Se extiende desde la costa centroamericana hacia el oeste hasta el Pacífico central
El análisis de la proporción de isótopos de nitrógeno en los esqueletos de coral muestra fuertes oscilaciones decenales en el tamaño de la zona deficiente de oxígeno (ODZ por sus singlas en inglés) más grande del mundo durante los últimos 80 años.
Estos hallazgos implican que esta ODZ es más dinámica de lo que se pensaba anteriormente y podría responder rápidamente a los cambios climáticos en las próximas décadas, con importantes consecuencias para los ecosistemas marinos.
Algunas zonas del Océano Tropical albergan pesquerías muy productivas que alimentan a millones de personas y contribuyen así a la estabilidad socioeconómica de muchos países alrededor del mundo. Pero, paradójicamente, esta riqueza natural también puede crear condiciones adversas para la vida marina, ya que la abundante biomasa que se produce en estas zonas se hunde en las profundidades y es degradada por bacterias.
Durante este proceso se consume oxígeno a través de la respiración, lo que conduce a la formación de vastas zonas privadas de oxígeno disuelto, a unos cientos de metros bajo la superficie. Estas áreas con poco o ningún oxígeno se conocen como zonas deficientes en oxígeno u ODZ. La ODZ más grande del planeta se encuentra en el Pacífico tropical oriental, donde se extiende desde la costa centroamericana hacia el oeste hasta el Pacífico central.
Dada la yuxtaposición de esta gran masa de agua privada de oxígeno y los ecosistemas marinos altamente productivos que se encuentran sobre ella, desde hace tiempo ha sido una prioridad de investigación comprender los ritmos naturales y las variaciones en el tamaño y la posición de esta ODZ.
En particular, muchos estudios de modelización han expresado preocupación por que el actual calentamiento global podría provocar que el volumen de aguas con bajo contenido de oxígeno en los océanos del mundo se expanda debido a cambios en las corrientes oceánicas y la solubilidad del oxígeno.
Como las series temporales medidas de concentraciones de oxígeno disuelto son demasiado escasas en esta zona remota, aún no ha sido posible determinar si este proceso ya está en marcha.
Un equipo de investigación internacional dirigido por el Instituto Max Planck de Química (Mainz, Alemania) en colaboración con científicos de la Universidad Autónoma de Baja California (México), la Institución Scripps de Oceanografía (EE.UU.), el Museo de Historia Natural Senckenberg (Alemania) y la Universidad de Princeton (EE.UU.) han reconstruido la evolución de los niveles de oxígeno en el Pacífico tropical oriental durante los últimos 80 años.
Imagen: Un ejemplo de una colonia de coral pétreo Porites sp. que crece en el fondo marino rocoso de la isla de San Benedicto en el archipiélago de Revillagigedo. Este ejemplar tiene probablemente más de 50 años, similar a las colonias perforadas por Alan Foreman, del Instituto Max Planck de Química, durante una expedición a bordo del Yate de Vela Acadia para reconstruir la dinámica de la zona deficiente de oxígeno (ODZ) del Pacífico Norte Tropical oriental. Crédito: Mark & Rachel Rohr Foundation, S/Y Acadia
La zona deficiente en oxígeno se expande y se contrae con más frecuencia de lo que se suponía
"Con un conjunto de núcleos de coral pudimos generar múltiples series temporales de isótopos de nitrógeno estables que abarcan los últimos 80 años. Estos datos revelaron que la ODZ se expande y se contrae cada diez años aproximadamente, mucho más a menudo de lo que se creía anteriormente", afirma Alan Foreman, investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck de Química.
Los investigadores documentaron el crecimiento y la disminución natural de la ODZ en el Pacífico Norte tropical oriental con este conjunto de observaciones. Sus resultados demostraron que la variabilidad climática decenal del Pacífico está controlando el tamaño de esta ODZ a través de cambios en la fuerza de los vientos del este.
La estrecha relación entre la fuerza de los vientos del Pacífico tropical y la extensión de las aguas pobres en oxígeno demuestra que las ODZ son más dinámicas de lo que se creía y podrían responder rápidamente a los cambios climáticos en las próximas décadas, con importantes consecuencias para los ecosistemas marinos.
El esqueleto de coral registra la concentración de oxígeno del océano
El equipo realizó este descubrimiento utilizando registros geoquímicos de corales duros. Más precisamente, midieron la proporción de isótopos de nitrógeno de la pequeña cantidad de materia orgánica atrapada en el esqueleto del coral como un nuevo indicador de la concentración de oxígeno en el océano.
En aguas pobres en oxígeno, complejos procesos biológicos bacterianos alteran la composición isotópica del nitrato, dejando una "huella dactilar" geoquímica en este nutriente vital para el ecosistema del arrecife de coral ubicado encima. El nitrato que se origina en la ODZ se lleva a la superficie mediante mezcla y difusión, donde ayuda a los corales a mantener su crecimiento. Al hacerlo, la huella isotópica de la ODZ se propaga al esqueleto del coral, donde se registra y se preserva dentro de la materia esquelética de la colonia.
"En nuestro laboratorio, podemos analizar las cantidades extremadamente pequeñas de nitrógeno atrapadas en los cristales de carbonato de calcio de los esqueletos de coral, lo que nos permite inferir cómo varió la Zona Deficiente de Oxígeno (ODZ) en el pasado", dice Alfredo Martínez-García, líder del grupo de investigación Geoquímica de Isótopos Orgánicos en el Instituto Max Planck.
Imagen: La superficie de los corales pétreos Porites sp. utilizados en este estudio está compuesta por miles de diminutos pólipos de coral, cada uno con varios tentáculos y una abertura central que actúa como boca. Estos pólipos secretan carbonato de calcio para formar el esqueleto del coral. Los cambios anuales en la densidad del esqueleto del coral (impulsados por los cambios en la temperatura del agua) se pueden discernir mediante imágenes de rayos X, como se visualiza aquí en una imagen de Renate Rabenstein del Museo de Historia Natural Senckenberg (Frankfurt, Alemania). Crédito: Mark & Rachel Rohr Foundation, S/Y Acadia
Los esqueletos de coral analizados en este estudio fueron recolectados el año pasado durante una expedición a las islas aisladas del archipiélago de Revillagigedo en el océano Pacífico. El archipiélago está ubicado geográficamente junto a la zona de desprendimientos de coral más grande del mundo.
Esta expedición, dirigida por Alan Foreman, en colaboración con el Sailing Yacht Acadia (Fundación Mark y Rachel Rohr), recuperó varios núcleos de coral del coral pétreo Porites que crece en el fondo marino rocoso de las islas San Benedicto y Soccoro. La superficie de estos corales está formada por miles de diminutos animales, llamados pólipos, que secretan carbonato de calcio para formar el esqueleto del coral.
A medida que la densidad del esqueleto coralino cambia a lo largo del año, los depósitos son sólidos marcadores cronológicos. En la imagen de rayos X, las bandas claras y oscuras de alta y baja densidad se asemejan a los anillos anuales de un árbol.
Basándose en las bandas alternas del esqueleto del coral, los investigadores pudieron crear series temporales detalladas de la variabilidad de la ODZ. El nuevo conjunto de núcleos de coral se complementó con núcleos de coral adicionales recolectados previamente por José Carriquiry (Universidad Autónoma de Baja California), Sara Sánchez (Universidad de Boulder, Colorado) y Christopher Charles (Institución Scripps de Oceanografía).
Los corales son libros de historia del océano
"Nuestra colección de corales nos permite reconstruir la variabilidad de las aguas pobres en oxígeno durante el siglo XX en un área que abarca miles de kilómetros, con gran precisión. A menudo considero esta colección como una biblioteca donde cada nuevo núcleo es un libro que cuenta una historia sobre nuestro océano".
"En última instancia, nuestro trabajo es descifrar cada uno de estos libros para comprender el impacto de las actividades humanas en el océano y crear conciencia sobre este urgente problema", dice Nicolas Duprey, autor principal del estudio e investigador postdoctoral en el Instituto Max Planck de Química.
Los resultados ha sido publicados en la revista Science: Decadal oscillations in the ocean’s largest oxygen-deficient zone
