En algunas partes de las profundidades oceánicas, puede parecer que está nevando. Esta «nieve marina» consiste en el polvo y los detritos que los organismos desprenden al morir y descomponerse.
por el Instituto Tecnológico de Massachusetts
La nieve marina puede caer varios kilómetros hasta las partes más profundas del océano, donde las partículas quedan enterradas en el lecho marino durante milenios.
Ahora, investigadores del MIT y sus colaboradores han descubierto que, a medida que cae la nieve marina, diminutos polizones pueden limitar la profundidad a la que las partículas pueden hundirse antes de disolverse. El equipo demuestra que, cuando las bacterias se enganchan a las partículas de nieve marina, estos microbios pueden erosionar el carbonato de calcio, un lastre esencial que facilita el hundimiento de las partículas.
Los hallazgos, publicados esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias , podrían explicar cómo se disuelve el carbonato de calcio en las capas superficiales del océano, donde los científicos asumían que debería permanecer intacto. Los resultados también podrían cambiar la comprensión de los científicos sobre la rapidez con la que el océano puede secuestrar carbono de la atmósfera.
La nieve marina es un vehículo principal mediante el cual el océano almacena carbono. En la superficie del océano, el fitoplancton absorbe dióxido de carbono de la atmósfera y lo convierte en otras formas de carbono, como el carbonato de calcio, el mismo que se encuentra en las conchas y los corales. Al morir, fragmentos de fitoplancton se desplazan por el océano en forma de nieve marina, transportando el carbono consigo. Si las partículas llegan a las profundidades oceánicas, el carbono que transportan puede quedar enterrado y almacenado durante cientos o miles de años.
Pero el nuevo estudio sugiere que las bacterias podrían estar obstaculizando la capacidad del océano para secuestrar carbono. Al erosionar el carbonato de calcio de las partículas, las bacterias pueden ralentizar significativamente el hundimiento de la nieve marina. Cuanto más tiempo permanecen, mayor es la probabilidad de que las partículas sean respiradas rápidamente, liberando dióxido de carbono en las aguas poco profundas del océano y, posiblemente, de vuelta a la atmósfera.
«Lo que hemos demostrado es que el carbono podría no hundirse tan profundamente ni tan rápido como cabría esperar», afirma Andrew Babbin, coautor del estudio, profesor asociado del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias y director de misión del Proyecto Climático del MIT. «Mientras la humanidad intenta diseñar una solución al problema de tener tanto CO₂ en la atmósfera, debemos tener en cuenta estos mecanismos y retroalimentaciones microbianos naturales».
El autor principal del estudio es Benedict Borer, ex investigador postdoctoral del MIT que ahora es profesor adjunto de ciencias marinas y costeras en la Escuela de Ciencias Ambientales y Biológicas de Rutgers; los coautores incluyen a Adam Subhas y Matthew Hayden de la Institución Oceanográfica Woods Hole y Ryan Woosley, científico investigador principal del Centro de Ciencia y Estrategia de Sostenibilidad del MIT.
Perder peso
La nieve marina actúa como la principal «bomba biológica» del océano, el proceso mediante el cual el océano extrae carbono de la superficie hacia las profundidades oceánicas. Los científicos estiman que la nieve marina es responsable de la absorción de miles de millones de toneladas de carbono cada año. La capacidad de la nieve marina para hundirse proviene principalmente de minerales como el carbonato de calcio incrustado en sus partículas. Este mineral es un lastre denso que lastra la partícula. Cuanto más carbonato de calcio contenga una partícula, más rápido se hundirá.
Los científicos habían asumido, basándose en la termodinámica, que el carbonato de calcio no debería disolverse en las capas superiores del océano, dadas las condiciones generales de temperatura y pH en la superficie del océano. Cualquier carbonato de calcio ligado a la nieve marina debería entonces hundirse con seguridad a profundidades superiores a los 1000 metros sin disolverse en el proceso.
Pero los oceanógrafos han observado desde hace mucho tiempo signos de carbonato de calcio disuelto en las capas superiores del océano, lo que sugiere que algo más que las condiciones a macroescala del océano estaba disolviendo el mineral y desacelerando la bomba biológica del océano.
Y, de hecho, el equipo del MIT ha descubierto que lo que disuelve el carbonato de calcio en aguas poco profundas es un proceso a microescala que ocurre dentro del entorno inmediato de una partícula individual.
«La mayoría de los oceanógrafos piensan en la macroescala, y en este caso, lo que ocurre en las partículas microscópicas es lo que realmente controla la composición química del agua de mar en general», afirma Borer. «Las consecuencias para la capacidad del océano de secuestro de dióxido de carbono son numerosas».
Un punto dulce que se hunde
En su nuevo estudio, los investigadores realizaron un experimento para simular el hundimiento de una partícula de nieve marina y sus interacciones a microescala. El equipo sintetizó partículas similares a la nieve marina, creadas a partir de concentraciones variables de carbonato de calcio y bacterias, organismos que suelen alimentarse de estas partículas en el océano.
«El océano es un medio bastante diluido en cuanto a materia orgánica», dice Babbin. «Por lo tanto, organismos como las bacterias tienen que buscar alimento. Y las partículas de nieve marina son como hamburguesas con queso para las bacterias».
El equipo diseñó un pequeño chip microfluídico para contener las partículas e hizo fluir agua de mar a través de él a diferentes velocidades para simular diferentes velocidades de hundimiento en el océano. Sus experimentos revelaron que, siempre que las partículas albergaban bacterias, también perdían rápidamente carbonato de calcio, que se disolvía en el agua de mar circundante. A medida que las bacterias se alimentan de la materia orgánica de las partículas, los microbios excretan desechos ácidos que disuelven el carbonato de calcio inorgánico que lastra las partículas.
Los investigadores también descubrieron que la cantidad de carbonato de calcio que se disuelve depende de la velocidad a la que se hunden las partículas. Hicieron fluir agua de mar alrededor de las partículas a velocidades lentas, intermedias y rápidas, y descubrieron que tanto el hundimiento lento como el rápido limitan la cantidad de carbonato de calcio disuelto. Con el hundimiento lento, las partículas no reciben tanto oxígeno del entorno, lo que básicamente sofoca a las bacterias que se hunden. Cuando las partículas se hunden rápidamente, las bacterias pueden estar suficientemente oxigenadas, pero cualquier residuo que produzcan puede eliminarse fácilmente antes de que puedan disolver el carbonato de calcio de las partículas.
A velocidades intermedias, existe un punto óptimo: las bacterias están suficientemente oxigenadas y también pueden acumular suficientes desechos, lo que permite que los microbios disuelvan eficientemente el carbonato de calcio.
En general, el trabajo demuestra que las bacterias pueden tener un efecto significativo en la capacidad de la nieve marina para hundirse y secuestrar carbono en las profundidades oceánicas. Las bacterias se encuentran en todas partes, especialmente en las regiones oceánicas menos profundas. Aunque las condiciones a macroescala en estas capas superiores no deberían disolver el carbonato de calcio, el estudio concluye que las bacterias que operan a microescala probablemente sí lo hagan.
Los hallazgos podrían explicar las observaciones de los oceanógrafos sobre el carbonato de calcio disuelto en regiones oceánicas poco profundas. También ilustran que las bacterias y otros microbios podrían estar vulnerando la capacidad natural del océano para secuestrar carbono, al disolver el lastre de la nieve marina y ralentizar su descenso hacia las profundidades oceánicas. A medida que los seres humanos consideran soluciones climáticas que implican mejorar la función de bombeo biológico del océano, los investigadores enfatizan que es necesario tener en cuenta el papel de las bacterias.
«Los conocimientos de este trabajo son vitales para predecir cómo responderán los ecosistemas a los intentos de eliminación del dióxido de carbono marino y, en general, cómo cambiarán los océanos en respuesta a futuros escenarios climáticos», dice Benedict Borer, quien llevó a cabo los experimentos del estudio como investigador postdoctoral en el Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT.
Detalles de la publicación
Borer, Benedict et al., Disolución microbiana mejorada de calcita en partículas marinas que se hunden, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2026). DOI: 10.1073/pnas.2510025123 . doi.org/10.1073/pnas.2510025123
