El importante papel de las olas en el transporte de los gases al interior del océano

intercambio de gases entre atmosfera y océano

Una mejor comprensión del intercambio de gases entre la atmósfera y el océano puede mejorar los modelos climáticos globales

La inyección de burbujas de las olas que rompen en regiones turbulentas y frías de alta latitud en alta mar es una forma subestimada en la que los gases atmosféricos se transportan hacia el interior del océano.

Una mejor comprensión mecánica del intercambio de gases en latitudes altas es importante por varias razones, entre ellas para restringir mejor los modelos climáticos que se utilizan para predecir cambios en el inventario oceánico de gases clave como el oxígeno y el dióxido de carbono.

Un nuevo estudio dirigido por la Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) combina nuevos trazadores geoquímicos y modelos de circulación oceánica para investigar la física por la cual los gases atmosféricos llegan a las profundidades del océano.

El estudio utiliza una nueva técnica para medir con precisión los isótopos de gases nobles disueltos en muestras de agua de mar recolectadas en el Atlántico Norte a una profundidad de hasta 4,5 kilómetros. Los gases nobles, los elementos en el extremo derecho de la tabla periódica, no son reactivos y la biología no los utiliza, lo que los convierte en útiles trazadores de la física.

Los gases nobles no se añaden ni se eliminan del agua después del intercambio con la atmósfera en la superficie del mar. Como resultado, la medición de los gases nobles disueltos en las profundidades del Atlántico Norte frente a la costa de las Bermudas informa a los científicos sobre la física del intercambio de gases que tuvo lugar en regiones especiales como el mar de Irminger, donde la superficie del océano se vuelve lo suficientemente densa en condiciones tormentosas de invierno para hundirse y formar aguas profundas que fluyen lentamente hacia el sur.

Alan SeltzerImagen derecha: Alan Seltzer, científico de la Institución Oceanográfica Woods Hole (WHOI), recolecta una muestra de agua en el Atlántico Norte frente a la costa de las Bermudas, mayo de 2022.

Alan Seltzer, autor principal del artículo, dijo que estos nuevos hallazgos sugieren que la disolución de las burbujas en el océano de latitudes altas "puede ser la vía dominante por la cual todos los gases nobles, el oxígeno y el nitrógeno llegan a las profundidades del océano".

"Este estudio es un paso adelante hacia la comprensión de la física básica por la cual los gases llegan al océano", dijo Seltzer, científico asistente en el Departamento de Química y Geoquímica Marina de la WHOI.

"Es útil cualquier cosa que podamos hacer para mejorar la precisión de la forma en que los modelos representan nuestro mundo, especialmente cuando tiene que ver con los gases", dijo. "Nos preocupamos por el oxígeno para los ecosistemas globales, y nos preocupamos por el CO2 porque el océano juega un papel importante en la absorción de nuestras emisiones. Entonces, si podemos mejorar la forma en que los modelos representan procesos físicos como el intercambio de gases, podemos tener más confianza en futuras simulaciones con modelos como una forma de predecir cómo cambiarán las cosas en un mundo más cálido con más CO2".

"Comprender cómo el océano absorbe y libera gases a la atmósfera es un paso desafiante pero de importancia crítica para predecir su respuesta al cambio climático. Al ser química y biológicamente inertes, los gases nobles son poderosas herramientas para investigar los procesos físicos involucrados", dijo el coautor del artículo de la revista William Jenkins, investigador emérito del Departamento de Química y Geoquímica Marina de la WHOI.

"El artículo de Seltzer et al. es un importante paso adelante en este viaje, ya que combina nuevas mediciones de alta precisión de la concentración de gases nobles y la proporción de isótopos que son clave para desbloquear la comprensión de estos procesos vitales. Sus resultados también arrojan luz sobre el ciclo del nitrógeno oceánico, que es importante para los problemas del cambio climático, pero también nuestra comprensión fundamental de cómo se sustenta la red alimentaria oceánica".

roseta oceanográfica

Imagen: Se recupera una roseta de botellas Niskin de su viaje de 4,5 kilómetros desde las profundidades del océano para la recolección de muestras en un crucero frente a la costa de las Bermudas. (Crédito de la foto: Alan Seltzer © Institución Oceanográfica Woods Hole).

Las mediciones para el estudio provienen del sitio Bermuda Atlantic Time Series (BATS) (31°40 N, 64°10 W), donde repetidos cruceros han inspeccionado el océano de arriba a abajo casi mensualmente desde 1988. El sitio BATS es un lugar ideal para recolectar muestras, porque está ubicado aguas abajo de las regiones de formación de aguas profundas.

Las concentraciones de gases nobles en las profundidades del océano en el sitio BATS permiten a los científicos estudiar el intercambio de gases durante los eventos invernales donde se forma el océano profundo a medida que las aguas superficiales se enfrían y se vuelven más densas. En estas duras condiciones, son difíciles y escasas las observaciones directas, razón por la cual son tan valiosas las mediciones de las profundidades del océano en lugares más cálidos y meridionales.

Seltzer dijo que una forma de entender por qué las burbujas juegan un papel tan importante en el transporte de gases nobles, oxígeno y nitrógeno a las profundidades del océano es darse cuenta de que "cada vez que se rompe una ola, aumenta enormemente el área de superficie disponible para el intercambio de gases entre la atmósfera y el océano".

"El intercambio de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero entre las profundidades del océano (aproximadamente el 75% del volumen total del océano) y la atmósfera se produce en latitudes altas durante el invierno, especialmente durante las tormentas. Las mediciones de las concentraciones de gases nobles inertes en las profundidades del Océano Atlántico Norte documentaron la importancia de las grandes burbujas que se forman durante las tormentas de viento, aumentando significativamente nuestra comprensión de la tasa de intercambio de gases en las aguas profundas", dijo el coautor William Smethie, científico investigador especial y profesor de investigación jubilado en el Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia.

"Esto mejora nuestra capacidad para cuantificar el intercambio de dióxido de carbono y gases de efecto invernadero entre el océano y la atmósfera y predecir cómo sus concentraciones atmosféricas afectarán el clima de la tierra, lo cual es fundamental para desarrollar políticas para mitigar el calentamiento global".

La investigación se publica esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences: Dissolved gases in the deep North Atlantic track ocean ventilation processes

Etiquetas: Intercambio gasAtmósferaOcéano

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