre la plataforma continental del noreste de los EE. UU., a pesar de la poca profundidad. No hay cambios evidentes en los otros sitios. El zooplancton muestra tendencias crecientes en la Antártida, como se esperaba del aumento del fitoplancton. También están aumentando en el sistema de la Corriente de California, aunque el fitoplancton no lo está haciendo.
Aunque existen largos registros de cambios en la corriente de California (70 años), la plataforma nororiental de los EE. UU. (40 años) y la Antártida Palmer (30 años), todavía es difícil decir con certeza que son causados por el cambio climático. Las simulaciones numéricas de imágenes satelitales sugieren que alrededor de 50 años es el tiempo mínimo necesario para atribuir las tendencias observadas al cambio climático. Algunos cambios pueden tardar un siglo o más.
¿Están sucediendo cosas en la Antártida que la distinguen de las otras regiones?
Una característica distintiva simple de los mares árticos y antárticos es que están cubiertos por hielo marino. Pero la duración y la extensión de la capa de hielo están disminuyendo a medida que los océanos polares se calientan. Los ciclos de vida de los organismos del Ártico y la Antártida, como el krill y las aves marinas, están en sintonía con la cubierta de hielo estacional y pueden verse alterados a medida que la cubierta disminuye. El hielo marino bloquea la luz solar, lo que influye en el momento de las floraciones de fitoplancton. Aunque el hielo marino está disminuyendo rápidamente en ambos polos, los efectos son inciertos. A medida que disminuye el hielo marino, se abren nuevas áreas anteriormente cubiertas de hielo para el crecimiento del fitoplancton, lo que expande el ecosistema marino polar. Pero a medida que la cubierta desaparece, su aporte de agua dulce disminuirá y disminuirá la capa fresca en la superficie del océano. El impacto neto para el futuro ecosistema no está claro.
Otra característica distintiva de los ecosistemas antárticos parece ser la diversidad y el ritmo del cambio ecológico. Suponemos que la variabilidad y el cambio climático primero afectan las propiedades físicas y luego los cambios físicos provocan respuestas ecológicas. Las respuestas ecológicas se pueden organizar en aquellas que comienzan con el fitoplancton en la base de la red alimentaria, es decir, respuestas de abajo hacia arriba; y aquellos que afectan a los principales depredadores, como los pingüinos, con cambios que se propagan a través de la red alimentaria o respuestas de arriba hacia abajo. En la Antártida, estamos viendo cambios en el clima y los sistemas físicos y en toda la red alimentaria, desde las diatomeas hasta el krill y los pingüinos. Estos procesos se encuentran en el medio, convergiendo en krill.
¿Hemos estado observando estos sitios el tiempo suficiente para tener una buena idea de hacia dónde se dirigen las cosas en el futuro?
El tiempo que se necesita para saber hacia dónde se dirigen los ecosistemas depende de los cambios que le interesen. Es más fácil observar y documentar los cambios físicos, porque el sistema solo consta de calor, salinidad, corrientes y mezcla, y porque tenemos buenos instrumentos para hacer mediciones de precisión de esas variables. Por el contrario, se necesitan de docenas a cientos de mediciones diferentes para caracterizar la variabilidad en las respuestas biológicas de múltiples especies, y solo unas pocas se pueden muestrear y medir de forma remota. Con algunas excepciones clave, la detección de cambios para muchos grupos de organismos aún depende de que los científicos y estudiantes individuales realicen recuentos visuales uno por uno simples, lentos y tediosos. Estas medidas se están automatizando lentamente. Drones, acústica montada en barcos, Las cámaras de video digitales sumergibles y los planeadores oceánicos instrumentados están comenzando a generar vistas completas y en tiempo real de los océanos. La capa de hielo marino y los icebergs siguen siendo grandes obstáculos para dejar los instrumentos desatendidos durante el invierno, por lo que muchas mediciones se limitan a los meses de verano sin hielo.
¿Cuáles han sido algunos de los desafíos al trabajar fuera de la Antártida?
Están los desafíos obvios: planificar el trabajo en una ubicación remota (el viaje lleva siete días de puerta en puerta en cada sentido) y anticipar todo lo que pueda necesitar. Hay tormentas, alta mar, capa de hielo. Nos quedamos atrapados en el hielo durante dos semanas en septiembre de 2001. Luego, los problemas de la cadena de suministro, el reclutamiento de personal y el mantenimiento de una serie temporal de observaciones y mediciones de alta calidad durante décadas. El trabajo de preparación para el próximo año comienza literalmente antes de partir hacia el barco este año. El proyecto no es simplemente la serie temporal, sino una investigación científica viva y en evolución con giros equivocados, callejones sin salida y descubrimientos inesperados. A pesar de los desafíos, es un lugar hermoso y emocionante para trabajar.
