Según una nueva investigación aérea realizada por el Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (NSF NCAR), la productividad biológica del océano Austral durante el verano es considerablemente mayor de lo que sugerían muchas estimaciones previas. Los hallazgos aportan nuevos datos sobre el ciclo global del carbono y explican por qué los modelos del sistema terrestre han tenido dificultades para representar con precisión el papel del océano Austral: los modelos que subestiman la productividad biológica del océano también tienden a subestimar su capacidad de absorción de carbono.
Por Laura Snider, Centro Nacional de Investigación Atmosférica
Además, esta nueva investigación es importante para comprender mejor toda la red trófica marina y podría ayudar a mejorar los modelos utilizados para predecir los cambios en la pesca. El estudio, publicado en la revista Nature Geoscience , se basa en mediciones atmosféricas de dióxido de carbono y oxígeno tomadas por aeronaves de investigación que sobrevolaron el Océano Austral durante múltiples campañas de campo a lo largo de casi una década.
«Al estimar la productividad biológica del océano mediante mediciones de oxígeno atmosférico, este estudio ayuda a explicar por qué la mayoría de los modelos no reflejan con precisión la cantidad de carbono que absorbe el Océano Austral», dijo Yuming Jin, investigador postdoctoral de la Universidad de California en Santa Bárbara, quien dirigió el trabajo mientras participaba en el Programa de Estudios Avanzados de la NSF NCAR.
«Hemos desarrollado una técnica novedosa para analizar los datos recogidos por aeronaves de investigación, lo que mejora nuestra comprensión de las interacciones cruciales entre el océano y la atmósfera en esta parte del mundo única e importante.»
El océano Austral desempeña un papel fundamental en la regulación del clima global. Su circulación determina cómo se absorbe y redistribuye el calor, controla el suministro y la distribución de nutrientes que impulsan la productividad marina en todo el mundo y propicia la formación de masas de agua profunda que almacenan carbono durante siglos.
Una nueva técnica para medir la productividad oceánica
La productividad biológica primaria del océano —la tasa de crecimiento de las algas y otros microorganismos mediante la fotosíntesis— está vinculada al ciclo del carbono, ya que este proceso transforma el dióxido de carbono en biomasa. Sin embargo, la productividad biológica no es el único factor que influye en la cantidad de dióxido de carbono que absorbe el océano.
La temperatura del agua también desempeña un papel importante. El agua más cálida puede contener menos dióxido de carbono que el agua más fría. Esto significa que, en verano, el agua superficial debe liberar parte de su dióxido de carbono disuelto a medida que se calienta. Este exceso de dióxido de carbono puede ser absorbido mediante la fotosíntesis o liberado a la atmósfera. El equilibrio entre estos dos procesos determina si el Océano Austral se convierte en una fuente neta de dióxido de carbono (cuando la productividad biológica es baja, el dióxido de carbono se libera a la atmósfera) o en un sumidero (cuando la productividad biológica es alta, el dióxido de carbono se extrae de la atmósfera para reponer el dióxido de carbono disuelto absorbido por la fotosíntesis).
Los científicos saben, gracias a observaciones aéreas y a observaciones realizadas en la superficie del océano, que el océano Austral absorbe más dióxido de carbono durante el verano del hemisferio sur del que libera. Sin embargo, los modelos han tenido dificultades para simular con precisión no solo la magnitud de esa absorción neta, sino también si esta se produce realmente.
«En algunos modelos, los errores son tan grandes que simulan que el Océano Austral libera dióxido de carbono en verano, cuando las observaciones muestran claramente que lo absorbe», dijo Jin. «Necesitábamos una forma de separar las contribuciones biológicas y térmicas a estos sesgos».
Para este nuevo estudio, Jin y sus coautores desarrollaron una técnica innovadora que les permitió establecer esta distinción, centrándose en las mediciones de oxígeno en el aire en lugar de únicamente en el dióxido de carbono. En verano, el oxígeno se libera durante la fotosíntesis y también (al igual que el carbono) por la superficie del océano a medida que las aguas se calientan. En invierno, el oxígeno disminuye debido a la menor actividad biológica y, simultáneamente, la superficie del océano absorbe más oxígeno (al igual que el carbono) del aire al enfriarse.
«El calentamiento y la biología se refuerzan mutuamente en los flujos de oxígeno, en lugar de oponerse como ocurre con el dióxido de carbono», explicó Jin. «Y dado que el componente térmico del flujo de oxígeno se puede estimar con mayor precisión a partir de la temperatura del océano, la medición del oxígeno total nos permite aislar claramente la señal biológica».
Mediante esta nueva técnica, los científicos estimaron que la productividad biológica del Océano Austral transforma 6.500 millones de toneladas métricas de carbono al año en biomasa, una cifra considerablemente superior a la mayoría de las estimaciones previas basadas en modelos y datos satelitales. Si bien esta cantidad es elevada, el dióxido de carbono no se elimina permanentemente del ciclo del carbono. El carbono almacenado en la biomasa se convierte finalmente de nuevo en dióxido de carbono cuando las algas y otros microorganismos mueren, se hunden y se descomponen, devolviéndolo a la atmósfera en otras épocas del año y en diferentes lugares.
El valor único de las mediciones aéreas
Este estudio solo fue posible gracias a que aeronaves de investigación tomaron mediciones de la atmósfera sobre el Océano Austral. Las observaciones desde la superficie son importantes, pero no permiten a los investigadores obtener una visión general del intercambio de gases con la superficie oceánica. Las mediciones tomadas desde barcos o boyas robóticas en el agua, por ejemplo, son difíciles de usar para generalizar las condiciones a gran escala, ya que el océano se mezcla lentamente, lo que permite una variabilidad significativa entre puntos. Las observaciones del aire desde barcos o en tierra nos brindan datos útiles sobre lo que sucede en la superficie, pero no sobre lo que sucede por encima de nosotros.
En cambio, los aviones de investigación pueden cubrir una gran extensión de terreno —volando tanto cerca de la superficie como a miles de metros de altura— para obtener una visión completa. Y debido a que la atmósfera se mezcla rápidamente, las mediciones pueden generalizarse a toda una cuenca oceánica.
Las observaciones utilizadas en este estudio se recopilaron durante diez campañas distintas realizadas en el marco de tres proyectos: el proyecto HIAPER Pole-to-Pole Observations (HIPPO), que se desarrolló entre 2009 y 2011; el estudio O₂ / N₂ Ratio and CO₂ Airborne Southern Ocean (ORCAS), que se llevó a cabo en 2016; y la misión Atmospheric Tomography Mission (ATom) de la NASA, que se desarrolló entre 2016 y 2018. Tanto HIPPO como ORCAS utilizaron el avión Gulfstream V del NSF NCAR, mientras que ATom utilizó el DC-8 de la NASA. Los datos recopilados durante estas campañas han servido de base para cientos de publicaciones revisadas por pares y han propiciado avances significativos en nuestra comprensión del ciclo del carbono y la química atmosférica.
«Los aviones de investigación de alto rendimiento nos permiten realizar mediciones cruciales de la atmósfera que no podríamos obtener de ninguna otra manera», afirmó Britton Stephens, científico del NSF NCAR y coautor del estudio. «El retorno de la inversión de estas campañas de medición aérea ha sido inmenso».
Detalles de la publicación
Yuming Jin et al., Restricciones del oxígeno atmosférico sobre la productividad del Océano Austral y factores determinantes de la absorción de carbono, Nature Geoscience (2026). DOI: 10.1038/s41561-026-01944-z
