El fondo marino abisal como impulsor clave de los ciclos biogeoquímicos de los metales traza en los océanos
Una sustancial proporción se eliminan rápida y permanentemente de la solución de agua de mar mediante un proceso distinto a la biología
Los metales traza u oligoelementos, como el hierro o el zinc, que se almacenan en los sedimentos de las profundidades marinas se pierden para siempre en el fitoplancton de la superficie oceánica. Esto es lo que los geoquímicos creyeron durante mucho tiempo sobre el ciclo de los micronutrientes en el agua de mar.
Ahora, investigadores de la ETH de Zúrich han descubierto que esto no es así.
Los océanos están llenos de seres vivos, con algas microscópicas (fitoplancton) en la base de la cadena alimentaria marina. Estos organismos se ganan la vida de la misma manera que las plantas terrestres, utilizando la luz solar que penetra aproximadamente los 100 metros superiores del océano como fuente de energía para sintetizar materia orgánica para sus células.
Cada año, estas diminutas algas producen aproximadamente la misma cantidad de carbono orgánico que las plantas terrestres. Al igual que estas, obtienen los componentes básicos de sus células del entorno que las rodea; en este caso, no del suelo, sino de la solución de agua de mar en la que viven.
Pero, a diferencia del ecosistema terrestre, cuando estas algas mueren, caen a las profundidades del océano, donde sus células muertas se descomponen debido a la acción de las bacterias. Por lo tanto, los elementos que necesitan para crecer se pierden en la parte del océano donde viven y regresan a la solución de agua de mar en las profundidades.
Imagen derecha: Huella del fondo marino en la concentración de Nd en la columna de agua del Pacífico. Crédito: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09038-3
De alguna manera, estos oligoelementos deben regresar desde las profundidades del océano a la superficie, donde todo el ciclo puede comenzar de nuevo. Los elementos que estos organismos necesitan son los mismos que los de la tierra: carbono, por supuesto, nitrógeno y fósforo (los elementos que se aplican a las tierras agrícolas en forma de fertilizantes) y los numerosos metales que requiere toda vida, como hierro, zinc y otros.
El fitoplancton es importante para nuestro clima porque el carbono que extrae de la superficie del océano se elimina del contacto con la atmósfera hacia las profundidades del océano, manteniendo el dióxido de carbono atmosférico más bajo de lo que sería de otro modo. En el debate sobre estrategias para mitigar el actual y futuro aumento del CO2, una opción es aumentar masivamente la velocidad a la que las algas oceánicas hacen todo esto.
Pero, en realidad, la velocidad a la que lo hacen depende de la disponibilidad en la solución de agua de mar de elementos "nutrientes": nitrógeno, fósforo y metales traza que son muy escasos en las capas superiores iluminadas por el sol del océano. Por lo tanto, la forma en que estos elementos se extraen de la capa superior del océano y se reciclan allí desde las profundidades es crucial para el funcionamiento del pasado, actual y futuro clima de la Tierra.
En el nuevo artículo, los investigadores de la ETH Zurich dirigidos por el geoquímico Derek Vance han utilizado trazadores de la química oceánica para descubrir que una sustancial proporción de muchos de los metales se eliminan, de hecho, rápida y permanentemente de la solución de agua de mar mediante un proceso distinto a la biología: mediante la incorporación de partículas sólidas de óxido de manganeso que precipitan desde el agua de mar y que caen a través del océano hasta el sedimento del fondo.
Imagen: Distribución de MnO₂ en el océano generada mediante redes neuronales artificiales (RNA, véase Métodos: Modelo de columna de agua). Crédito: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09038-3
Pero también han descubierto que los metales son devueltos a las aguas marinas más profundas mediante reacciones químicas que tienen lugar en el sedimento y que liberan los metales del óxido de manganeso sólido, de nuevo en solución. "Por último, hemos utilizado un modelo numérico de la física del transporte en el océano para demostrar que los metales liberados en solución dentro del sedimento, y que se filtran a través de la interfaz entre el sedimento y el océano profundo, se mezclan nuevamente a través del océano", dice Vance.
"Nuestro estudio cambia la forma en que vemos la química de los océanos y su impacto en la biología oceánica y el clima".
Por primera vez, se muestra que la fuga de material que alguna vez se pensó que estaba perdido permanentemente de los océanos hacia el sedimento sólido en el fondo es crucial para la forma en que los investigadores piensan sobre la solución del agua de mar y los muchos elementos que contiene que son cruciales para el funcionamiento de la biología oceánica.
Los hallazgos se se han publicado en Nature: Abyssal seafloor as a key driver of ocean trace-metal biogeochemical cycles
