Un estudio liderado por el ICM-CSIC y el BSC-CNS revela que la mezcla de aguas superficiales y profundas que se produce en invierno actúa como un atajo para transportar materia orgánica fresca a más de 1.000 metros de profundidad, inyectándola directamente en la circulación oceánica y nutriendo los ecosistemas profundos.
Los procesos que capturan carbono de la atmósfera y lo almacenan en el océano profundo son cruciales para el equilibrio climático. Evaluar estos mecanismos, sin embargo, es a menudo complicado porque se necesitan medidas que vayan desde la superficie hasta grandes profundidades.
Ahora, un nuevo estudio publicado en la revista Science Advances y liderado por el Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) en colaboración con el Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) ha permitido observar y cuantificar un canal de transporte clave: los grandes hundimientos de agua superficial que se producen en invierno inyectan de manera exprés partículas orgánicas ricas en nutrientes a más de 1.000 metros de profundidad.
En regiones como el Atlántico Norte subpolar, el frío y los fuertes vientos del invierno enfrían el agua de la superficie, lo que hace que se vuelva mucho más densa y pesada, provocando que se hunda rápidamente y se mezcle con aguas profundas. Este proceso, conocido como convección profunda, alimenta las corrientes que conectan todos los océanos a lo largo de los siglos, y ayuda a regular el clima global y el almacenamiento de carbono en el océano.
El trabajo demuestra que esta "cascada submarina" es un atajo mecánico que arrastra hacia el fondo marino microalgas vivas y restos orgánicos mucho más rápido y a una profundidad superior de lo que se pensaba. Este transporte es intermitente y de ámbito regional, pero mucho más eficiente que la sedimentación de partículas por gravedad (el mecanismo de transporte dominante).
Robótica submarina y supercomputación
Para la elaboración del estudio, el equipo científico combinó datos reales y simulaciones informáticas muy potentes. Por un lado, se ha analizado la información de una flota de robots submarinos autónomos (llamados flotadores Biogeochemical-Argo) que navegan y toman medidas a la deriva a unos 1.000 metros de profundidad. Gracias a estos dispositivos, se han podido detectar picos sorprendentes de clorofila en las profundidades de los mares de Labrador e Irminger, coincidiendo con los fuertes episodios de convección que se produjeron entre los años 2014 y 2017.
"Encontrar estas concentraciones de clorofila, típicas de la superficie iluminada por el sol, a tanta profundidad fue una gran sorpresa, porque lo más normal sería que se degradase mucho antes de llegar tan abajo", explica Martí Galí, investigador del ICM-CSIC y autor principal del trabajo. "Estos datos nos permiten cuantificar una fuente hasta ahora poco conocida de carbono en el interior del océano y abren un abanico enorme para utilizar estos robots como los ojos de la ciencia en el océano profundo".
Para calcular la magnitud de este atajo a escala global, las investigadoras y investigadores utilizaron un modelo informático que recrea la física y la biogeoquímica marina. Las simulaciones se ejecutaron gracias a los recursos de supercomputación del BSC-CNS.
"La historia empezó precisamente en el BSC-CNS, donde vimos que teníamos que conectar mejor estos grandes movimientos de agua con los ciclos de carbono", recuerda Raffaele Bernardello, investigador del BSC-CNS y coautor del estudio. "Las simulaciones han permitido estimar que el transporte se duplica durante los inviernos más crudos y que el carbono no se queda estancado, sino que una parte viaja lateralmente y se almacena lejos de la zona donde se ha hundido, alargando su efecto positivo para el clima".
Un banquete para el océano profundo
Por otro lado, el estudio indica que, en los años de fuertes mezclas invernales, este mecanismo aporta entre el 30% y el 50% de todas las partículas orgánicas que llegan a las capas de entre 500 y 2.000 metros. Además, al analizar las propiedades de las partículas a 1.000 metros y compararlas con las que observan los satélites en la superficie, se ha visto que el material inyectado es muy rico y lleno de energía.
Mª Andrea Orihuela-García, que está terminando su tesis doctoral en el ICM-CSIC vinculada al BSC-CNS, destaca las consecuencias para los ecosistemas profundos:
"Este proceso no solo sirve para captar carbono de la atmósfera, sino que envía energía directamente hacia abajo. Estas corrientes verticales llegan a profundidades donde prácticamente no hay alimento. Por lo tanto, sospechamos que actúan como un auténtico banquete estacional inesperado que nutre y activa las comunidades de microbios y pequeños animales que viven en el océano profundo".
Ante este escenario, el equipo insiste en la necesidad de continuar investigando en esta línea para mejorar las observaciones de este fenómeno y su representación en modelos numéricos, incluyendo los del IPCC. Por otro lado, el equipo remarca que hay que mantener y reforzar los sistemas de observación del océano con satélites y robots autónomos — especialmente el programa Argo, un esfuerzo internacional, cooperativo y basado en los principios de la ciencia abierta.
Finalmente, en un momento en que la actividad humana está alterando el clima del planeta y amenaza con debilitar la mezcla invernal en el Atlántico Norte (un proceso muy importante), monitorizar el océano de manera constante y global -desde la superficie hasta las profundidades- se vuelve más importante que nunca para entender y predecir la evolución del clima.