Investigadores de Stanford descubrieron en el mar de Chukchi floraciones de fitoplancton bajo el hielo hasta diez veces más densas que en aguas abiertas y un mecanismo que acelera cuatro veces su descenso
Redactor: Camila Herrera R.
Editor: Javier Morales O.
Una convergencia de corrientes en el mar de Chukchi, en el océano Ártico, puede transportar fitoplancton cargado de carbono desde las aguas situadas bajo el hielo hasta el fondo marino aproximadamente cuatro veces más rápido que su velocidad habitual de hundimiento. El mecanismo fue documentado por investigadores de la Universidad de Stanford a partir de observaciones realizadas durante una expedición científica en 2023.
Los resultados aportan nuevas evidencias sobre la manera en que procesos físicos regionales pueden modificar el ciclo del carbono y las redes alimentarias del Ártico. Los científicos encontraron además floraciones de fitoplancton extraordinariamente densas bajo una cubierta de hielo de hasta dos metros de espesor, lo que demuestra que estos microorganismos pueden desarrollarse intensamente en condiciones que anteriormente se consideraban poco favorables.
El fitoplancton utiliza la energía solar para realizar fotosíntesis, incorpora carbono y constituye la base de buena parte de las cadenas alimentarias oceánicas. Cuando estos organismos mueren o forman agregados, una fracción de su materia orgánica desciende hacia las profundidades, un proceso relacionado con la capacidad del océano para almacenar carbono en sus aguas profundas y sedimentos.
Floraciones extraordinarias sobreviven bajo dos metros de hielo
El equipo dirigido por el oceanógrafo biológico Kevin Arrigo, de la Stanford Doerr School of Sustainability, regresó al mar de Chukchi en 2023 para estudiar cómo evolucionan las floraciones de fitoplancton bajo el hielo y qué ocurre con esa biomasa cuando termina su período de crecimiento.
Los investigadores recolectaron muestras de agua para medir nutrientes y utilizaron el carbono y la clorofila como indicadores de la abundancia de fitoplancton. También instalaron trampas de sedimentos flotantes tanto en aguas abiertas como en aberturas realizadas en el hielo para capturar el material que descendía desde las capas superiores.
Las observaciones revelaron una de las floraciones de fitoplancton bajo el hielo más densas registradas hasta ahora. En algunos lugares, la concentración fue hasta diez veces superior a la encontrada aproximadamente un mes después en aguas abiertas, cuando el retroceso estacional de la cubierta helada ya había avanzado.
El resultado complementa investigaciones anteriores sobre la respuesta del fitoplancton del Ártico a las variaciones de temperatura, que han mostrado que los cambios ambientales pueden alterar tanto la productividad como la composición de estas comunidades microscópicas.
Las grietas permiten suficiente luz para mantener la fotosíntesis
La existencia de grandes poblaciones bajo una cubierta de hielo considerable puede parecer contradictoria porque el fitoplancton necesita luz. Las mediciones indican, sin embargo, que la radiación solar que atraviesa grietas y otras discontinuidades de la superficie congelada puede proporcionar suficiente energía para mantener la fotosíntesis.
Las floraciones comenzaron a debilitarse cuando agotaron buena parte de los nutrientes disponibles, particularmente el nitrato. A partir de ese momento, una fracción creciente de los microorganismos empezó a descender a través de la columna de agua.
En buena parte de la zona estudiada, el fitoplancton descendió después del máximo de la floración a una velocidad cercana a medio metro por día. Pero las mediciones mostraron un comportamiento muy diferente en determinadas áreas donde convergían masas de agua con propiedades distintas.
Una colisión de corrientes crea un atajo hacia las profundidades
El mecanismo se produce en un frente oceánico, es decir, una zona donde confluyen masas de agua diferentes. El agua fría y salada situada bajo el hielo se desplaza hacia el sur hasta encontrarse con una corriente de agua relativamente más cálida y dulce procedente de aguas abiertas.
Cuando ambas masas convergen, el agua fría y más densa se hunde mientras la más cálida y ligera permanece encima. Ese movimiento descendente arrastra consigo el fitoplancton y acelera aproximadamente cuatro veces su transporte hacia las profundidades respecto de las velocidades observadas en otras partes del mar de Chukchi.
El hallazgo muestra que el descenso de partículas orgánicas no depende exclusivamente de la gravedad. Otros trabajos han analizado cómo los movimientos físicos del océano participan en la bomba biológica de carbono, mediante la cual materia producida cerca de la superficie puede ser transportada hacia aguas más profundas.
Los frentes oceánicos se forman en numerosos lugares del planeta debido a corrientes, vientos, aportes fluviales y otros procesos. Por ello, los investigadores consideran que mecanismos físicos relativamente pequeños en escala espacial podrían tener que incorporarse con mayor detalle a las estimaciones globales del transporte oceánico de carbono.
El descenso rápido puede alimentar la vida del fondo marino
El descubrimiento también ofrece una posible explicación para la elevada biomasa observada anteriormente en ciertas áreas del fondo del Ártico. Comunidades de almejas, ofiuras y otros organismos bentónicos necesitan un suministro de materia orgánica procedente de las capas superiores para sostenerse.
Si una convergencia de corrientes lleva rápidamente fitoplancton recién producido hasta el lecho marino, una mayor proporción de esa materia puede alcanzar a los organismos bentónicos antes de ser consumida o degradada durante un descenso prolongado.
La llegada de carbono orgánico al sedimento tiene además implicaciones climáticas. Un estudio reciente realizado frente a la isla canadiense de Qikiqtaruk encontró que el fondo del océano Ártico puede conservar una parte importante del carbono orgánico que recibe, aunque el origen y el destino de ese carbono varían según los procesos físicos, químicos y biológicos de cada región.
El calentamiento puede reorganizar la red alimentaria del Ártico
La investigación plantea interrogantes sobre cómo estos procesos cambiarán a medida que disminuya el hielo marino. El Ártico se está calentando mucho más rápidamente que el promedio mundial, modificando la cantidad de luz que penetra en el océano, la estratificación de sus aguas y la disponibilidad de nutrientes para los productores primarios.
Las floraciones tempranas bajo el hielo podrían beneficiar a organismos del fondo si una mayor cantidad de materia orgánica alcanza los sedimentos. Al mismo tiempo, existe la posibilidad de que una floración que alcance su máximo demasiado pronto deje menos alimento disponible posteriormente para el zooplancton y algunos animales que dependen de él en las capas superiores.
La relación entre pérdida de hielo y productividad marina tampoco es lineal. Investigaciones sobre los efectos de una menor cubierta de hielo sobre los ecosistemas del océano Ártico han mostrado que el aumento de la luz disponible puede favorecer determinados procesos biológicos, pero también desencadenar cambios complejos en la producción primaria y en el funcionamiento del ecosistema.
El carbono capturado por el fitoplancton no siempre llega al sedimento
Una de las grandes incógnitas del ciclo oceánico del carbono es determinar qué proporción del carbono incorporado por el fitoplancton termina realmente almacenada durante períodos prolongados. Buena parte de la materia orgánica es consumida por otros organismos o degradada por microorganismos durante su descenso.
La velocidad importa porque cuanto más tiempo permanece una partícula en la columna de agua, mayores son las oportunidades para que sea consumida, fragmentada o remineralizada antes de alcanzar grandes profundidades. Un transporte acelerado puede modificar esas probabilidades y aumentar el flujo de material relativamente fresco hacia el fondo.
Este proceso forma parte de la denominada bomba biológica de carbono. La complejidad de ese sistema queda reflejada en estudios sobre cómo los microorganismos asociados con partículas que se hunden pueden limitar el transporte de carbono hacia las profundidades.
El deshielo introduce nuevas incertidumbres en el ciclo del carbono
Los investigadores consideran que las observaciones del mar de Chukchi apuntan a un posible aumento del carbono capturado por el fitoplancton y posteriormente depositado en sedimentos. Sin embargo, advierten que todavía existen importantes incertidumbres que impiden extrapolar directamente el resultado a todo el océano Ártico.
Una de ellas está relacionada con el agua dulce procedente del deshielo. Si el calentamiento genera una capa superficial de agua más cálida y menos salina, esta puede dificultar la mezcla con las aguas profundas ricas en nutrientes. Una reducción del suministro de nitrato hacia la superficie podría terminar limitando el crecimiento del propio fitoplancton.
El equilibrio dependerá, por tanto, de procesos que actúan simultáneamente: pérdida de hielo, mayor penetración de luz, cambios en las corrientes, disponibilidad de nutrientes, estratificación de la columna de agua y transformación de las comunidades biológicas.
Las observaciones de 2023 muestran que incluso un frente oceánico localizado puede determinar con qué rapidez la materia orgánica abandona las capas superficiales y llega al fondo. Incorporar mejor estos mecanismos a los modelos será fundamental para estimar cómo un Ártico con menos hielo modificará sus ecosistemas y su papel dentro del ciclo global del carbono.
Fuentes referenciales:
Phys.org
Stanford Doerr School of Sustainability
