Su comprensión tiene importantes implicaciones para el cambio climático
El importante papel del Océano Austral en los procesos biológicos globales y el ciclo del carbono ha sido confirmado nuevamente por un estudio, basado por primera vez en evidencia de campo, que revela el subestimado papel de las partículas inorgánicas de zinc (Zn) en estos ciclos.
El Océano Austral desempeña el papel más importante en la productividad mundial del fitoplancton, que es responsable de absorber el dióxido de carbono atmosférico. En estos procesos, el Zn, presente en pequeñas cantidades en el agua de mar, es un micronutriente esencial para muchos procesos bioquímicos en los organismos marinos y, en particular, para las floraciones de fitoplancton polar.
Cuando mueren las floraciones de fitoplancton, se libera Zn. Pero hasta la fecha, los científicos han estado desconcertados porque se observó una disyunción entre el Zn y el fósforo, otro nutriente esencial para la vida en los océanos, a pesar de que ambos nutrientes se encuentran ubicados en regiones similares del fitoplancton. En cambio, a menudo se observa un fuerte (pero inexplicable) acoplamiento entre el Zn y la sílice disuelta.
La profesora Alakendra Roychoudhury, especialista en biogeoquímica ambiental y marina de la Universidad Stellenbosch (SU) y coautora del artículo, dice que ahora pueden, por primera vez, explicar con confianza los procesos biogeoquímicos que impulsan el ciclo del Znciclo del Zn en los océanos.
Desde 2013, el grupo de investigación de Roychoudhury en el Departamento de Ciencias de la Tierra de la SU se ha unido a tres expediciones del buque de investigación polar de Sudáfrica, el SA Agulhas II. Cruzando el vasto Océano Austral en su camino hacia la Antártida tanto en verano como en invierno, el equipo recogió muestras de agua de mar de la superficie y las profundidades del océano, así como sedimentos.
Imagen: El equipo de Sudáfrica se prepara para abordar el buque de investigación polar de Sudáfrica, el SA Agulhas II, para la expedición de 2019 a la Antártida. Crédito: Wiida Fourie-Basson
El Dr. Ryan Cloete, coautor del artículo y actualmente becario postdoctoral en el Laboratorio de Ciencias Marinas Ambientales (LEMAR) en Francia, participó en dos de estas expediciones. "Estudiar el Océano Austral es muy importante ya que actúa como un centro central para la circulación oceánica global. Los procesos que ocurren en el Océano Austral quedan grabados en masas de agua que luego son transportadas a los océanos Atlántico, Índico y Pacífico", explica.
Trabajando con investigadores de la Universidad de Princeton, las Universidades de Chicago y California Santa Cruz, así como el Instituto Max Planck de Química, las muestras fueron sometidas a un detallado análisis partícula por partícula, utilizando técnicas espectroscópicas de rayos X en una instalación de sincrotrón, lo que les permitió estudiar las muestras a nivel atómico y molecular.
Descubriendo los impulsores del ciclo global del Zn en nuestros océanos
En verano parece que una mayor productividad conduce a una mayor abundancia de Zn en la fracción orgánica de la superficie del océano, que puede quedar fácilmente disponible para ser absorbido por el fitoplancton. Pero los investigadores también encontraron altas concentraciones de Zn asociadas con escombros derivados de rocas y tierra, y de polvo atmosférico, presentes en estas muestras.
En mar abierto, la interacción entre la asociación o disociación del Zn de las partículas es fundamental para reponer el Zn disuelto y sustentar la vida marina.
Cloete explica: "Debido a las malas condiciones de crecimiento en invierno, las partículas de Zn son literalmente 'barridas' por sólidos inorgánicos como la sílice, abundantemente disponible en forma de diatomeas, así como óxidos de hierro y aluminio. Las diatomeas son microalgas (organismos unicelulares con esqueletos hechos de sílice), lo que explica la fuerte asociación entre el Zn y la sílice en los océanos".
Imagen derecha: Una roseta de conductividad, temperatura y profundidad (CTD) que alberga 24 botellas GO-FLO a punto de descender a una profundidad de 4.500 metros bajo la superficie durante la expedición SA Agulhas II 2019 a la Antártida. Crédito: Universidad Stellenbosch
En otras palabras, cuando el Zn está unido a un ligando orgánico, es fácil de absorber por la vida marina como el fitoplancton. Sin embargo, el Zn en fase mineral no es fácil de disolver y, por lo tanto, no estará fácilmente disponible para su absorción. De esta forma, las partículas de Zn pueden formar grandes agregados y hundirse en las profundidades del océano, donde deja de estar disponible para ser absorbido por el fitoplancton.
Implicaciones para el cambio climático
Esta comprensión del ciclo global del Zn tiene importantes implicaciones en el contexto del calentamiento de los océanos, advierte Roychoudhury. "Un clima más cálido aumenta la erosión, lo que provoca que haya más polvo en la atmósfera y, en consecuencia, que se deposite más polvo en los océanos. Más polvo significa más eliminación de partículas de Zn, lo que lleva a que haya menos Zn disponible para sustentar el fitoplancton y otras formas de vida marina".
Cloete dice que su novedoso enfoque para estudiar el ciclo oceánico del Zn ahora abre la puerta a la investigación de otros importantes micronutrientes. "Al igual que el Zn, la distribución del cobre, el cadmio y el cobalto también podría experimentar en el futuro cambios inducidos por el clima", afirmó Cloete.
Para Roychoudhury, los hallazgos reafirman la influencia global del Océano Austral en la regulación del clima y la red alimentaria marina.
"El sistema Tierra está intrincadamente acoplado a través de procesos físicos, químicos y biológicos con circuitos de retroalimentación autocorrectores para modular la variabilidad y evitar el cambio climático. Nuestros hallazgos son un excelente ejemplo de este acoplamiento en el que los procesos bioquímicos que ocurren a nivel molecular pueden influir en procesos globales como el calentamiento de nuestro planeta", dijo Roychoudhury.
Los hallazgos se han publicado en la revista Science: Biogenic-to-lithogenic handoff of particulate Zn affects the Zn cycle in the Southern Ocean
