Los giros subtropicales son enormes corrientes oceánicas giratorias que generan circulaciones sostenidas en las regiones subtropicales de la Tierra justo al norte y al sur del ecuador.
por Jennifer Chu, Instituto de Tecnología de Massachusetts
Estos giros son remolinos de movimiento lento que circulan dentro de cuencas masivas en todo el mundo, recogiendo nutrientes, organismos y, a veces, basura, a medida que las corrientes giran de costa a costa.
Durante años, los oceanógrafos se han desconcertado con las observaciones contradictorias dentro de los giros subtropicales. En la superficie, estas corrientes masivas parecen albergar poblaciones saludables de fitoplancton, microbios que alimentan el resto de la cadena alimenticia del océano y son responsables de absorber una porción significativa del dióxido de carbono de la atmósfera .
Pero a juzgar por lo que los científicos saben sobre la dinámica de los giros, estimaron que las corrientes en sí mismas no podrían mantener suficientes nutrientes para sustentar el fitoplancton que estaban viendo. Entonces, ¿cómo pudieron prosperar los microbios?
Ahora, los investigadores del MIT han descubierto que el fitoplancton puede recibir suministros de nutrientes desde fuera de los giros, y que el vehículo de suministro tiene la forma de remolinos, corrientes mucho más pequeñas que se arremolinan en los bordes de un giro . Estos remolinos extraen nutrientes de las regiones ecuatoriales ricas en nutrientes y los empujan hacia el centro de un giro, donde los nutrientes son absorbidos por otras corrientes y bombeados a la superficie para alimentar al fitoplancton.
Los remolinos oceánicos, descubrió el equipo, parecen ser una fuente importante de nutrientes en los giros subtropicales. Su efecto de reposición, que los investigadores denominan «transmisión de nutrientes», ayuda a mantener las poblaciones de fitoplancton, que desempeñan un papel central en la capacidad del océano para secuestrar carbono de la atmósfera. Si bien los modelos climáticos tienden a proyectar una disminución en la capacidad del océano para secuestrar carbono en las próximas décadas, este «relevo de nutrientes» podría ayudar a mantener el almacenamiento de carbono en los océanos subtropicales.
«Hay mucha incertidumbre sobre cómo evolucionará el ciclo del carbono del océano a medida que el clima continúa cambiando», dice Mukund Gupta, un postdoctorado en Caltech que dirigió el estudio como estudiante de posgrado en el MIT. «Como muestra nuestro artículo, obtener la distribución correcta del carbono no es sencillo y depende de comprender el papel de los remolinos y otros movimientos a pequeña escala en el océano».
Gupta y sus colegas informan sus hallazgos esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias . Los coautores del estudio son Jonathan Lauderdale, Oliver Jahn, Christopher Hill, Stephanie Dutkiewicz y Michael Follows del MIT, y Richard Williams de la Universidad de Liverpool.
Un rompecabezas nevado
Una sección transversal de un giro oceánico se asemeja a una pila de cuencos de anidación estratificados por densidad: las capas más cálidas y ligeras se encuentran en la superficie, mientras que las aguas más frías y densas forman capas más profundas. El fitoplancton vive dentro de las capas superiores iluminadas por el sol del océano, donde los microbios requieren luz solar, temperaturas cálidas y nutrientes para crecer.
Cuando el fitoplancton muere, se hunden a través de las capas del océano como «nieve marina». Parte de esta nieve libera nutrientes a la corriente, donde se bombean para alimentar nuevos microbios. El resto de la nieve se hunde fuera del remolino, hasta las capas más profundas del océano. Cuanto más se hunde la nieve, más difícil es que sea bombeada de vuelta a la superficie. Luego, la nieve queda atrapada o secuestrada, junto con el carbono y los nutrientes no liberados.
Los oceanógrafos pensaron que la principal fuente de nutrientes en los giros subtropicales provenía de la recirculación de la nieve marina. Pero como una parte de esta nieve inevitablemente se hunde en el fondo, debe haber otra fuente de nutrientes para explicar las poblaciones saludables de fitoplancton en la superficie. Exactamente cuál es esa fuente «ha dejado a la comunidad oceanográfica un poco desconcertada durante algún tiempo», dice Gupta.
Remolinos en el borde
En su nuevo estudio, el equipo buscó simular un giro subtropical para ver qué otras dinámicas pueden estar funcionando. Se centraron en el giro del Pacífico Norte, uno de los cinco giros principales de la Tierra, que circula sobre la mayor parte del Océano Pacífico Norte y se extiende por más de 20 millones de kilómetros cuadrados.
El equipo comenzó con el MITgcm, un modelo de circulación general que simula los patrones de circulación física en la atmósfera y los océanos. Para reproducir la dinámica del giro del Pacífico Norte de la manera más realista posible, el equipo utilizó un algoritmo MITgcm, desarrollado previamente en la NASA y el MIT, que ajusta el modelo para que coincida con las observaciones reales del océano, como las corrientes oceánicas registradas por los satélites y la temperatura y la salinidad. medidas tomadas por barcos y vagabundos.
«Utilizamos una simulación del océano físico que es lo más realista posible, dada la maquinaria del modelo y las observaciones disponibles», dice Lauderdale.
El modelo realista capturó detalles más finos, a una resolución de menos de 20 kilómetros por píxel, en comparación con otros modelos que tienen una resolución más limitada. El equipo combinó la simulación del comportamiento físico del océano con el modelo de Darwin, una simulación de comunidades de microbios como el fitoplancton, y cómo crecen y evolucionan con las condiciones del océano.
El equipo ejecutó la simulación combinada del giro del Pacífico Norte durante una década y creó animaciones para visualizar el patrón de las corrientes y los nutrientes que transportaban, dentro y alrededor del giro. Lo que emergió fueron pequeños remolinos que corrían a lo largo de los bordes del enorme giro y parecían ser ricos en nutrientes.
«Estábamos captando pequeños movimientos de remolino, básicamente como sistemas meteorológicos en el océano», dice Lauderdale. «Estos remolinos transportaban paquetes de aguas ricas en nutrientes, desde el ecuador, al norte hacia el centro del giro y hacia abajo a lo largo de los lados de los tazones. Nos preguntamos si estas transferencias de remolinos eran un mecanismo de entrega importante».
Sorprendentemente, los nutrientes primero se mueven a mayor profundidad, alejándose de la luz solar, antes de ser devueltos hacia arriba, donde vive el fitoplancton. El equipo descubrió que los remolinos oceánicos podrían suministrar hasta el 50 por ciento de los nutrientes en los giros subtropicales.
«Eso es muy significativo», dice Gupta. «El proceso vertical que recicla los nutrientes de la nieve marina es solo la mitad de la historia. La otra mitad es el efecto de reposición de estos remolinos. Como los giros subtropicales contribuyen con una parte significativa de los océanos del mundo, creemos que este relevo de nutrientes es de importancia global».
Más información: Gupta, Mukund, Un relé de nutrientes sostiene la productividad del océano subtropical,
Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2022). DOI: 10.1073/pnas.2206504119 .
doi.org/10.1073/pnas.2206504119
