Científicos construyen un nuevo atlas de aguas oceánicas privadas de oxígeno: rastrear y predecir la respuesta del océano al cambio climático

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Los mapas 3D pueden ayudar a los investigadores a rastrear y predecir la respuesta del océano al cambio climático.

Oficina de noticias del MIT

La vida abunda en casi todas partes de los océanos, excepto en ciertos lugares donde el oxígeno cae en picado de forma natural y las aguas se vuelven inhabitantes para la mayoría de los organismos aeróbicos. Estas piscinas desoladas son “zonas deficientes en oxígeno” o ODZ. Y aunque constituyen menos del 1 por ciento del volumen total del océano, son una fuente importante de óxido nitroso, un potente gas de efecto invernadero. Sus límites también pueden limitar la extensión de la pesca y los ecosistemas marinos.

Ahora los científicos del MIT han generado el “atlas” tridimensional más detallado de las ODZ más grandes del mundo. El nuevo atlas proporciona mapas de alta resolución de los dos principales cuerpos de agua privados de oxígeno en el Pacífico tropical. Estos mapas revelan el volumen, la extensión y las diferentes profundidades de cada ODZ, junto con características de escala fina, como cintas de agua oxigenada que se inmiscuyen en zonas que de otro modo estarían empobrecidas.

El equipo utilizó un nuevo método para procesar más de 40 años de datos oceánicos, que comprende casi 15 millones de mediciones tomadas por muchos cruceros de investigación y robots autónomos desplegados en el Pacífico tropical. Los investigadores recopilaron y luego analizaron estos datos vastos y detallados para generar mapas de zonas deficientes en oxígeno a varias profundidades, similares a los muchos cortes de un escaneo tridimensional.

A partir de estos mapas, los investigadores estimaron el volumen total de las dos principales ODZ en el Pacífico tropical, con más precisión que los esfuerzos anteriores. La primera zona, que se extiende desde la costa de América del Sur, mide unos 600.000 kilómetros cúbicos, aproximadamente el volumen de agua que llenaría 240.000 millones de piscinas olímpicas. La segunda zona, frente a la costa de Centroamérica, es aproximadamente tres veces más grande.

El atlas sirve como referencia de dónde se encuentran las ODZ en la actualidad. El equipo espera que los científicos puedan agregar a este atlas con mediciones continuas, para rastrear mejor los cambios en estas zonas y predecir cómo pueden cambiar a medida que el clima se calienta.

“En general, se espera que los océanos pierdan oxígeno a medida que el clima se vuelve más cálido. Pero la situación es más complicada en los trópicos, donde hay grandes zonas deficientes en oxígeno ”, dice Jarek Kwiecinski ’21, quien desarrolló el atlas junto con Andrew Babbin, profesor de desarrollo profesional de Cecil e Ida Green en el Departamento de Tierra, Atmósfera y Ciencias planetarias. “Es importante crear un mapa detallado de estas zonas para que tengamos un punto de comparación para cambios futuros”.

El científico jefe Andrew Babbin traza el curso de muestreo. Crédito: Mary Lide Parker

El estudio del equipo aparece hoy en la revista Ciclos biogeoquímicos globales.

Roseta CTD de botellas Niskin capaces de recoger agua en profundidad y realizar mediciones continuas de oxígeno. Crédito: Mary Lide Parker

Ventilar artefactos

Las zonas deficientes en oxígeno son regiones grandes y persistentes del océano que se producen de forma natural, como consecuencia de que los microbios marinos devoran el fitoplancton que se hunde junto con todo el oxígeno disponible en los alrededores. Estas zonas se encuentran en regiones que pasan por alto las corrientes oceánicas, que normalmente repondrían las regiones con agua oxigenada. Como resultado, las ODZ son ubicaciones de aguas relativamente permanentes, sin oxígeno, y pueden existir en profundidades oceánicas de aproximadamente 35 a 1,000 metros debajo de la superficie. Para cierta perspectiva, los océanos tienen una profundidad media de unos 4.000 metros.

Durante los últimos 40 años, los cruceros de investigación han explorado estas regiones arrojando botellas a varias profundidades y transportando agua de mar que los científicos luego miden en busca de oxígeno.

“Pero hay muchos artefactos que provienen de la medición de una botella cuando se intenta medir realmente el oxígeno cero”, dice Babbin. “Todo el plástico que desplegamos en profundidad está lleno de oxígeno que puede filtrarse a la muestra. Cuando todo está dicho y hecho, ese oxígeno artificial infla el verdadero valor del océano “.

En lugar de confiar en las mediciones de las muestras de las botellas, el equipo analizó los datos de los sensores conectados al exterior de las botellas o integrados con plataformas robóticas que pueden cambiar su flotabilidad para medir el agua a diferentes profundidades. Estos sensores miden una variedad de señales, incluidos los cambios en las corrientes eléctricas o la intensidad de la luz emitida por un tinte fotosensible para estimar la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. A diferencia de las muestras de agua de mar que representan una única profundidad discreta, los sensores registran señales continuamente a medida que descienden a través de la columna de agua.

Los científicos han intentado utilizar estos datos de los sensores para estimar el valor real de las concentraciones de oxígeno en las ODZ, pero han encontrado increíblemente complicado convertir estas señales con precisión, particularmente en concentraciones cercanas a cero.

“Adoptamos un enfoque muy diferente, utilizando mediciones no para ver su valor real, sino más bien cómo cambia ese valor dentro de la columna de agua”, dice Kwiecinski. “De esa manera podemos identificar aguas anóxicas, independientemente de lo que diga un sensor específico”.

Tocando fondo

El equipo razonó que, si los sensores mostraban un valor constante e invariable de oxígeno en una sección vertical continua del océano, independientemente del valor real, entonces probablemente sería una señal de que el oxígeno había tocado fondo y que la sección era parte de una zona deficiente en oxígeno.

Los investigadores reunieron casi 15 millones de mediciones de sensores recolectadas durante 40 años por varios cruceros de investigación y flotadores robóticos, y mapearon las regiones donde el oxígeno no cambiaba con la profundidad.

“Ahora podemos ver cómo la distribución del agua anóxica en el Pacífico cambia en tres dimensiones”, dice Babbin.

El equipo trazó un mapa de los límites, el volumen y la forma de dos ODZ principales en el Pacífico tropical, una en el hemisferio norte y la otra en el hemisferio sur. También pudieron ver detalles finos dentro de cada zona. Por ejemplo, las aguas sin oxígeno son “más espesas” o más concentradas hacia el centro y parecen adelgazarse hacia los bordes de cada zona.

“También pudimos ver lagunas, donde parece que se sacaron grandes bocados de aguas anóxicas a poca profundidad”, dice Babbin. “Hay algún mecanismo que lleva oxígeno a esta región, haciéndolo oxigenado en comparación con el agua que lo rodea”.

Tales observaciones de las zonas deficientes en oxígeno del Pacífico tropical son más detalladas de lo que se ha medido hasta la fecha.

“La forma en que se forman los bordes de estas ODZ y hasta dónde se extienden, no se pudo resolver previamente”, dice Babbin. “Ahora tenemos una mejor idea de cómo se comparan estas dos zonas en términos de extensión y profundidad de área”.

“Esto le da un esbozo de lo que podría estar sucediendo”, dice Kwiecinski. “Se puede hacer mucho más con esta recopilación de datos para comprender cómo se controla el suministro de oxígeno del océano”.

Grupo científico del crucero R / V Falkor FK180624 que incluye a los autores Jarek Kwiecinski (de pie, izquierda) y Andrew Babbin (centro, en morado) y su equipo. Crédito: Mary Lide Parker

Esta investigación cuenta con el apoyo, en parte, de la Fundación Simons.

Imágenes cortesía de MIT.

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