Un vistazo a la bomba biológica de carbono del océano

nieve marina

La tasa de degradación de la nieve marina está determinada por la dinámica del transporte microscópico

Los océanos juegan un papel clave en el balance global de dióxido de carbono. Esto se debe a que viven allí miles de millones de pequeñas algas, absorbiendo dióxido de carbono a través de la fotosíntesis e incorporándolo a su biomasa.

Cuando estas algas mueren, se precipitan, junto con las excreciones de criaturas microscópicas que se alimentan de ellas, como "nieve marina" hacia zonas más profundas. Aproximadamente el uno por ciento de su dióxido de carbono permanece enterrado en el lecho marino durante miles de años.

La nieve marina gotea suavemente

Debido a que esta constante lluvia de copos de nieve marinos transporta carbono a las profundidades del océano, los expertos lo llaman una bomba biológica. Está impulsada por dos procesos opuestos: el hundimiento de las escamas orgánicas y su degradación por las bacterias. Las escamas que se hunden aumentan el flujo de carbono a las profundidades, mientras que las bacterias disminuyen este flujo al eliminar el carbono de las partículas.

Los actuales modelos oceánicos asumen que la velocidad de hundimiento y la tasa de degradación son independientes entre sí. "Pero ahora hemos demostrado que los procesos de degradación mejoran con el hundimiento", dice Uria Alcolombri del Instituto de Ingeniería Ambiental de ETH Zurich.

Alcolombri es el primer autor de un estudio del grupo de investigación de Roman Stocker. Para sus investigaciones, los científicos utilizaron un inteligente método: en lugar de rastrear las partículas que se hunden en el mar, colocaron partículas individuales de alginato de tamaño milimétrico en una cámara de microfluidos y luego bombearon agua de mar artificial a través de ella. "En nuestros experimentos, la nieve marina no se movió a través del mar, sino que el mar se arrastró alrededor de la nieve marina. Pero la velocidad relativa es la misma", dice Alcolombri.

Microscopía en vídeo de una partícula de alginato (círculo verde claro grande) en un flujo de agua de mar artificial. El agua transporta bacterias marinas (pequeños puntos de color verde oscuro), que ocasionalmente aterrizan y colonizan la partícula. Crédito: Uria Alcolombri/ETH Zurich

Arrastrar los subproductos

Los investigadores colonizaron las partículas de alginato con bacterias de color verde brillante modificadas genéticamente. Estas rompieron las partículas mucho más rápido cuando el agua fluyó a través de la cámara; la descomposición tarda unas diez veces más en aguas tranquilas. Esto se debe a que el agua que fluye elimina los productos de degradación, dejando que las enzimas de las bacterias actúen directamente sobre las partículas, sin tener que dedicar tiempo a descomponer las moléculas que ya se han separado.

Basándose en estas observaciones, Alcolombri y su colega François Peaudecerf han diseñado un nuevo modelo de bomba biológica de carbono que considera cómo el hundimiento influye en la degradación de los copos de nieve marinos. Los cálculos del modelo sugieren dos cosas: en primer lugar, que el aumento de la degradación de las partículas debido al hundimiento reduce al doble la eficiencia teórica de transporte de la bomba de carbono. Y, en segundo lugar, gran parte de las algas muertas se descomponen en las capas más altas del océano, lo que es consistente con las mediciones del flujo de carbono real en el mar.

Pequeñas cosas, enorme impacto

La investigación del equipo no tenía como objetivo mejorar el rendimiento de la bomba biológica de carbono: "Estamos interesados en obtener una comprensión fundamental de los procesos naturales; queríamos saber cómo funciona la bomba biológica", dice Alcolombri. "Porque esto es esencial si queremos predecir con mayor precisión cómo responderán nuestros océanos al cambio climático".

Resultó que la tasa de degradación de la nieve marina, e indirectamente, el contenido global de dióxido de carbono en la atmósfera, está determinada por la dinámica del transporte microscópico. Lo que muestra, una vez más, cómo incluso las cosas más pequeñas del medio ambiente afectan el panorama general.

El estudio ha sido recién publicado en Nature Geoscience: Sinking enhances the degradation of organic particles by marine bacteria

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