La campanya segueix
en un ritme de molta activitat i tots els experiments se succeeixen
de forma ininterrompuda. Pel nostre grup ha arribat el moment de
celebrar que hem arribat a un dels nostres objectius, que representava
un esforç complementari per a tots. Durant 24 hores no hem
parat d'enviar la nostra sonda CTD amb les ampolles al mar i estudiar
les característiques de la columna d'aigua, tant físiques
com biològiques. Aquesta caracterització ens ha de
permetre, a més a més, avaluar quina quantitat de
matèria orgànica i amb quina velocitat arriba al fons
marí, on es troben les comunitats que tant ens interessa
conèixer. De cada dia hi ha tècniques noves que permeten
una millor aproximació al problema i ens ensenyen altres
maneres d'entendre què passa als oceans. Una d'aquestes maneres
es basa en la utilització d'isòtops radioactius, i
per explicar com es fa i en què es basa el treball experimental,
els nostres companys Elisabet Verdeny, Alessia Rodríguez
i Baena, i Pere Masqué han preparat el text següent.
L'Alessia és un dels membres de l'equip de bord i la seva
incomparable capacitat de treball ha permès acabar amb èxit
els experiments. Esperem que us agradi el text.
"Des dels inicis de la Revolució Industrial els nivells
de CO2 a l'atmosfera han augmentat de forma substancial i és
d'esperar que continuïn fent-ho. És raonable creure
que l'activitat humana ha estat la responsable de bona part d'aquestes
emissions fins a l'actualitat. Avui dia, un dels temes que genera
més interès científic és l'anomenat
Efecte Hivernacle: en concentracions massa elevades, els gasos hivernacle
(H2O i CO2) impedeixen que la radiació tèrmica infraroja
terrestre escapi cap enfora de l'atmosfera i, per tant, aquesta
queda retinguda provocant un progressiu augment de la temperatura
mitjana del nostre planeta.
Un terç del CO2 que va a l'atmosfera degut a la crema dels
combustibles fòssils i la desforestació és
absorbit pels oceans. Durant els darrers anys s'han dut a terme
nombrosos treballs d'investigació amb l'objectiu d'esbrinar
quina és la capacitat dels oceans per absorbir aquest excés
de CO2 a l'atmosfera i, com a conseqüència, determinar
a quin ritme es produirà el canvi climàtic previst.
En aquest marc d'acció se situen bona part dels projectes
de recerca que duem a terme, i entre ells part de la nostra contribució
al projecte que actualment s'està desenvolupant al Mar de
Weddell, a l'Antàrtida.
L'Antàrtida és un continent que es troba pràcticament
submergit sota la capa de gel més extensa del món.
Només el 2% de la seva superfície es troba lliure
de gel. Les baixes temperatures i la distribució irregular
del dia i la nit al llarg de l'any determinen unes condicions biològiques
que no permeten el desenvolupament de formes de vida complexes.
La flora i la fauna a la superfície del continent antàrtic
són molt pobres. En canvi, l'ambient marí destaca
per la seva riquesa biològica.
En general, una part de la producció o matèria de
nova formació en les capes superficials dels oceans s'escapa
i cau lentament en forma d'una pluja de partícules i agregats
de les mateixes formant el que es coneix com a "neu marina".
D'aquesta manera, part del carboni que es forma prop de la superfície
s'exporta cap els fons marins. Part d'aquest carboni que cau prové
del CO2, i és consumit per microorganismes, com els bacteris,
i el transformen en substàncies col·loidals o dissoltes
que ja no tenen prou densitat per continuar caient. D'aquesta manera,
la quantitat de carboni que arriba als fons dels oceans disminueix
quan més lluny és el fons de la superfície.
Els canvis que puguin succeir en aquest procés són
de gran importància, ja que determinen la quantitat final
de carboni que acaba arribant i emmagatzemant-se en els fons marins.
Com poden els oceans regular els nivells de CO2 a l'atmosfera?
Quan el CO2 de l'atmosfera entra en contacte amb la superfície
del mar queda dissolt en l'aigua, i el carboni es converteix en
aliment per als microorganismes que viuen a la capa fòtica,
d'unes desenes de metres de gruix. El fitoplacton s'alimenta d'aquest
carboni, i el zooplancton s'alimenta del fitoplacton. Al seu torn,
ambdós poden servir d'aliment per a organismes més
grans, i així progressivament. Per tant, el carboni que inicialment
es trobava a l'atmosfera ha passat a formar part de la cadena tròfica
dins de l'ecosistema marí. Quan aquests organismes moren,
les seves restes s'enfonsen i es dipositen lentament al fons del
mar i finalment el carboni acaba formant part del sediment marí.
Aquest procés s'anomena exportació de carboni des
de les capes superficials fins al sediment marí, i aquest
és un procés que la comunitat científica està
molt interessada en quantificar.
Per tal d'esbrinar la quantitat de carboni que sedimenta, és
a dir, la quantitat de carboni que és absorbida pels oceans,
els científics poden recórrer a l'ús de traçadors
radioactius naturals. Aquests traçadors, tal i com indica
el seu nom, són elements radioactius i, per tant, són
inestables. Això significa que tenen la propietat de desintegrar-se,
i a més, ho fan a un ritme constant. Els científics
aprofiten aquesta característica per a mesurar la durada
temporal dels processos que volen estudiar, és a dir, utilitzen
els radiotraçadors com a "rellotges".
La radioactivitat natural en els oceans es deu fonamentalment a
la desintegració (pèrdua d'activitat radioactiva)
de les sèries de tres radionúclids produïts durant
el procés de nucleosíntesi previ al naixement del
nostre sistema solar: Urani-238, Tori-232 i Urani-235. Les mesures
de l'activitat que encara tenen aquestos radionúclids a la
Terra i els productes dels processos de la seva desintegració
serveixen per conèixer la distribució actual de l'Urani
i el Tori als oceans, a més dels mecanismes que regulen els
esmentats processos.
Els traçadors que fins a l'actualitat han estat més
àmpliament utilitzats amb aquest propòsit són
l'isòtop del Tori: Th-234, i l'isòtop del Poloni:
Po-210. Aquests elements provenen de la desintegració de
l'Urani-238 i del Pb-210, respectivament.
Tant la parella 238U-234Th com la parella 210Pb-210Po permeten
estudiar el procés d'exportació de carboni, encara
que ho fan a escales de temps diferents. Gràcies al fet que
cada element radioactiu té un temps característic
de desintegració (anomenat període de semidesintegració),
podem estudiar processos que tenen lloc en els oceans i que ocorren
a diferents escales temporals. Amb la parella 238U-234Th podem estudiar
processos d'aproximadament quatre setmanes de durada, com pot ser
un "bloom"; mentre que amb la parella 210Pb-210Po podem
estudiar processos de fins a mig any de durada, com pot ser l'efecte
dels corrents marins sobre la zona d'estudi. No obstant, l'estudi
integrat d'ambdues parelles de radiotraçadors és el
que ens permet una millor estimació del procés d'exportació
del carboni.
Per quantificar l'exportació de carboni és necessari
fer un estudi detallat de les concentracions d'aquests quatre radionúclids
al llarg de la columna d'aigua, és a dir, al llarg d'un perfil
vertical que va des de la superfície de l'oceà fins
al fons marí. S'estudien al voltant d'unes 15 profunditats,
i amb les dades obtingudes es realitza el perfil vertical de concentracions
a partir del qual extraurem la informació que busquem.
Generalment trobem una concentració constant d'U-238 al
llarg de la columna d'aigua, degut a que l'urani tendeix a estar
dissolt en l'aigua de mar i, per tant, a estar uniformement distribuït
en tota la massa d'aigua. A diferència del seu pare (així
es coneix a l'element que es desintegra formant-ne un altre), el
Th-234 té una gran afinitat per les partícules, adherint-se
a la superfície i, com a conseqüència, no trobarem
una distribució uniforme de la seva concentració en
el medi marí. El Th-234 viatjarà amb les partícules
i això ens permetrà conèixer el destí
del carboni absorbit pel mar.
Tant el Pb-210 com, especialment, el Po-210 presenten una certa
afinitat per les partícules, però a diferència
del Th-234, que s'adhereix a la superfície d'aquestes, el
Po-210 entra en el cicle biològic dels microorganismes. Per
tant, serveix tant per a traçar la migració de les
partícules d'una zona de l'oceà a una altra com per
caracteritzar el metabolisme d'aquestes.
Centrant-nos en el Th-234, l'estudi dels perfils verticals a la
columna d'aigua ens permet quantificar-ne el dèficit en relació
a l'U-238. Aquest dèficit està relacionat amb la quantitat
de partícules que han sedimentat. Com que aquestes partícules
contenen una part del carboni que inicialment es trobava a l'atmosfera
(perquè l'han assimilat biològicament), aquest dèficit
també estarà relacionat amb la quantitat de carboni
exportat fins al fons marí, és a dir, absorbit per
l'oceà.
Les partícules que s'enfonsen contenen, en major o menor
mesura, carboni orgànic (que anomenem carboni orgànic
particulat o POC). A més, tenen Th-234 adherit a la seva
superfície. És d'esperar doncs que la quantitat de
Th-234 i la quantitat de carboni que contenen aquestes partícules
guardin una relació proporcional. És aquesta relació
de proporcionalitat la que ens permet, un cop conegut el dèficit
de Tori, quantificar el flux de carboni.
Un esglaó imprescindible en aquest estudi és l'obtenció
de la relació Th-234/POC. Només serà del nostre
interès conèixer aquesta proporció en aquelles
partícules que realment sedimentin. És a dir, d'entre
totes les partícules que hi ha a la capa fòtica, n'hi
haurà que per bé que continguin Th-234 adherit a la
superfície, no tindran una densitat suficient per contribuir
al flux cap al fons marí i quedaran en suspensió en
l'aigua. Per determinar la relació Th-234/POC en les partícules
que sí contribueixen al flux cal recollir una mostra d'aquestes
partícules durant el procés de sedimentació.
Per a tal fi s'utilitzen les anomenades trampes de sediment, que
recullen les partícules que migren des de la capa fòtica.
Un cop se n'analitza la composició ja podem conèixer
la relació Th-234/POC.
Les trampes de sediment se solen situar a una profunditat intermèdia
entre el final de la capa fòtica i el fons marí. Amb
el que recullen podem esbrinar la relació entre Th-234 i
POC de les partícules, però: ens donen informació
de la quantitat total de matèria que sedimenta finalment
al fons marí? La resposta és que no, perquè
una fracció d'aquesta pot no arribar al fons per processos
diversos. Per obtenir el balanç final entre el carboni absorbit
de l'atmosfera i el carboni que sedimenta ens cal fer una anàlisi
del sediment marí. D'aquesta manera obtindrem una estimació
del ritme de sedimentació de les partícules que provenen
de les capes superficials.
Fins aquí l'estudi plantejat podria realitzar-se a qualsevol
zona oceànica del nostre Planeta. Així doncs, per
què es desenvolupa l'estudi en el Mar de Weddell, a l'Antàrtida?
Quina particularitat presenta aquesta zona?
Doncs bé, la causa d'això és la descoberta,
en els últims anys, que el fons marí antàrtic
està poblat per una de les biocenosis més riques en
espècies de tot el planeta, fins al punt que només
són comparables als esculls de corall i les selves tropicals.
Els organismes bentònics que es troben el els sediments van
acumulant el carboni (i altres compostos, com la sílice biogènica)
durant el seu creixement i desenvolupament. Utilitzant els traçadors
radioactius 234Th i 210Po com a "rellotges" podem estudiar
amb quin ritme aquests organismes acumulen efectivament el carboni.
Degut a que aquesta zona es troba durant gran part de l'any coberta
per una gruixuda capa de gel, l'aportació vertical de nutrients
com a font d'aliment per a les comunitats de suspensívors
bentònics que han colonitzat el fons antàrtic no sempre
és viable. Així doncs, serien els corrents que transporten
partícules i preses, garantint una aportació de nutrients
a la zona durant tot l'any, els responsables de l'èxit biològic
d'aquestes comunitats. Aquests corrents de partícules cap
a zones submergides sota el gel antàrtic formen part dels
processos oceànics que poden ser estudiats mitjançant
l'ús de traçadors radioactius. Per tant, caracteritzar
aquestes corrents de nutrients és un dels objectius de l'estudi
que es desenvolupa a l'Antàrtida. A més a més,
volem saber com es donen tots aquests processos segons si estem
en zones més o menys properes al gel."
Una cordial salutació dels investigadors.
Dades
Coordenades:
72º 48' S
19º 32' O
Temperatura de l'aigua: -1,6ºC
Temperatura de l'aire: -4,8ºC
Velocitat del vent: 3,2 m/s
Velocitat del vaixell: 4,2 nusos
Imatges
L'Alessia comença la seva sessió d'anàlisis
Sonda CTD
L'equip descansant
Final de l'experiment
Bomba de filtració
Esquema dels perfils de concentració
Video: Utilitzem un vehicle submarí equipat amb cameres de vídeo i fotografia per estudiar els fons marins del Mar de Weddell. Avui, mentre el vehicle anava baixant cap al fons, els hem demanat als nostres companys que filmessin el que es veu a la columna d'aigua mentre el vehicle baixa. A la pantalla de sota a l'esquerra i a la dreta veureu una gran quantitat de partícules que es troben resuspeses a l'aigua o que van caient. Això és el que es coneix com a "neu marina" i és una part important de la matèria orgànica que cau cap el fons marí. El que veieu en el vídeo és el conjunt de pantalles i equips que permeten controlar i dirigir el vehicle des del vaixell.
