Este mecanismo de almacenamiento de carbono basado en azufre podría influir en la química de los océanos
Un estudio dirigido por investigadores de la Universidad de Oldenburg encuentra una nueva explicación para la acumulación de compuestos orgánicos en áreas marinas sin oxígeno. El efecto podría retroalimentar negativamente el clima en escalas de tiempo geológicas.
El Mar Negro es una inusual masa de agua: por debajo de una profundidad de 150 metros, la concentración de oxígeno disuelto se reduce a aproximadamente cero, lo que significa que las formas de vida superiores, como plantas y animales, no pueden existir en estas áreas. Al mismo tiempo, este mar semicerrado almacena cantidades comparativamente grandes de carbono orgánico.
Un equipo de investigadores dirigido por el Dr. Gonzalo V. Gomez-Saez y la Dra. Jutta Niggemann del Instituto de Química y Biología del Medio Marino (ICBM) de la Universidad de Oldenburg ha presentado ahora una nueva hipótesis sobre por qué los compuestos orgánicos se acumulan en las profundidades del Mar Negro y otras aguas anóxicas (sin oxígeno).
Los investigadores postulan que las reacciones con sulfuro de hidrógeno juegan un importante papel en la estabilización de compuestos de carbono. "Este mecanismo contribuye aparentemente al hecho de que hay más del doble de carbono orgánico en las aguas del Mar Negro que en las áreas marinas ricas en oxígeno", dice Niggemann. "Esto proporciona una retroalimentación negativa en el sistema climático que podría contrarrestar el calentamiento global durante períodos geológicos".
En el Mar Negro, que cubre un área casi el doble del tamaño de Francia, las condiciones que rara vez se encuentran en otras regiones marinas han prevalecido durante alrededor de 7.000 años: la estratificación estable evita en gran medida la mezcla de aguas superficiales y profundas. El agua en los 150 metros superiores es baja en sal y rica en oxígeno, y proviene principalmente de ríos como el Danubio. Debajo, hay una capa de agua salina de mayor densidad que desemboca en el Mar Negro desde el Mediterráneo a través del Bósforo.
"Cuando abres una muestra de agua de las áreas más profundas del Mar Negro, el olor a huevos podridos casi te derriba", dice Niggemann.
En la superficie, sin embargo, no hay indicios de que el Mar Negro sea una masa de agua estancada en la que, debido a la falta de oxígeno, las bacterias produzcan el maloliente sulfuro de hidrógeno.
El sulfuro de hidrógeno reacciona con la materia orgánica disuelta
Como muestra el nuevo estudio, esta molécula altamente reactiva se une a sustancias de un grupo diverso de materiales carbonosos que están presentes en cada litro de agua de mar. Estas sustancias se conocen como materia orgánica disuelta (DOM, por sus singlas en inglés), una compleja mezcla de innumerables moléculas diferentes que son el producto de la materia orgánica descompuesta o de procesos metabólicos bacterianos.
Imagen: El DOM que se acumula en la columna de agua del Mar Negro es una mezcla de compuestos autóctonos terrígenos y marinos enriquecidos con azufre.
"Pudimos mostrar muy claramente que el sulfuro de hidrógeno reacciona con la materia orgánica extremadamente diluida directamente en el agua", explica Niggemann. Los productos de la reacción son potencialmente más duraderos que los materiales de partida y, por tanto, se acumulan en el agua.
El equipo comparó muestras de agua de diferentes lugares del Mar Negro y otros mares y ríos. Utilizando varios métodos analíticos, incluido el espectrómetro de masas de ultra alta resolución del grupo de investigación de Geoquímica Marina de la Universidad de Oldenburg, los investigadores pudieron caracterizar en detalle la materia orgánica disuelta.
Descubrieron que casi una quinta parte de las moléculas orgánicas en las áreas anóxicas del Mar Negro contenían azufre, significativamente más que en otros mares. Además, el equipo pudo establecer que una alta proporción de estos compuestos solo se encuentran en estas áreas, lo que llevó a los investigadores a concluir que los compuestos de azufre se forman allí a través de reacciones químicas en el agua sulfídica.
Relevante retroalimentación negativa en escalas de tiempo geológicas
Dado que se almacenan enormes cantidades de carbono en la materia orgánica disuelta (los océanos del mundo contienen aproximadamente tanto carbono orgánico disuelto como CO2 en la atmósfera de la Tierra), los resultados de este nuevo estudio también son relevantes para el clima.
"El volumen de las aguas oceánicas sin oxígeno se cuadruplicó entre 1960 y 2010. En consecuencia, este mecanismo de almacenamiento de carbono basado en azufre podría influir en la química de los océanos en el futuro", dice Gómez-Sáez, autor principal del estudio.
Pero esta retroalimentación negativa es demasiado débil para tener un impacto notable en el cambio climático en las condiciones actuales, agrega. En la historia geológica, sin embargo, ha habido varios períodos durante los cuales grandes áreas de los océanos tenían deficiencia de oxígeno. Durante estos períodos, este efecto podría haber contribuido a la eliminación a largo plazo de dióxido de carbono de la atmósfera.
Imagen: La expedición MSM15-1 del buque de investigación Maria S. Merian, en la que los investigadores de Oldenburg recopilaron los datos para el presente estudio, comenzó en Estambul. Crédito: Felix Janssen
Las muestras de agua del Mar Negro se tomaron durante una expedición con el buque de investigación Maria S. Merian. Además del equipo del ICBM, participaron en el estudio investigadores del Instituto Alfred Wegener, Centro Helmholtz de Investigación Polar y Marina (AWI) en Bremerhaven, el MARUM, Centro de Ciencias Ambientales Marinas de la Universidad de Bremen y el Instituto Max Planck de Microbiología Marina de Bremen.
La investigación se ha publicado en la revista científica Science Advances: Sulfurization of dissolved organic matter in the anoxic water column of the Black Sea
