La campaña
sigue a un ritmo de frenética actividad en la que los experimentos
se suceden de forma interrumpida. Para nuestro grupo ha llegado
el momento de celebrar que hemos alcanzado uno de nuestros objetivos
que requería un esfuerzo continuado de todos. Durante 24
horas no hemos parado de enviar nuestra sonda CTD con las botellas
al mar y estudiar las características de la columna de agua
tanto físicas como biológicas. Esta caracterización
nos debe permitir además evaluar cuanta materia orgánica
y con que velocidad llega al fondo marino donde se encuentran las
comunidades que tanto nos interesa conocer. De cada día hay
nuevas técnicas que permiten una aproximación mejor
al problema y nos enseñan otras maneras de entender que sucede
en los océanos. Una de estas maneras se basa en la utilización
de isótopos radiactivos y para explicar como se hace y en
que se basa el trabajo experimental nuestros compañeros Elisabet
Verdeny, Alessia Rodríguez y Baena, y Pere Masqué
han preparado el texto que sigue. Alessia es uno de los miembros
del equipo a bordo y su incomparable capacidad de trabajo ha permitido
terminar con éxito los experimentos. Esperamos que el texto
sea de vuestro interés.
"Desde el inicio de la Revolución Industrial el nivel
de CO2 en la atmósfera ha aumentado de forma sustancial y
es de esperar que continúe haciéndolo. Es razonable
creer que la actividad humana ha sido la responsable de buena parte
de estas emisiones hasta la actualidad. Hoy en día, uno de
los temas que genera más interés científico
es el denominado Efecto Invernadero: en concentraciones muy elevadas,
los "gases
invernadero" (entre ellos, H2O y CO2) impiden que la radiación
térmica infrarroja terrestre escape de la atmósfera
y, por lo tanto, ésta queda retenida provocando un aumento
progresivo en la temperatura media de nuestro planeta.
Un tercio del CO2 que se libera a la atmósfera debido a
la quema de combustibles fósiles y a la deforestación
es absorbido por los océanos. Durante los últimos
años se han desarrollado numerosos trabajos de investigación
con el objetivo de encontrar cual es la capacidad de los océanos
para absorber este exceso de CO2 en la atmósfera y, como
consecuencia, determinar a que ritmo se producirá el cambio
climático previsto. Dentro de este marco de acción
se sitúan buena parte de los proyectos de investigación
que llevamos a cabo y, entre ellos, parte de nuestra contribución
en el proyecto que actualmente se está desarrollando en el
Mar de Weddell en la Antártida.
La Antártida es un continente que se encuentra prácticamente
sumergido bajo la capa de hielo más extensa del mundo. Sólo
el 2% de su superficie se encuentra libre de hielo. Las bajas temperaturas
y la duración desigual del día y la noche a lo largo
del año propician unas condiciones biológicas que
no permiten el desarrollo de formas de vida complejas. La flora
y la fauna en la superficie del continente antártico son
muy pobres. En cambio, el ambiente marino destaca por su riqueza
biológica.
En general, una parte de la producción primaria o materia
de nueva formación en las capas superficiales del océano
se hunde y cae lentamente en forma de lluvia de partículas
y agregados de las mismas que forman lo que se conoce como "nieve
marina". De esta manera parte del carbono que se genera cerca
de la superficie viaja hacia el fondo marino. Parte de este carbono
que cae proviene del CO2 atmosférico y es consumido por microorganismos
como las bacterias que lo transforman en sustancias coloidales o
disueltas que ya no tienen peso para seguir cayendo. De esta manera,
la cantidad de carbono que llega al fondo del océano disminuye
al aumentar la profundidad. Los cambios que pueden suceder durante
este proceso de caída son de gran importancia ya que determinan
la cantidad final de carbono que termina llegando y almacenándose
en el fondo del mar.
¿Cómo pueden los océanos regular el nivel
de CO2 en la atmósfera?
Cuando el CO2 de la atmósfera entra en contacto con la superficie
del mar queda disuelto en el agua y se convierte en alimento para
los microorganismos que viven en la capa fótica que tiene
unas decenas de metros de espesor. El fitoplancton se alimenta de
este carbono y el zooplancton se alimenta del fitoplancton. A su
vez ambos grupos pueden servir de alimento para organismos más
grandes y así progresivamente. Por lo tanto, el carbono que
inicialmente se encontraba en la atmósfera ha pasado a formar
parte de la cadena trófica dentro del ecosistema marino.
Cuando estos organismos mueren, sus restos se hunden y se depositan
lentamente sobre el fondo del mar, así finalmente el carbono
pasa a formar parte del sedimento. Este proceso, que se conoce como
exportación de carbono, es uno de los que más le interesa
cuantificar a la comunidad científica.
Para estimar la cantidad de carbono que sedimenta, es decir, la
cantidad de carbono absorbida por el océano, los científicos
pueden recurrir al uso de trazadores radioactivos naturales. Estos
trazadores, tal como indica su nombre, son elementos radioactivos
y, por lo tanto, inestables. Esto significa que tienen la propiedad
de desintegrarse y además a un ritmo constante. Los científicos
aprovechan esta característica para medir la duración
de procesos interesantes, es decir, usan los radiotrazadores como
"relojes".
La radioactividad natural en el océano se debe fundamentalmente
a un decaimiento (perdida natural de la actividad radioactiva) de
la serie de tres radionúclidos producidos durante el proceso
de nucleosíntesis previo al nacimiento de nuestro sistema
solar: 238Uranio (U), 232Torio (Th) y 235U. Las medidas de la actividad
que aún tienen estos radionúclidos primordiales en
la Tierra y los productos de su decaimiento sirven para conocer
la distribución actual del Uranio y el Torio en el océano
y los mecanismos que regulan los procesos mencionados.
Los trazadores que se han utilizado más hasta ahora con
este propósito son el isótopo del Torio, 234Th, y
el del Polonio,210Po. Estos elementos provienen de la desintegración
del 238U y del 210Plomo (Pb),respectivamente.
Tanto la pareja, 238U-234Th como la pareja 210Pb-210Po permiten
estudiar el proceso de exportación del carbono, aunque lo
hacen a escalas de tiempo diferentes. Gracias a que cada elemento
tiene un tiempo característico de desintegración (denominado
período de semidesintegración), podemos estudiar procesos
en el océano que ocurren a diferentes escalas de tiempo.
Con la pareja 238U-234Th podemos estudiar procesos de aproximadamente
cuatro semanas de duración, como puede ser un florecimiento
o "bloom" de fitoplancton, mientras que con la pareja
210Pb-210Po se pueden estimar procesos de hasta medio año
de duración, como el efecto de las corrientes marinas sobre
la zona de estudio. El estudio integrado de ambas parejas de radiotrazadores
es el que nos permite una mejor estimación del proceso de
exportación del carbono.
Para cuantificar la exportación de carbono es necesario
hacer un estudio detallado de las concentraciones de estos cuatro
radionúclidos a lo largo de la columna de agua, desde la
superficie hasta el fondo del mar. Se estudian unas 15 profundidades
con las que se hace un perfil vertical de concentraciones que describe
la trayectoria del carbono.
Generalmente encontramos una concentración constante de
238U a lo largo de la columna de agua, debido a que el U tiende
a estar disuelto en el agua de mar y, por lo tanto, uniformemente
distribuido en toda la masa de agua. A diferencia de su padre (así
se conoce al elemento que se desintegra formando otro), el 234Th,
tiene una gran afinidad por las partículas, adhiriéndose
a su superficie y como consecuencia no se encuentra una distribución
uniforme de su concentración en el medio marino. El 234Th
viajará con las partículas y eso nos permite conocer
el destino del carbono absorbido por el mar.
Tanto el 210Pb como, especialmente, el 210Po presentan una cierta
afinidad por las partículas, pero a diferencia del 234Th,
que se adhiere a la superficie de éstas, el 210Po entra en
el ciclo biológico de los microorganismos. Por eso sirve
tanto para trazar la migración de las partículas de
una zona a otra como para caracterizar el metabolismo de ellas.
Centrándonos en el 234Th, el estudio de los perfiles verticales
de la columna de agua nos permite cuantificar el déficit
en relación al 238U. Este déficit está relacionado
con la cantidad de partículas que han sedimentado. Como estas
partículas contienen una parte del carbono que inicialmente
se encontraba en la atmósfera (porque lo han asimilado biológicamente),
este déficit también estará relacionado con
la cantidad
de carbono exportado al fondo, es decir, absorbido por el océano.
Las partículas que se hunden contienen en mayor o menor
medida, carbono orgánico (que denominan Carbono Orgánico
Particulado o COP) y 234Th adherido sobre su superficie. Entonces,
es de esperar que las cantidades de COP y 234Th estén relacionadas
proporcionalmente. Esta relación es la que nos permite, una
vez conocido el déficit de Torio, cuantificar el flujo de
carbono.
Un escalón imprescindible en este estudio es la obtención
de la relación 234Th/COP. Esta relación sólo
es interesante en aquellas partículas que realmente sedimentan.
Es decir, de entre todas las partículas que hay en la capa
fótica, habrá algunas que aún teniendo 234Th
adherido a su superficie, no tendrán densidad suficiente
para contribuir al flujo hacia el fondo del mar y quedarán
en suspensión en la columna de agua. Para
determinar la relación 234Th/COP en las partículas
que si contribuyen al flujo hace falta colectar una muestra de estas
partículas durante el proceso de sedimentación. Para
esto se utilizan las llamadas trampas de sedimento.
Las trampas de sedimento generalmente se sitúan a una profundidad
intermedia entre el límite inferior de la capa fótica
y el fondo del mar. Con lo que colectan se puede estimar la relación
234Th/COP en las partículas, pero, ¿nos dan información
de la cantidad total de materia que sedimenta finalmente al fondo
marino? La respuesta es no porque una fracción del material
capturado por la trampa puede no llegar al fondo por diversos procesos.
Para obtener el balance final entre el carbono absorbido de la atmósfera
y el carbono que sedimenta hace falta hacer un análisis del
sedimento marino. De esta manera obtendremos una estimación
del ritmo de sedimentación de las partículas que provienen
de las capas superficiales.
Hasta aquí, el estudio planteado podría realizarse en
cualquier zona del planeta. Entonces, ¿Por qué este
estudio se desarrolla en el Mar de Weddell en la Antártida?,
¿Qué particularidad tiene esta zona?
La causa es el descubrimiento, en los últimos años,
de una de las biocenosis más ricas de todo el planeta habitando
la plataforma continental de este lugar a tal grado que solo se
pueden comparar con arrecifes coralinos y selvas tropicales. Los
organismos bentónicos que se encuentran en el sedimento van
acumulando carbono (y otros compuestos como la sílice biogénica)
durante su crecimiento y desarrollo. Utilizando los trazadores radioactivos
234Th y 210Po como "relojes" podemos estudiar con que
ritmo estos organismos acumulan efectivamente el carbono.
Debido a que esta zona se encuentra cubierta durante una gran parte
del año por una gruesa capa de hielo, la aportación
vertical de nutrientes como fuente de alimento para las comunidades
de suspensívoros bentónicos que han colonizado el fondo
antártico no siempre es viable. Siendo así, las corrientes
cerca del fondo que transportan partículas y presas, garantizando
una aportación de nutrientes continúa durante el año,
son las responsables del éxito biológico de estas comunidades.
Estas corrientes de partículas hacia zonas sumergidas bajo
el hielo antártico forman parte de los procesos oceánicos
que pueden ser estudiados con trazadores radioactivos. Por lo tanto,
caracterizar estas corrientes es uno de los objetivos del estudio
que se desarrolla en la Antártida. Además, queremos
saber como se desarrollan estos procesos en relación con la
distancia a la plataforma de hielo."
Un cordial saludo de los investigadores.
Datos
Coordenadas:
72º 48' S
19º 32' O
Temperatura del agua: -1,6ºC Temperatura del aire: -4,8º C Velocidad del viento: 3,2 metros por segundo (m/s) Velocidad del barco: 4,2 nudos
Imágenes
Alessia empieza su sesión de
análisis
Sonda CTD
El equipo descansando
Final del experiment
Bomba de filtración
Esquema de los perfiles de concentración
Video: Utilizamos un vehículo submarino equipado con cámaras
de video y fotografía para estudiar los fondos marinos del
Mar de Weddell. Hoy, mientras el vehículo iba bajando hacia
el fondo les hemos pedido a nuestros compañeros que filmaran
lo que se ve en la columna de agua mientras el vehículo baja.
En el monitor de debajo de la izquierda y en el de la derecha
veréis una gran cantidad de partículas que se encuentran suspendidas
en el agua o que van cayendo. Esto es la conocida como "nieve
marina" y es una parte muy importante de la materia orgánica
que cae hacia el fondo marino. Lo que veis en el video es
el conjunto de monitores y equipos que permiten controlar
y dirigir al vehículo desde el barco
