Una Internet de los océanos

robot marino
Un gran robot, cargado con sensores y cámaras, diseñado para explorar la zona crepuscular del océano. Crédito: Marine Imaging Technologies, LLC, Institución Oceanográfica Woods Hole

Ocean Vital Signs Network: Una vasta red de monitoreo de sensores autónomos en el océano
La zona crepuscular del océano podría almacenar grandes cantidades de carbono capturado de la atmósfera

Muy por debajo de la superficie del océano, la luz se desvanece en una zona crepuscular donde las ballenas y los peces migran y las algas muertas y el zooplancton llueven desde arriba.

Este es el corazón de la bomba de carbono del océano, parte de los procesos oceánicos naturales que capturan alrededor de un tercio de todo el dióxido de carbono producido por el hombre y lo hunden en las profundidades del mar, donde permanece durante cientos de años.

Puede haber formas de mejorar estos procesos para que el océano extraiga más carbono de la atmósfera para ayudar a frenar el cambio climático. Sin embargo, se sabe poco sobre las consecuencias.

Peter de Menocal, paleoclimatólogo marino y director de la Institución Oceanográfica Woods Hole, habló sobre la eliminación de dióxido de carbono en los océanos en un reciente evento de TEDxBoston: Planetary Stewardship. En esta charla, profundiza en los riesgos y beneficios de la intervención humana y describe un ambicioso plan para construir una vasta red de monitoreo de sensores autónomos en el océano para ayudar a la humanidad a comprender el impacto.

Vídeo: Peter de Menocal en el TEDxBoston: Planetary Stewardship.

Primero, ¿Qué es el secuestro de dióxido de carbono por el océano y cómo funciona en la naturaleza?

El océano es como una gran bebida carbonatada. Aunque no burbujea, tiene unas 50 veces más carbono que la atmósfera. Entonces, para sacar carbono de la atmósfera y almacenarlo en algún lugar donde no continúe calentando el planeta, el océano es el lugar más grande al que puede ir.

La eliminación, secuestro o almacenamiento de dióxido de carbono oceánico, o CDR oceánico, utiliza la capacidad natural del océano para absorber carbono a gran escala y amplificarlo.

almacenamiento de carbono en el océano

Imagen: Métodos de almacenamiento de carbono en los océanos. Crédito: Natalie Renier/Instituto Oceanográfico Woods Hole

El carbono llega al océano desde la atmósfera de dos maneras.

En la primera, el aire se disuelve en la superficie del océano. Los vientos y las olas rompientes lo mezclan en la media milla superior más o menos, y debido a que el agua de mar es ligeramente alcalina, el dióxido de carbono es absorbido por el océano.

La segunda implica la bomba biológica. El océano es un medio vivo: tiene algas, peces y ballenas, y cuando ese material orgánico se come o muere, se recicla. Llueve a través del océano y se abre camino hacia la zona crepuscular del océano, un nivel de alrededor de 650 a 3.300 pies (aproximadamente 200 a 1.000 metros) de profundidad.

La zona crepuscular del océano sostiene la actividad biológica en los océanos. Es el "suelo" del océano donde el carbono orgánico y los nutrientes se acumulan y son reciclados por los microbios. También es el hogar de la migración animal más grande del planeta. Cada día, billones de peces y otros organismos migran desde las profundidades a la superficie para alimentarse de plancton y entre sí, y vuelven a bajar, actuando como una gran bomba de carbono que captura el carbono de la superficie y lo desvía hacia los océanos profundos donde se almacena lejos de la atmósfera.

cantidad de carbono en la Tierra

Imagen: Cantidad de carbono en la Tierra

¿Por qué el CDR oceánico está atrayendo tanta atención en este momento?

"La oración más impactante que he leído en mi carrera fue en el Sexto Informe de Evaluación del Panel Intergubernamental sobre el Cambio Climático, publicado en 2021. Dijo que hemos retrasado la acción sobre el cambio climático durante tanto tiempo que ahora es necesario eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera para que todas las vías mantengan el calentamiento global por debajo de 1,5 grados Celsius (2,7 F). Más allá de eso, los impactos del cambio climático se vuelven cada vez más peligrosos e impredecibles", dice Peter de Menocal, director de la Institución Oceanográfica Woods Hole.

"Debido a su volumen y potencial de almacenamiento de carbono, el océano es realmente la única flecha en nuestra aljaba que tiene la capacidad de absorber y almacenar carbono en la escala y la urgencia requeridas", dice Menocal.

Un informe de 2022 de las academias nacionales describió una estrategia de investigación para la eliminación de dióxido de carbono en los océanos. Los tres métodos más prometedores exploran formas de mejorar la capacidad natural del océano para absorber más carbono.

El primero es la mejora de la alcalinidad del océano. Los océanos son salados, naturalmente alcalinos, con un pH de alrededor de 8,1. El aumento de la alcalinidad al disolver ciertas rocas y minerales en polvo convierte al océano en una esponja química para el CO2 atmosférico.

Un segundo método agrega micronutrientes a la superficie del océano, particularmente hierro soluble. Cantidades muy pequeñas de hierro soluble pueden estimular una mayor productividad o el crecimiento de algas, lo que impulsa una bomba biológica más vigorosa. Se han realizado más de una docena de estos experimentos, por lo que sabemos que funciona.

El tercero es quizás el más fácil de entender: cultivar algas marinas en el océano, que capturan carbono en la superficie a través de la fotosíntesis, luego las embalan y las sumergen en las profundidades del océano.

Pero todos estos métodos tienen inconvenientes para el uso a gran escala, incluido el costo y las consecuencias imprevistas.

almacenamiento de carbono el océano en años

Imagen GIF: Los años indican cuánto tiempo se espera que permanezca el carbono depositado antes de que el agua pase a la superficie. Crédito: Institución Oceanográfica Woods Hole

"No estoy abogando por ninguno de estos, o por los CDR oceánicos en general. Pero sí creo que es esencial acelerar la investigación para comprender los impactos de estos métodos. El océano es esencial para todo aquello de lo que dependen los seres humanos: alimentos, agua, refugio, cultivos, estabilidad climática. Son los pulmones del planeta. Entonces, necesitamos saber si estas tecnologías basadas en los océanos para reducir el dióxido de carbono y el riesgo climático son viables, seguras y escalables", dice Menocal.

Has hablado de construir una 'Internet del océano' para monitorear los cambios. ¿Qué implicaría eso?

El océano está cambiando rápidamente y es el engranaje más grande en el motor climático de la Tierra, sin embargo, casi no tenemos observaciones de la zona crepuscular del océano para comprender cómo estos cambios están afectando las cosas que nos importan. Básicamente estamos volando a ciegas en un momento en que más necesitamos observaciones. Además, si en este momento tuviéramos que probar cualquiera de estas tecnologías de eliminación de carbono a cualquier escala, no podríamos medir o verificar su efectividad o evaluar los impactos en la salud de los océanos y los ecosistemas.

zona crepuscular

Imagen: Los principales depredadores, como las ballenas, los atunes, los peces espada y los tiburones, dependen de la zona crepuscular para alimentarse y se sumergen cientos o incluso miles de pies para atrapar a sus presas. Crédito: Eric S. Taylor/Instituto Oceanográfico Woods Hole

"Por lo tanto, en la Institución Oceanográfica Woods Hole estamos liderando una iniciativa para construir la primera Internet del mundo para el océano, llamada Ocean Vital Signs Network. Es una gran red de amarres y sensores que proporciona ojos 4D en los océanos (la cuarta dimensión es el tiempo) que están siempre encendidos, siempre conectados para monitorear estos procesos del ciclo del carbono y la salud del océano", dice Menocal.

En este momento, hay alrededor de un sensor oceánico en el programa global Argo para cada porción de océano del tamaño de Texas. Estos suben y bajan como saltadores, midiendo principalmente la temperatura y la salinidad.

Los científicos de Woods Hole planean un centro central en medio de una cuenca oceánica donde una densa red de planeadores inteligentes y vehículos autónomos miden las propiedades del océano, incluido el carbono y otros signos vitales de la salud del océano y del planeta. Estos vehículos pueden atracar, recargar, cargar datos que han recopilado y salir a recopilar más. Los vehículos compartirían información y tomarían decisiones de muestreo inteligentes mientras miden la química, la biología y el ADN ambiental de un volumen del océano que es realmente representativo de cómo funciona el océano.

Tener ese tipo de red de vehículos autónomos, capaces de regresar y encenderse en medio del océano con energía de las olas, solar o eólica en el sitio de amarre y enviar datos a un satélite, podría iniciar una nueva era de observación y descubrimiento del océano.

Mesobot

Imagen: Mesobot comienza su descenso hacia la zona crepuscular del océano. Crédito: Marine Imaging Technologies, LLC, Institución Oceanográfica Woods Hole

¿Existe la tecnología necesaria para este nivel de monitoreo?

Ya se está haciendo gran parte de este desarrollo de ingeniería y tecnología. Lo que no hemos hecho todavía es unirlo todo.

Por ejemplo, existe un equipo que trabaja con láseres de luz azul para comunicarse en el océano. Bajo el agua, no puedes usar la radiación electromagnética como lo hacen los teléfonos celulares, porque el agua de mar es conductora. En su lugar, se debe usar el sonido o la luz para comunicarse bajo el agua.

También se cuenta con un grupo de comunicaciones acústicas que trabaja en tecnologías de enjambre y comunicaciones entre vehículos cercanos. Otro grupo trabaja en cómo atracar vehículos en amarres en medio del océano. Otro se especializa en el diseño de amarres. Otro es construir sensores químicos y sensores físicos que midan las propiedades del océano y el ADN ambiental.

Este verano de 2023, un experimento en el Atlántico Norte llamado Ocean Twilight Zone Project generará una imagen del funcionamiento más amplio del océano sobre una gran porción de bienes raíces a la escala en la que realmente funcionan los procesos oceánicos.

Tendremos transceptores acústicos que pueden crear una imagen 4D a lo largo del tiempo de estas regiones oscuras y ocultas, junto con planeadores, nuevos sensores que llamamos "minions" que observarán el flujo de carbono del océano, los nutrientes y los cambios de oxígeno. Los "minions" son básicamente sensores del tamaño de una botella de refresco que descienden a una profundidad fija, digamos 1.000 metros (0,6 millas), y usan esencialmente una cámara de iPhone apuntando hacia arriba para tomar fotografías de todo el material que flota a través de la columna de agua. Eso permite cuantificar la cantidad de carbono orgánico que se abre camino hacia esta antigua y fría agua profunda, donde puede permanecer durante siglos.

Vídeo: Un recorrido por la vida marina en la zona crepuscular del océano.

Por primera vez, podremos ver cuán irregular es la productividad en el océano, cómo llega el carbono al océano y si podemos cuantificar esos flujos de carbono.

Eso es un cambio de juego. Los resultados pueden ayudar a establecer la efectividad y las reglas básicas para usar CDR. Es un salvaje oeste allá afuera: nadie está mirando los océanos ni prestando atención. Esta red hace posible la observación para la toma de decisiones que afectarán a las generaciones futuras.

¿Es la respuesta correcta el CDR oceánico?

La humanidad no tiene mucho tiempo para reducir las emisiones de carbono y las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera.

"La razón por la que los científicos están trabajando tan diligentemente en esto no es porque seamos grandes admiradores del CDR, sino porque sabemos que los océanos pueden ayudar. Con una Internet oceánica de sensores, podemos comprender realmente cómo funciona el océano, incluidos los riesgos y beneficios del CDR oceánico", dice Menocal.

Etiquetas: SecuestroEliminaciónAlmacenamientoCarbonoOcéanoInternet

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