15/02/2013 - El calentamiento global provoca cambios rápidos en el Ártico

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Una investigación publicada en Science demuestra por primera vez que el calentamiento global y los cambios físicos que comporta causan alteraciones en el ecosistema del Ártico Central, desde la superficie a las profundidades, más rápidamente de lo que se pensaba. La reducción de la capa de hielo y el deshielo favorecen un crecimiento importante de algas que se acaban acumulando en el fondo marino, produciendo rápidos procesos biológicos que provocan una disminución de la concentración de oxígeno. Un equipo de investigadores liderados por el Alfred Wegener Institute (AWI, Alemania), entre ellos dos investigadoras del Instituto de Ciencia y Tecnología Ambientales (ICTA), lo comprobó in situ el verano del 2012, cuando se alcanzó el récord mínimo de cobertura de hielo en el Ártico.

Cuando los investigadores llegaron el verano del 2012 al Ártico Central a bordo del rompehielos de investigación alemán Polarstern hallaron ingentes cantidades de algas Melorisa arctica, un tipo de alga que crece bajo la capa de hielo, y comprobaron que era la responsable de, como mínimo, la mitad de la producción primaria de la zona -la producción de materia orgánica a partir de dióxido de carbono. Al fundirse el hielo, estas algas iban a parar rápidamente al fondo del mar, a una profundidad de más de 4.000 m, atrayendo grandes cantidades de pepinos y estrellas de mar que se alimentaban de ellas. Los restos eran metabolizados por bacterias, consumiendo el oxígeno del lecho marino. El trabajo publicado en Science describe los cambios que se están produciendo en la cubierta de hielo y sus consecuencias sobre la productividad oceánica y el ecosistema ártico.

En la expedición oceanográfica participaron investigadores de 12 nacionalidades -entre ellos las doctorandas de la ICTA Montserrat Roca y Viena Puigcorbé-, que usaron una gran variedad de dispositivos ultra modernos de investigación, como cámaras guiadas y vehículos operados remotamente bajo el hielo (ROV, Remotely Operating Vehicle). Los investigadores pudieron visualizar los depósitos de algas, con un diámetro de hasta medio metro y que podían llegar a cubrir un 10% del fondo marino, usando un sistema de observación del suelo oceánico (OFOS, Ocean Floor Observation System). Por primera vez, en una zona ártica cubierta de hielo, se pudo medir el consumo de oxígeno de las bacterias y de la fauna directamente en el fondo del océano utilizando microsensores y se comprobó que había una gran actividad biológica bajo la cubierta de algas. Las bacterias habían empezado a descomponer las algas, tal y como evidenció un contenido muy reducido de oxígeno en el sedimento, mientras que las áreas sin algas estaban aireadas hasta una profundidad de 80 cm.

“Hace tiempo que se sabe que las diatomeas del tipo Melosira arctica pueden formar grandes cadenas bajo el hielo. Aun así, esta concurrencia masiva sólo se había descrito en las regiones costeras y en el hielo marino multianual (más grueso y antiguo)”, explican los investigadores. Cuando planificaron la expedición hace tres años ya propusieron la hipótesis de que este tipo de algas podrían crecer más rápidamente bajo la cada vez más fina capa de hielo del Ártico Central. Las observaciones publicadas ahora en Science la confirman: estas algas fueron las responsables de al menos la mitad de la producción primaria de la cuenca del Ártico Central. El resto es atribuido a otras diatomeas y nanoplancton que viven en las capas superficiales del océano.

Normalmente, las pequeñas células de fitoplancton se hunden muy lentamente a lo largo de la columna de agua y en gran parte son consumidas en las capas superficiales del océano. Por el contrario, las grandes cadenas de algas formadas por Melosira arctica son pesadas y pueden hundirse rápidamente hasta llegar al fondo del mar. Justo antes de la expedición, estas algas transportaron más del 85% del carbono fijado por la producción primaria desde la superficie del mar hasta las profundidades. Los investigadores suponen que las algas habían crecido recientemente porque sólo encontraron hielo antiguo de un año en el Ártico Central, y porque las algas que extrajeron de las vísceras de los pepinos de mar todavía eran capaces de hacer la fotosíntesis cuando las analizaron en el laboratorio del barco. El buen estado nutricional de los pepinos de mar fue la prueba también del aprovisionamiento masivo de comida. Los investigadores hallaron que los animales eran más grandes de lo habitual, con órganos reproductivos muy desarrollados –un indicador de que habían comido abundantemente durante unos dos meses.

Los expertos en hielo marino al bordo del barco investigaron por qué estas algas crecían tan bien bajo la delgada capa de hielo y también cómo podían perder rápidamente su hábitat debido al aumento del deshielo. Determinaron el grosor del hielo haciendo perforaciones y con una sonda electromagnética dirigida por un helicóptero. También usaron un robot ROV para ver el hielo desde debajo y para medir la cantidad de luz que penetraba. Al final del verano continuaron hallando un montón de restos de algas de hielo y pudieron cuantificarlas. El aumento del deshielo permite que entre más luz a través del hielo y favorece que las algas crezcan más rápidamente. Sin embargo, como la cubierta helada se ha vuelto mucho más fina en los últimos años y el Ártico más cálido, las algas del hielo se desprenden rápidamente y se acaban hundiendo.

El mar profundo se ha visto siempre como un sistema relativamente inerte, afectado por el calentamiento global sólo con un retraso temporal considerable. No obstante, este proyecto ha permitido “demostrar por primera vez que el calentamiento y los cambios físicos asociados causan rápidas reacciones en todo el ecosistema del Ártico Central hasta las profundidades marinas”, resume Antje Boetius, del AWI y el Max Planck Institute, líder del proyecto.

El hecho de que los procesos de descomposición microbiana alimentados por los depósitos de algas puedan generar lugares anóxicos en las profundidades alarma a los investigadores. “No sabemos si es un fenómeno puntual que hemos podido observar durante este periodo estival o si continuará en los próximos años”.

Las predicciones actuales de los modelos climáticos asumen que podría darse un verano sin hielo en el Ártico en las siguientes décadas. Boetius y sus colegas alertan: “continuamos sin entender suficientemente la función del ecosistema ártico, su biodiversidad y productividad, como para ser capaces de estimar las consecuencias de esta disminución rápida del hielo marino”.
 

La investigación de la ICTA en el Ártico

Montserrat Roca y Viena Puigcorbé participaron en la investigación publicada en Science investigando los efectos de las condiciones cambiantes de la cubierta de hielo en el centro del Ártico en la exportación de carbono orgánico desde la superficie de la columna de agua a las aguas profundas y la eficiencia del hielo marino en la interceptación y la acumulación de flujos atmosféricos, mediante trazadores radiactivos de origen natural. La investigación forma parte de sus tesis doctorales, que dirige el profesor Pere Masqué, del Departamento de Física de la UAB e investigador del ICTA.

“Investigar en un equipo interdisciplinar de más de 50 científicos, durante 10 semanas y en medio del Ártico, ha sido una gran experiencia. Este trabajo demuestra la importancia de la investigación polar en el contexto climático actual. Estamos convencidas que de este proyecto tan ambicioso se derivarán otros resultados que ayudarán a entender la complejidad del ecosistema ártico y las consecuencias de los cambios que se están produciendo”, concluye la investigadora predoctoral del ICTA Montserrat Roca.
 

Artículo de referencia:
http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1231346

Universidad Autónoma de Barcelona

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