El océano desempeña un papel fundamental en el ciclo del dióxido de carbono en la atmósfera.
por el Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey
Determinar la cantidad de carbono retenido en el océano es fundamental para comprender el cambio climático de la Tierra. Sin embargo, la medición y el monitoreo de los procesos oceanográficos a gran escala supone un desafío para los científicos.
Investigadores del MBARI y colaboradores de la Universidad Estatal de Florida han desarrollado un nuevo método para analizar datos satelitales y predecir mejor la exportación de carbono. El equipo publicó recientemente sus hallazgos en la revista Geophysical Research Letters .
«Necesitamos urgentemente herramientas para monitorear la conexión océano-carbono a escala global. Al aprovechar diversos conjuntos de datos, hemos identificado un nuevo camino para mejorar las estimaciones de exportación de carbono desde el espacio», afirmó Monique Messié, investigadora principal que lidera el Equipo de Integración de Datos y Oceanografía Interdisciplinaria del MBARI y fue la autora principal del estudio reciente.
El océano y sus habitantes son partes cruciales del ciclo del carbono de la Tierra. El dióxido de carbono se disuelve en el océano y la vida marina lo convierte en materia orgánica que posteriormente se hunde en las profundidades marinas. En conjunto, estos procesos pueden retener o secuestrar el carbono de la atmósfera en las profundidades oceánicas, un proceso conocido como exportación de carbono.
Las mediciones directas de la exportación de carbono son escasas, por lo que los científicos deben basarse en modelos y datos satelitales para comprender los patrones a gran escala en la conexión océano-carbono. El fitoplancton, diminuto y similar a las plantas, presente en las aguas superficiales del océano convierte el dióxido de carbono en carbono orgánico mediante la fotosíntesis. Los científicos pueden utilizar datos satelitales del color del océano para estimar la productividad del fitoplancton. Sin embargo, los modelos satelitales existentes a menudo no captan lo que sucede bajo la superficie del océano.
El afloramiento costero de la Corriente de California —una corriente fría y rica en nutrientes que se extiende desde la Columbia Británica hasta Baja California— genera un auge de la productividad. Las corrientes oceánicas pueden transportar fitoplancton a cientos de kilómetros de la costa. La vida marina consume fitoplancton, transportando carbono a través de la red trófica en forma de alimento y desechos. El fitoplancton muerto y los desechos ricos en carbono finalmente se hunden a las profundidades, formando parte de una bomba biológica que puede retener el carbono en las profundidades marinas durante miles de años.
El Equipo de Integración de Datos y Oceanografía Interdisciplinaria de MBARI trabaja para comprender los procesos oceánicos aprovechando diversos conjuntos de datos de diversas disciplinas, desde la física hasta los ecosistemas.
El equipo está particularmente interesado en analizar qué procesos determinan los patrones de las comunidades biológicas en toda la columna de agua a lo largo del tiempo. Estas relaciones son especialmente difíciles de descifrar porque no siempre son directas. Por ejemplo, dado que el plancton es desplazado por las corrientes, lo que observamos en un lugar puede ser el resultado de condiciones pasadas a decenas de kilómetros de distancia.
El Equipo de Integración de Datos y Oceanografía Interdisciplinaria desarrolla modelos para desenredar estos efectos y descubrir qué procesos impulsan las comunidades biológicas, describir cómo ocurren y cuantificar su impacto.
MBARI ha implementado un conjunto de tecnologías avanzadas en la Estación M, un sitio de investigación frente a la costa de California Central, para monitorear el fondo marino abisal. La riqueza de datos de este observatorio a largo plazo ha ayudado a los investigadores a comprender cómo se recicla el carbono desde la superficie hasta las profundidades marinas.
Los investigadores y colaboradores del MBARI habían observado previamente pulsos de carbono en el fondo marino profundo que no podían explicarse mediante los algoritmos satelitales existentes de exportación de carbono. Estos algoritmos modelan la física y la biogeoquímica oceánica, pero no consideran el desfase temporal y espacial entre la productividad del fitoplancton en la superficie y la exportación de carbono a las profundidades marinas.
Messié y un equipo de investigadores y colaboradores del MBARI buscaron una nueva vía para mejorar las estimaciones de la exportación de carbono. El equipo desarrolló un modelo satelital de crecimiento-advección lagrangiano que mapea la sucesión y exportación del plancton a la circulación oceánica superficial tras las surgencias costeras. El modelo se diseñó inicialmente para rastrear puntos calientes biológicos donde se congrega la vida marina.
En lugar de basarse en datos del color del océano para estimar la exportación de carbono, este nuevo enfoque incorpora las compensaciones entre la producción y la exportación, el papel del zooplancton y la advección de floraciones de plancton por las corrientes oceánicas . Este método funcionó tan bien como los modelos basados en el color del océano o el monitoreo a largo plazo del carbono que cae sobre el fondo marino abisal.
El éxito del equipo demuestra que la exportación puede representarse correctamente desde el espacio sin el color del océano, utilizando un modelo de plancton y registros satelitales de corrientes oceánicas. Estos resultados aportan nuevos conocimientos sobre los factores que controlan la exportación de carbono, cómo representarla desde el espacio y sus patrones espaciotemporales en una región oceánica productiva.
El Equipo de Integración de Datos y Oceanografía Interdisciplinaria del MBARI aprovechará este nuevo modelo para comprender mejor cómo los flujos de carbono de las profundidades marinas están conectados con los procesos de la superficie.
El año que viene, el becario postdoctoral entrante de MBARI, Théo Picard, trabajará con Messié para explorar qué mecanismos impulsan los pulsos intensos e inexplicables observados en el monitoreo a largo plazo de MBARI en la Estación M. Además de refinar el modelo de crecimiento-advección lagrangiano de la exportación de carbono de la superficie, Picard utilizará el aprendizaje automático para aprovechar los análisis previos para estimar la cuenca de la superficie en la Estación M y trabajará con el Equipo de Ecología del Flujo de Carbono de MBARI para investigar el papel de la composición de la comunidad biológica.
Una compleja red de factores físicos y biológicos influye en el ciclo del carbono oceánico . El uso de datos satelitales sobre vientos y corrientes resulta prometedor para estimar la exportación de carbono oceánico , ofreciendo una perspectiva complementaria a los modelos que utilizan el color del océano visible desde el espacio. Esperamos que la comunidad de investigación marina pueda aprovechar nuestro trabajo para representar mejor los complejos procesos oceanográficos a partir de datos satelitales, afirmó Messié.
Más información: M. Messié et al., Interacción espacial y temporal entre la circulación oceánica y la producción biológica en la configuración de la exportación de carbono frente a las costas de California, Geophysical Research Letters (2025). DOI: 10.1029/2024GL113707
