Destinos divergentes de la zona de mínimo oxígeno del Pacífico y su núcleo en un mundo en calentamiento
Las áreas de agua con poco oxígeno se extienden por miles de millas a través de los océanos del mundo. La más grande de estas "zonas de mínimo oxígeno" (OMZ, por sus singlas en inglés) se encuentra a lo largo de la costa del Pacífico de América del Norte y del Sur, centrada frente a la costa de México.
Hasta hace poco, los modelos climáticos no han podido decir si las OMZ crecerán o se reducirán debido al cambio climático, en parte porque las OMZ son el resultado de dos procesos opuestos: el oxígeno suministrado por la circulación oceánica y el oxígeno utilizado por la vida marina.
Ahora, un equipo dirigido por Laure Resplandy de Princeton ha predicho con seguridad que los límites de la OMZ del Pacífico, la más grande del planeta, se expandirá para fines de siglo hasta 2 millones de millas cúbicas adicionales (8 millones de kilómetros cúbicos), tanto hacia la superficie del mar como hacia la costa.
Esto es significativo por dos razones, dijo Resplandy, oceanógrafa biogeoquímica y profesora asistente de geociencias en el Instituto Ambiental High Meadows en Princeton. Por un lado, a medida que bajan los niveles de oxígeno, las especies económicas vitales como el atún y los cangrejos no podrán alimentarse, nadar o reproducirse a menos que se trasladen a regiones oceánicas con más oxígeno.
Esto tiene importantes implicaciones para los ecosistemas cercanos a las costas del océano y las industrias que dependen de ellos, desde la pesca hasta el turismo. En segundo lugar, las OMZ son una fuente importante de óxido nitroso, un importante gas de efecto invernadero.
Las proyecciones exitosas de su equipo no se deben solo a modelos nuevos y mejores, aunque están utilizando la última suite, el Proyecto de comparación de modelos acoplados 6 (CMIP6). La idea clave, dijo Resplandy, fue comprender que la OMZ no es uniforme sino que tiene capas "como una cebolla" que responden de manera diferente al aumento de los gases de efecto invernadero.
Básicamente, las OMZ se componen de una capa exterior y un núcleo interior, y los nuevos modelos muestran que el núcleo se encogerá mientras que la capa exterior se expandirá.
En trabajos anteriores, los cambios de la OMZ se evaluaron utilizando las capas intermedias, entre la capa exterior en expansión y el núcleo en contracción, donde solo se encontraron pequeños cambios, a veces positivos, a veces negativos. "Los cambios fueron cercanos a cero, y diferentes modelos mostraron tendencias contradictorias, algunas conduciendo a una expansión y otras a una contracción de la OMZ. Parecía una discrepancia", dijo Julius Busecke, quien dirigió la investigación mientras era investigador postdoctoral en Princeton y ahora es oceanógrafo físico en la Universidad de Columbia.
Vídeo: Los investigadores crearon esta visualización de la zona de mínimo oxígeno del Pacífico a partir de las observaciones y el World Ocean Atlas de 2018. Los colores indican aproximadamente el núcleo (púrpura) que casi no tiene oxígeno y se está contrayendo, la capa externa con poco oxígeno (naranja) que se está expandiendo y una zona de transición en el medio (rosa). Animación de Julius Busecke en colaboración con Bane Sullivan
"Pensamos que los modelos climáticos eran inconsistentes, con tendencias por todas partes", dijo Resplandy. "Pero ahora sabemos que estábamos haciendo la pregunta equivocada: preguntarnos si deberíamos esperar una expansión o una contracción en lugar de considerar que podrían ser ambas cosas".
"Comenzamos a tener un enfoque más holístico y observamos la evolución de esas diferentes capas de cáscara de cebolla, siendo la externa la más importante para los ecosistemas y la central importante para la producción de óxido nitroso", dijo. "Fue entonces cuando descubrimos que los modelos en realidad no estaban en desacuerdo. Estuvieron de acuerdo en que la capa exterior se expandiría y sería un problema para los ecosistemas, pero el núcleo se contraería, produciendo potencialmente menos óxido nitroso".
Su nuevo marco de trabajo en capas resolvió años de frustración. "Durante 15 años, hemos estado dando vueltas en torno al mismo enigma: con el calentamiento global, el océano está perdiendo oxígeno, por lo que esperamos que se expandan las zonas de mínimo oxígeno, pero nuestros modelos climáticos mostraron tendencias inconsistentes", dijo Resplandy.
"En nuestros documentos, los modeladores climáticos escribieron: 'Las tendencias del modelo son inconsistentes, por lo que no sabemos cuál será el impacto en los ecosistemas y el óxido nitroso'. Estaba cansada de escribir estas oraciones. Estaba cansada de leerlos. Cuando llegué a Princeton hace cinco años, me dije a mí misma: 'Está bien, tenemos que resolver este problema'. Era una obsesión mía".
Crear el marco de trabajo en capas fue "mucho trabajo, pero estoy muy feliz de que finalmente tengamos sentido para las futuras proyecciones de OMZs", dijo.
Imagen: Las zonas con deficiencia de oxígeno (en rojo) se redujeron durante largos períodos cálidos en el pasado, contrariamente a las expectativas generalizadas. Imagen de Alexandra Auderset, Princeton y MPIC
Los modelos de su equipo muestran que si continúan las altas emisiones de gases de efecto invernadero, para 2100 la OMZ del Pacífico tropical crecerá de 6 a 8 millones de kilómetros cúbicos, alrededor de 1,4 a 2 mil millones de millas cúbicas, o alrededor del 0,6% del volumen de los océanos del mundo. En gran parte de su área, probablemente se expandirá hacia la superficie de 5 a 50 metros (16 a 160 pies).
Por el contrario, los nuevos modelos muestran que a medida que se expande la capa exterior, se contraerá el núcleo de la OMZ, donde los niveles de oxígeno son más bajos.
Esa es una pequeña ventaja. El núcleo de OMZ produce óxido nitroso, por lo que la reducción puede limitar la cantidad de este gas de efecto invernadero que se libera a la atmósfera. "Creo que no tener esa región central como un globo es probablemente una buena noticia", dijo Busecke.
Coincidentemente, los paleooceanógrafos del laboratorio de Danny Sigman en Princeton descubrieron a principios de este año que las zonas con poco oxígeno llevaron a una producción reducida de óxido nitroso durante los períodos cálidos hace 15 a 50 millones de años. Habían usado pequeñas criaturas extintas para calcular cuáles habían sido los niveles de oxígeno y nitrógeno.
"Es muy interesante ver los resultados de la paleooceanografía", dijo Busecke. "Son completamente independientes de nuestros modelos climáticos y respaldan nuestros hallazgos de que el núcleo de la OMZ podría reducirse en el futuro a pesar del calentamiento. Esto nos da confianza de que estamos en el camino correcto y podemos avanzar".
"Diverging fates of the Pacific Oxygen minimum zone and its core in a warming world" por Julius J.M. Busecke, Laure Resplandy, Sam J. Ditkovsky y Jasmin G. John se publicó el 23 de noviembre en la revista AGU Advances.
