SINKER es un nuevo instrumento innovador equipado con microscopios y cámaras avanzadas para recopilar datos detallados sobre el hundimiento del carbono en la nieve marina.
Por Lila Luthy, Instituto de Investigación del Acuario de la Bahía de Monterey
El océano es el mayor sumidero de carbono de la Tierra y desempeña un papel fundamental en la regulación del clima global. Dado que los efectos del cambio climático representan amenazas cada vez mayores para los ecosistemas marinos , comprender la capacidad del océano para almacenar carbono se ha vuelto especialmente urgente. Para observar mejor los procesos biológicos que controlan el transporte de carbono a las profundidades marinas, científicos e ingenieros del MBARI colaboraron en el desarrollo de SINKER, un dispositivo capaz de medir qué tipo de carbono se hunde en las profundidades marinas, cuándo y en qué cantidad.
SINKER, el robot ecologista de hundimiento, cuenta con cámaras y microscopios avanzados para recopilar datos frecuentes en tiempo real sobre la nieve marina que se hunde en el fondo de la bahía de Monterey. La nieve marina está compuesta principalmente de material biológico y transporta grandes cantidades de carbono a las profundidades marinas.
«Actualmente, una gran limitación de los modelos de carbono y clima radica en cómo contabilizamos la biología que controla las partículas de carbono que se hunden», explicó la científica Colleen Durkin, directora del Equipo de Ecología del Flujo de Carbono del MBARI. «¿Quién produce estas partículas? ¿A qué velocidad se hunden? ¿Qué tamaño tienen? Estos detalles son importantes y varían tanto a corto como a largo plazo».
SINKER permite a los investigadores observar la biología de la nieve marina registrando miles de imágenes de diminutas partículas orgánicas que se hunden en el fondo marino a lo largo de meses, e incluso años. Los investigadores del MBARI esperan que este instrumento mejore nuestra comprensión del almacenamiento de carbono en las profundidades marinas y cómo este proceso podría estar cambiando.
La conexión océano-clima
El fitoplancton microscópico absorbe dióxido de carbono de las aguas superficiales a medida que crece, lo que permite al océano absorber grandes cantidades de este gas de efecto invernadero. A medida que el plancton de mayor tamaño consume fitoplancton, excreta y muere, la materia orgánica que se hunde extrae carbono de la atmósfera y lo envía a las profundidades oceánicas. Este proceso, conocido como bomba biológica, retiene el carbono en las profundidades marinas durante décadas o incluso siglos.
A pesar de ser una parte esencial del ciclo del carbono, los científicos aún tienen muchas preguntas sin respuesta sobre las partículas que se hunden en las profundidades oceánicas. La química, la física y la biología controlan el transporte de carbono a las profundidades marinas, pero los procesos biológicos son los más difíciles de observar y modelar de forma realista. Las duras condiciones y la lejanía de las profundidades marinas dificultan la observación de la nieve marina.
No podemos predecir el origen biológico de las partículas que se hunden, lo que ha limitado nuestra capacidad para modelar la cantidad de carbono que se exporta. Desconocemos la velocidad a la que se hunden las partículas, lo que determina la profundidad a la que se transportan y, por consiguiente, el tiempo que permanecen almacenadas fuera de la atmósfera. Las escalas temporales relevantes en las que varían estos procesos también son, en gran medida, desconocidas.
El equipo de Ecología del Flujo de Carbono del MBARI estudia el papel del océano en el ciclo del carbono. Durkin y su equipo trabajan para comprender cómo la biología oceánica controla la cantidad de carbono que llega a las profundidades marinas.
La colaboración inspira la innovación
Históricamente, los investigadores se han basado en la extrapolación de conjuntos de datos a corto plazo para predecir patrones a largo plazo, pero han pasado por alto los eventos episódicos e impredecibles que ocurren entre expediciones de campo. Durkin y su equipo tenían un objetivo ambicioso: vincular el complejo cálculo del carbono de la Tierra con el océano vivo —todo lo que produce o consume nieve marina— para ayudar a los científicos a modelar mejor nuestro clima cambiante.
Para responder a preguntas tan difíciles sobre la nieve marina y el transporte de carbono en los océanos, contó con la participación de un equipo interdisciplinario de científicos e ingenieros del MBARI.
«La colaboración interdisciplinaria obliga a todos los miembros del equipo a salir de su zona de confort y, en muchos sentidos, a pensar a lo grande», dijo Durkin. «Estas conversaciones iniciales se convirtieron en un objetivo ambicioso: observar partículas que se hunden con un nuevo instrumento innovador».
El equipo determinó que necesitaba un instrumento capaz de fotografiar partículas en suspensión de entre decenas de micrómetros y unos pocos centímetros de tamaño, recopilar datos con una frecuencia de hasta un segundo y operar en las profundidades marinas durante más de un año. Los ingenieros de MBARI se pusieron manos a la obra para desarrollar el sistema de imágenes SINKER. Identificaron las mejores cámaras, diseñaron una estructura, placas de circuitos y carcasas submarinas. La mayoría de los componentes de SINKER fueron fabricados desde cero en las instalaciones de MBARI por técnicos y operarios de su taller mecánico.
Un salto adelante
SINKER combina múltiples sistemas de imagen para proporcionar una visión detallada de los procesos biológicos y físicos que influyen en el hundimiento del carbono.
A medida que las partículas se hunden a través de un tubo colector central, tres cámaras toman fotografías para medir su velocidad de hundimiento. Tras depositarse en una placa colectora, dos cámaras orientadas hacia arriba toman fotografías para que los investigadores puedan medir el tamaño, la forma y la composición de cada partícula. Cada dos horas, un cepillo limpia la placa de imagen para evitar que se obstruya por completo con demasiadas partículas.
«SINKER aprovecha las herramientas y tecnologías desarrolladas en MBARI durante la última década», afirmó el ingeniero eléctrico sénior Paul Roberts. «Esta solución representa un avance tecnológico significativo en la medición de una amplia gama de variables relacionadas con las partículas de carbono que se hunden «.
«Medir múltiples variables a la vez nos permite recopilar observaciones biológicas cuantitativas detalladas de la exportación de carbono», dijo la investigadora principal Crissy Huffard. «Las cinco cámaras de SINKER nos brindan muchas vistas diferentes de las partículas que se hunden, lo que esperamos que nos ayude a responder preguntas fundamentales sobre el secuestro de carbono en el océano».
¿Qué sigue?
Los investigadores del MBARI desplegaron por primera vez SINKER en julio durante una expedición a bordo de nuestro buque de investigación Rachel Carson. Anclado en el fondo marino y alimentado por el observatorio oceánico cableado del MBARI, SINKER recopila continuamente datos de un sitio de investigación situado justo a las afueras de la Bahía de Monterey, a una profundidad de 900 metros (aproximadamente 3000 pies), y luego transmite esos datos a tierra, lo que proporciona a los investigadores una ventana al océano profundo.
El equipo planea recuperar el sistema en diciembre, analizar los datos y realizar los ajustes necesarios en el diseño del instrumento. Una vez finalizado este proceso, tienen previsto volver a desplegar SINKER durante al menos un año, o incluso más.
«El objetivo a largo plazo es que SINKER esté conectado durante muchos años para poder comprender cómo cambia el flujo de carbono a lo largo del tiempo, tanto día a día como a lo largo de las estaciones», dijo Durkin. «En algún momento, esperamos poder llevar esta tecnología a otros observatorios conectados por cable para poder empezar a comprender la exportación de carbono en una variedad de entornos oceánicos diferentes».
Un mayor conocimiento sobre el carbono que se hunde ayudará a los investigadores a comprender mejor cómo el océano regula el clima de la Tierra y a predecir cómo las condiciones oceánicas cambiantes afectarán la vida marina y los ecosistemas. Los datos de SINKER proporcionarán información valiosísima que los responsables políticos necesitan para fundamentar la toma de decisiones sobre el océano .
