La microcapa de la superficie es increíblemente delgada, del orden de 100 micrómetros de espesor
El límite entre el océano y la atmósfera, donde interactúan el aire y el mar, se conoce como microcapa de la superficie del mar. Comprender cómo se intercambian los nutrientes, los contaminantes y la materia orgánica entre el aire y el mar también es vital para entender mejor el papel que desempeñan en la regulación de los ciclos del carbono y el clima.
El problema, sin embargo, es que estudiar la microcapa de la superficie del mar es una tarea que requiere muchísimo tiempo y puede presentar muchos desafíos.
Para comprender mejor las interacciones aire-mar de componentes biogeoquímicamente importantes como gases y diferentes partículas, investigadores de la Universidad de Delaware (UD) y la Universidad de Georgia (UGA) realizaron recientemente un crucero de investigación a bordo del buque de investigación Hugh R. Sharp de la UD para estudiar la microcapa de la superficie del mar en el Océano Atlántico Norte.
El equipo de investigación realizó dos cruceros anteriores que se interrumpieron debido al clima tormentoso y la pandemia de COVID-19.
Andrew Wozniak, profesor asociado de la Escuela de Ciencias y Políticas Marinas (SMSP), es el líder del proyecto de la UD, mientras que la líder del proyecto de la UGA es Amanda Frossard, profesora asociada del Departamento de Química de la UGA.
Vídeo: El R/V Hugh R Sharp sirve como laboratorio flotante.
Wozniak dijo que la microcapa de la superficie del mar es un microambiente único.
"Se acumula material orgánico de cierto tipo y luego llega a la interfaz aire-mar y se acumula allí, y eso crea interesantes propiedades físicas que influyen en el intercambio de materiales de ida y vuelta", dijo Wozniak.
"Pensamos que si podemos hacer un mejor trabajo de comprensión de cómo la química de la materia orgánica cambia en el espacio y el tiempo debido a los procesos y la biología del océano, entonces tendremos una mejor comprensión de cómo se intercambian estos gases y cómo las partículas que se emiten a la atmósfera pueden influir en la química atmosférica".
Frossard explicó que el equipo de investigación está interesado en estudiar los conocidos como surfactantes, compuestos que reducen la tensión superficial de un líquido como el agua de mar y se acumulan en las aguas superficiales y la microcapa de la superficie del mar debido a su afinidad por las superficies e interfaces, como las burbujas ascendentes en el océano.
Uno de los principales objetivos del proyecto es analizar y comprender mejor estos surfactantes.
"Queremos entender qué surfactantes hay en el océano, cómo se distribuyen en la microcapa y qué afecta su concentración y su composición", dijo Frossard. "Estamos recogiendo muestras, algunas las estamos procesando en el barco, pero las estamos llevando todas al laboratorio para hacer diferentes análisis. Utilizaremos estos resultados para comprender la microcapa de la superficie del mar y entender mejor el intercambio de gases entre el aire y el mar, así como la emisión de partículas del océano a la atmósfera".
Paneles de vidrio
Investigar la microcapa de la superficie del mar no es nada fácil. Como se vio en los cruceros anteriores que se enfrentaron a complicaciones imprevistas, el trabajo oceanográfico requiere perseverancia en medio de un mar de desafíos.
Para el experimento, los investigadores a bordo del barco realizaron una serie de análisis biológicos y químicos, que requieren mucho material.
La microcapa de la superficie es increíblemente delgada, del orden de 100 micrómetros de espesor, que es aproximadamente el grosor de una hoja de papel. Una de las formas en que los investigadores recogen el material es sumergiendo una placa de vidrio en el agua y luego utilizando una escobilla de goma para raspar el agua pegada a la placa en una botella.
"Como se puede imaginar, eso lleva mucho tiempo", dijo Wozniak. "Lo que queremos es aproximadamente un litro y medio de agua, y cada vez que lo hacemos, recolectamos alrededor de siete mililitros".
Trabajando con la tripulación a bordo del R/V Sharp (Jon Swallow, Timothy Deering y James Warrington), el equipo perfeccionó su técnica de recolección para ayudar a mejorar su método de muestreo.
Utilizaron un muestreador Roseta, un dispositivo que se utiliza para tomar muestras de agua en aguas profundas. Ese tipo de muestreador suele colocarse en el costado de un barco equipado con botellas, de modo que cuando se hunde, vuelve a subir con botellas de agua.
Sin embargo, para este experimento equiparon la Roseta con trozos de vidrio.
Imagen: En la imagen se ven investigadores trabajando con un muestreador Roseta, un dispositivo que se utiliza para tomar muestras de agua en aguas profundas y que está equipado con piezas de vidrio. Estos paneles de vidrio recogen el material del océano sumergiéndolos en el agua y luego los investigadores usan una escobilla de goma para raspar el agua que se adhiere a la placa y colocarla en una botella. Crédito: Audrey Tong/Universidad de Delaware
"Extendemos el muestreador desde la parte trasera del barco, lo sumergimos, lo levantamos y lo traemos de nuevo a bordo y luego raspamos el vidrio", dijo Wozniak. "Lo hacemos una y otra vez para recolectar suficiente agua para combinarla en una muestra. Nos lleva aproximadamente dos horas hacerlo y contamos la cantidad de veces que lo hacemos, de modo que tenemos un registro de cuántas veces se necesitan para recolectar las muestras".
Wozniak dijo que la idea es que cuando la placa de vidrio baja al agua y vuelve a subir, el material de la superficie es lo último que toca. Esas moléculas de surfactante son atraídas por la placa de vidrio y se adhieren a ella. A medida que sale, parte de lo que gotea es principalmente el agua subyacente.
"Se llaman moléculas surfactantes porque reducen la tensión superficial y esa propiedad de tensión superficial va a influir en la turbulencia en esa interfaz aire-agua", dijo Wozniak. "Esa turbulencia es un factor clave en el modo en que los gases pueden ir y venir. Cuanto mayor sea la turbulencia, mayor será el intercambio de materiales".
Actualmente, la forma de cuantificar cómo se intercambia algo como el dióxido de carbono se basa en la velocidad del viento porque el viento va a influir en esa turbulencia. Pero esos modelos tienen grandes márgenes de error, y la idea es que esos errores se deben en parte a la influencia de otros factores como estos surfactantes.
"Al raspar el vidrio, se ha consolidado esa capa fina", dijo Wozniak. "Esta fue nuestra solución para estudiar la microcapa de la superficie del mar y realmente es un gran ejemplo de colaboración entre la tripulación del barco y los científicos para resolver un verdadero desafío".
Una vez recolectadas las muestras, los investigadores realizaron sus análisis a bordo del barco o en los laboratorios de sus instituciones de origen.
