El hielo marino y el agua de mar difieren fundamentalmente en su forma de transmitir la luz
La desaparición del hielo marino en las regiones polares debido al calentamiento global no solo aumenta la cantidad de luz que entra al océano, sino que también altera su color. Estos cambios tienen consecuencias de gran alcance para organismos fotosintéticos como las algas de hielo y el fitoplancton.
Ésta es la conclusión de una nueva investigación dirigida por los biólogos marinos Monika Soja-Woźniak y Jef Huisman del Instituto de Biodiversidad y Dinámica de Ecosistemas (IBED) de la Universidad de Ámsterdam.
El equipo internacional de investigación, que también incluía al químico físico Sander Woutersen (HIMS/UvA) y colaboradores de los Países Bajos y Dinamarca, investigó cómo altera la pérdida de hielo marino el entorno lumínico submarino. El hielo marino y el agua de mar difieren fundamentalmente en su forma de transmitir la luz. El hielo marino dispersa considerablemente la luz y refleja gran parte de ella, mientras que solo permite la penetración de una pequeña cantidad.
Sin embargo, esta limitada cantidad de luz aún contiene casi todo el rango de longitudes de onda visibles. En contraste, el agua de mar absorbe la luz roja y verde, mientras que la luz azul penetra profundamente en la columna de agua. Esto es lo que le da al océano su color azul.
Vibraciones moleculares del agua
Otra diferencia clave entre el hielo y el agua líquida reside en el papel de las vibraciones moleculares. En el agua líquida, las moléculas de H₂O tienen libertad de movimiento y vibración, lo que da lugar a la formación de distintivas bandas de absorción en longitudes de onda específicas. Estas bandas eliminan selectivamente porciones del espectro de luz, creando espacios en la luz disponible para la fotosíntesis.
Imagen: Mediciones bajo el hielo marino realizadas por un colega danés en Groenlandia. Crédito: Lars Chresten Lund-Hansen.
Investigaciones previas de Maayke Stomp y el profesor Huisman demostraron que estas características de absorción molecular crean "nichos espectrales": distintos conjuntos de longitudes de onda disponibles para los organismos fotosintéticos. El fitoplancton y las cianobacterias han desarrollado una diversidad de pigmentos adaptados a los diferentes nichos espectrales, lo que configura su distribución global en océanos, aguas costeras y lagos.
Sin embargo, en el hielo, las moléculas de agua están atrapadas en una rígida red cristalina. Esta estructura fija suprime su capacidad de vibrar molecularmente y, por lo tanto, altera sus características de absorción. Como consecuencia, el hielo carece de las bandas de absorción del agua líquida, por lo que se conserva un espectro de luz más amplio bajo el hielo marino. Esta diferencia fundamental desempeña un papel clave en el cambio espectral que se produce al derretirse el hielo marino.
Implicaciones ecológicas
A medida que el hielo marino desaparece y da paso a aguas abiertas, el entorno lumínico submarino cambia de un amplio espectro de colores a un espectro más estrecho, dominado por el azul. Este cambio espectral es crucial para la fotosíntesis.
"Los pigmentos fotosintéticos de las algas que viven bajo el hielo marino están adaptados para aprovechar al máximo la amplia gama de colores presente en la poca cantidad de luz que atraviesa el hielo y la nieve", afirma la autora principal, Soja-Woźniak. "Cuando el hielo se derrite, estos organismos se encuentran de repente en un entorno predominantemente azul, lo que dificulta el desarrollo de sus pigmentos".
Imagen: El hielo marino y el agua de mar difieren en sus propiedades de absorción y dispersión. Crédito: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-59386-x
Mediante modelos ópticos y mediciones espectrales, los investigadores demostraron que este cambio en el color de la luz no solo altera el rendimiento fotosintético, sino que también puede provocar cambios en la composición de las especies. Las especies de algas especializadas en luz azul podrían obtener una sólida ventaja competitiva frente a las algas del hielo.
Según el profesor Huisman, estos cambios pueden tener efectos ecológicos en cascada. "Las algas fotosintéticas constituyen la base de la red trófica del Ártico. Los cambios en su productividad o composición de especies pueden tener un efecto dominó y afectar a peces, aves y mamíferos marinos. Además, la fotosíntesis desempeña un importante papel en la absorción natural de CO2 por el océano".
El estudio destaca que el cambio climático en las regiones polares hace más que derretir el hielo: provoca cambios fundamentales en procesos clave como la transmisión de luz y el flujo de energía en los ecosistemas marinos.
Los resultados subrayan la importancia de incorporar los espectros de luz y la fotosíntesis de forma más explícita en los modelos climáticos y los pronósticos oceánicos, especialmente en las regiones polares donde el cambio ambiental se está acelerando a un ritmo sin precedentes.
La investigación ha sido publicada en Nature Communications: Loss of sea ice alters light spectra for aquatic photosynthesis
