El pasado profundo del Océano Ártico proporciona pistas sobre su inminente futuro

extensión del hielo marino del Ártico

El Océano Ártico es el lugar de encuentro de dos grandes océanos: el Pacífico y el Atlántico

A medida que el Polo Norte, el Océano Ártico y la tierra ártica circundante se calientan rápidamente, los científicos se apresuran a comprender los efectos del calentamiento en los ecosistemas árticos. Con la reducción del hielo marino, llega más luz a la superficie del Océano Ártico. Algunos han predicho que esto conducirá a más plancton, lo que a su vez mantendrá a los peces y otros animales.

No tan rápido, dice un equipo de científicos dirigido por la Universidad de Princeton y el Instituto Max Planck de Química.

Apuntan al nitrógeno, un nutriente vital. Los investigadores utilizaron plancton fosilizado para estudiar la historia de las fuentes y las tasas de suministro de nitrógeno al Océano Ártico abierto occidental y central. Su trabajo sugiere que bajo un régimen de calentamiento global, estas aguas árticas abiertas experimentarán una limitación de nitrógeno más intensa, lo que probablemente evitará un aumento en la productividad.

"Mirando el Océano Ártico desde el espacio, es difícil ver el agua, ya que gran parte del Océano Ártico está cubierto por una capa de hielo marino", dijo el autor principal Jesse Farmer, investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Geociencias de la Universidad de Princeton, quien también es becario postdoctoral visitante en el Instituto Max Planck de Química en Mainz, Alemania.

Este hielo marino se expande naturalmente durante los inviernos y se contrae durante los veranos. En las últimas décadas, sin embargo, el calentamiento global ha provocado una rápida disminución en la cobertura de hielo marino de verano, con una cobertura de hielo de verano ahora aproximadamente la mitad que la de 1979.

A medida que el hielo marino se derrite, el plancton que realiza la fotosíntesis, que forma la base de las redes tróficas del Ártico, debería beneficiarse de la mayor disponibilidad de luz. "Pero hay una trampa", dijo la autora colaboradora Julie Granger, profesora asociada de ciencias marinas en la Universidad de Connecticut. "Este plancton también necesita nutrientes para crecer, y los nutrientes solo abundan en las profundidades del Océano Ártico, un poco más allá del alcance del plancton".

Si el plancton puede adquirir estos nutrientes depende de cuán estrictamente esté "estratificado" o separado en capas la capa superior del océano. Los 200 metros superiores (660 pies) del océano consisten en distintas capas de agua con diferentes densidades, determinadas por su temperatura y salinidad.

"Cuando la parte superior del océano está fuertemente estratificada, con agua muy liviana flotando sobre aguas profundas y densas, el suministro de nutrientes a la superficie iluminada por el sol es lento", dijo Farmer.

Una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad de Princeton muestra cómo ha cambiado el suministro de nitrógeno al Ártico desde la última edad de hielo, lo que revela la historia de la estratificación del Océano Ártico. Usando núcleos de sedimentos del Océano Ártico occidental y central, los investigadores midieron la composición isotópica del nitrógeno orgánico atrapado en los fósiles de piedra caliza de foraminíferos (plancton que creció en las aguas superficiales, luego murió y se hundió en el fondo del mar).

foraminíferos fosilizados

Imagen: Estos bultos blancos son foraminíferos fosilizados de un núcleo de sedimento del Océano Ártico, ampliado 30 veces. Los investigadores utilizaron material orgánico dentro de estos "foraminíferos" (plancton que creció en las aguas superficiales, luego murió y se hundió en el fondo del mar) para medir la composición isotópica del nitrógeno. Crédito: Jesse Farmer, Universidad de Princeton

Sus mediciones revelan cómo cambiaron con el tiempo las proporciones de nitrógeno derivado del Atlántico y el Pacífico, al tiempo que rastrean los cambios en el grado de limitación de nitrógeno del plancton en la superficie. Ona Underwood de la Clase de 2021 fue un miembro clave del equipo de investigación, que analizó los núcleos de sedimentos del Océano Ártico occidental para su proyecto junior.

Donde se encuentran los océanos: las aguas del Pacífico flotan sobre las más saladas y densas aguas del Atlántico

El Océano Ártico es el lugar de encuentro de dos grandes océanos: el Pacífico y el Atlántico. En el Ártico occidental, las aguas del Océano Pacífico fluyen hacia el norte a través del estrecho poco profundo de Bering que separa Alaska de Siberia. Al llegar al Océano Ártico, el agua relativamente dulce del Pacífico fluye sobre aguas más saladas del Atlántico. Como resultado, la columna de agua superior del Ártico occidental está dominada por nitrógeno procedente del Pacífico y está fuertemente estratificada.

Sin embargo, esto no siempre fue así. "Durante la última edad de hielo, cuando el crecimiento de las capas de hielo redujo el nivel global del mar, no existía el estrecho de Bering", dijo Daniel Sigman, profesor de Ciencias Geológicas y Geofísicas de Princeton en Dusenbury y uno de los mentores de investigación de Farmer. En ese momento, el Estrecho de Bering fue reemplazado por el Puente Terrestre de Bering, una conexión terrestre entre Asia y América del Norte que permitió la migración de humanos a América. Sin el estrecho de Bering, el Ártico solo tendría agua del Atlántico, y los datos de nitrógeno lo confirman.

Cuando terminó la edad de hielo hace 11.500 años, cuando se derritieron las capas de hielo y subió el nivel del mar, los datos muestran la aparición repentina de nitrógeno del Pacífico en la cuenca abierta del Ártico occidental, una dramática evidencia de la apertura del Estrecho de Bering.

"Esperábamos ver esta señal en los datos, ¡pero no tan claramente!", dijo Sigman.

rompehielos Healy

Imagen: La coautora del estudio, Julie Granger, tomó muestras de agua del Océano Ártico a bordo del rompehielos Healy de la Guardia Costera de EE. UU.. Crédito: Julie Granger, Universidad de Connecticut

Esta fue solo la primera de las sorpresas. Al analizar los datos, Farmer también se dio cuenta de que, antes de la apertura del estrecho de Bering, el Ártico no había estado tan estratificado como lo está hoy. Solo con la apertura del Estrecho de Bering, el Ártico occidental se estratificó fuertemente, como lo refleja el inicio de la limitación de nitrógeno del plancton en las aguas superficiales.

Al alejarse del Estrecho de Bering hacia el este, el agua procedente del Pacífico se diluye, de modo que el Ártico central y oriental moderno está dominado por el agua del Atlántico y una estratificación relativamente débil. Aquí, los investigadores encontraron que la limitación de nitrógeno y la estratificación de la densidad variaban con el clima. Al igual que en el Ártico occidental, la estratificación fue débil durante la última edad de hielo, cuando el clima era más frío.

Después de la edad de hielo, la estratificación del Ártico central se fortaleció, alcanzando un pico entre hace unos 10.000 y 6.000 años, un período de temperaturas veraniegas árticas naturalmente más cálidas llamado "Máximo Térmico del Holoceno". Desde entonces, se ha debilitado la estratificación del Ártico central, permitiendo que suficiente nitrógeno profundo llegue a las aguas superficiales para superar los requisitos del plancton.

El calentamiento global está devolviendo rápidamente el Ártico al clima del Máximo Térmico del Holoceno. A medida que continúa este calentamiento, algunos científicos han predicho que la reducción de la capa de hielo mejoraría la productividad del plancton ártico al aumentar la cantidad de luz solar que llega al océano.

La nueva información histórica adquirida por Farmer y sus colegas sugiere que tal cambio es poco probable para las aguas de la cuenca abierta del Ártico occidental y central. El Ártico occidental permanecerá fuertemente estratificado debido a la afluencia persistente de agua del Pacífico a través del Estrecho de Bering, mientras que el calentamiento fortalecerá la estratificación en el Ártico central. En ambas regiones de mar abierto, es probable que el lento suministro de nitrógeno limite la productividad del plancton, concluyeron los investigadores.

"Un aumento en la productividad de la cuenca ártica abierta probablemente se habría visto como un beneficio, por ejemplo, el aumento de la pesca", dijo Farmer. "Pero dados nuestros datos, un aumento en la productividad ártica abierta parece improbable. La mejor esperanza para un aumento futuro en la productividad del Ártico es probablemente en las aguas costeras del Ártico".

Los investigadores detallan sus hallazgos en dos artículos de las revistas Nature Geoscience y Nature Communications:

Arctic Ocean stratification set by sea level and freshwater inputs since the last ice age
Anthropogenic forcing and response yield observed positive trend in Earth's energy imbalance

Ya que estás aquí...

... tenemos un pequeño favor que pedirte. Más personas que nunca están leyendo Vista al Mar pero muchas menos lo están pagando. Y los ingresos por publicidad en los medios están cayendo rápidamente. Así que puedes ver por qué necesitamos pedir tu ayuda. El periodismo divulgador independiente de Vista al Mar toma mucho tiempo, dinero y trabajo duro para producir contenidos. Pero lo hacemos porque creemos que nuestra perspectiva es importante, y porque también podría ser tu perspectiva.

Si todo el que lee nuestros artículos, que le gustan, ayudase a pagar por ello, nuestro futuro sería mucho más seguro. Gracias.

Hacer una donación a Vista al Mar