Un estudi internacional amb participació de l’ICM-CSIC utilitza innovadors models d’aprenentatge automàtic per reduir la incertesa en les projeccions climàtiques i replantejar la nostra comprensió del cicle del sofre entre l’oceà i l’atmosfera.
S’espera que les emissions oceàniques de dimetil sulfur (DMS), un component clau del cicle natural del sofre a la Terra, augmentin en les pròximes dècades, fins i tot encara que les concentracions de DMS a l’oceà disminueixin, segons un nou estudi publicat a la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). L’estudi representa un avenç significatiu en la modelització climàtica i té importants implicacions sobre com quantifiquem l’efecte futur del DMS en la regulació del clima.
El DMS, un gas que conté sofre i que és produït pel plàncton, exerceix un paper central en la formació d’aerosols atmosfèrics, els quals reflecteixen la llum solar i contribueixen a la formació de núvols — processos que tenen un efecte refrigerant sobre el clima terrestre. Tot i que el DMS és la principal font natural de sofre cap a l’atmosfera, el seu comportament futur en escenaris de canvi climàtic havia estat, fins ara, poc previsible.
Les projeccions sobre emissions de DMS s’han basat majoritàriament en models numèrics mecanicistes dels ecosistemes oceànics. Tanmateix, aquests models divergeixen considerablement en els seus resultats: alguns projecten increments en les concentracions oceàniques de DMS, mentre que d’altres prediuen descensos, cosa que genera una gran incertesa. L’últim informe del Panell Intergovernamental sobre Canvi Climàtic (IPCC, AR6) va destacar aquesta incertesa com una limitació clau per quantificar les retroalimentacions entre la biologia oceànica i el clima.
En el nou estudi, un equip internacional liderat per l’Institut Indi de Meteorologia Tropical (IITM) va combinar models ecosistèmics numèrics amb tècniques avançades d’aprenentatge automàtic entrenades amb una base de dades global amb prop de 900.000 mesures de DMS. Aquest enfocament híbrid va permetre als investigadors millorar la precisió de les estimacions futures tant de les concentracions com de les emissions de DMS, utilitzant vuit models diferents del sistema terrestre.
“El nostre treball demostra que, encara que les concentracions de DMS a les aigües superficials probablement disminueixin lleugerament a causa de l’escalfament climàtic, l’augment de les temperatures marines i la intensificació dels vents compensaran àmpliament aquest descens, cosa que donarà com a resultat un augment net de les emissions atmosfèriques de DMS”, explica Rafel Simó, biogeoquímic marí de l’ICM-CSIC i coautor de l’estudi.
Aquest descobriment contradiu les suposicions prèvies — reflectides en projeccions de l’IPCC — segons les quals l’escalfament suprimiria les emissions de DMS, debilitant així aquest mecanisme natural de refrigeració. En canvi, els nous resultats suggereixen que les emissions naturals de sofre podrien compensar parcialment part de l’escalfament futur, especialment a mesura que disminueixen les emissions antropogèniques de sofre a causa de regulacions més estrictes sobre la qualitat de l’aire.
“La importància relativa de les emissions marines naturals augmentarà a mesura que les fonts antropogèniques disminueixin”, afegeix Simó. “Això fa que les emissions naturals siguin encara més crítiques per afinar la nostra comprensió de les retroalimentacions biogeoquímiques marines amb el clima”.
La investigació també marca la primera vegada que s’aplica l’aprenentatge automàtic a escala global per projectar emissions futures de DMS en combinació amb models mecanicistes.
“El que hem fet és combinar les fortaleses de dos enfocaments de modelització”, explica Martí Galí (ICM-CSIC), també coautor de l’estudi. “Els models mecanicistes simulen els processos de l’ecosistema, però l’aprenentatge automàtic ens permet ‘aprendre’ a partir de grans conjunts de dades observacionals i corregir biaixos. El resultat és una predicció més sòlida de les tendències futures”.
En reduir dràsticament el marge d’incertesa, l’estudi proporciona un nou i valuós conjunt de dades de referència per a modelitzadors climàtics i químics atmosfèrics. Segons Galí, aquestes troballes podrien influir directament en com els futurs informes de l’IPCC estimen l’impacte dels aerosols naturals en el balanç de radiació terrestre.
“Les retroalimentacions climàtiques que involucren aerosols són una de les principals fonts d’incertesa en les projeccions climàtiques futures”, assenyala. “El nostre enfocament també es pot aplicar a altres precursors naturals d’aerosols, ajudant a millorar els models climàtics de manera més general”.
El paper de l’ICM-CSIC en l’estudi es va centrar a assessorar sobre els aspectes biogeoquímics del cicle del DMS i en contribuir a l’anàlisi i redacció de l’article. “Fa anys que estudiem el cicle marí del sofre, i aquesta ha estat una gran oportunitat per aplicar aquesta experiència en un projecte internacional i col·laboratiu”, apunta Galí.
De cara al futur, l’equip d’investigació té previst aplicar tècniques de modelització similars a altres gasos traça marins, com el metanotiol (metil mercaptà), un compost de sofre menys conegut, però també produït pel plàncton. “El metanotiol és com el cosí químic del DMS”, explica Galí.
“Té efectes de refrigeració similars en el clima, però se’n comprèn molt menys. El nostre repte actual és recopilar prou mesures per aplicar tècniques d’aprenentatge automàtic a aquest compost, al mateix temps que aprofundim en els processos que regulen la seva concentració”.
A mesura que s’intensifiquen els esforços globals per predir i mitigar el canvi climàtic, estudis com aquest subratllen la importància de comprendre no només el diòxid de carboni, sinó també la complexa xarxa de retroalimentacions naturals entre l’oceà i l’atmosfera.