Una relación previamente desconocida entre el fondo del océano y la vida en la superficie
Investigadores de la Universidad de Stanford han descubierto evidencia de que los terremotos submarinos profundos pueden estimular el crecimiento de floraciones masivas de fitoplancton en la superficie del océano.
El fitoplancton son organismos microscópicos, similares a plantas, que flotan en las capas superiores del océano y constituyen la base de la cadena alimentaria oceánica. También almacenan el dióxido de carbono extraído del aire y suministran gran parte del oxígeno del planeta.
Los hallazgos apuntan a una relación previamente desconocida entre el fondo del océano y la vida en la superficie.
Basándose en un descubrimiento de 2019 de que el hierro de las fuentes termales submarinas, llamadas respiraderos hidrotermales, alimenta las floraciones de fitoplancton en el vasto Océano Austral alrededor de la Antártida, los autores del estudio se propusieron averiguar por qué una floración particular variaba tan drásticamente en productividad de un año a otro.
La productividad se refiere a la velocidad a la que las algas convierten la luz, el dióxido de carbono y los nutrientes en biomasa; una mayor productividad conduce a floraciones más densas y extensas.
"Al revisar las observaciones satelitales de esta floración, la hemos visto crecer hasta alcanzar el tamaño del estado de California o reducirse hasta el tamaño de Delaware", dijo el autor principal del estudio, Casey Schine, quien realizó parte de la investigación como estudiante de doctorado en el laboratorio de Kevin Arrigo en la Escuela de Sostenibilidad Doerr de Stanford y ahora es investigador asociado postdoctoral en el Middlebury College.
"Nuestro estudio demostró finalmente que el principal factor que controla el tamaño de esta floración anual de fitoplancton fue la cantidad de actividad sísmica en los meses anteriores".
Los investigadores revisaron los registros sísmicos para comprobar la teoría de que el aumento de la sismicidad podría provocar que las fuentes hidrotermales emitan hierro adicional y fluido caliente, lo que facilita su transporte a las aguas superficiales. Descubrieron que, efectivamente, los registros sísmicos se solapaban considerablemente con los patrones de floración.
"Este es el primer estudio que documenta una relación directa entre la actividad sísmica en el fondo del océano y el crecimiento del fitoplancton en la superficie", afirmó Arrigo, autor principal del estudio y profesor Donald y Donald M. Steel en la Escuela de Sostenibilidad Doerr.
Imagen derecha: Batimetría y distribución del fitoplancton en la región AAR. Crédito: Nature Geoscience (2025). DOI: 10.1038/s41561-025-01862-6
Una floración creciente y menguante
Los orígenes del estudio se remontan a un crucero de investigación en 2014, cuando Schine, Arrigo y sus colegas muestrearon una gran floración de fitoplancton a lo largo de la Dorsal Antártica Australiana del Océano Austral. Esta pronunciada elevación es una parte poco explorada del sistema de dorsales oceánicas, una cadena montañosa submarina volcánicamente activa que se extiende por todo el planeta.
Poco después de esta expedición, otros científicos descubrieron que la zona estaba salpicada de respiraderos hidrotermales. El equipo de investigación de Stanford informó en un estudio de 2021 que la floración previamente observada se superponía a una cresta de respiradero hidrotermal a unos 1.800 metros de profundidad.
Después de observar imágenes satelitales que se remontan a 1997, los investigadores se dieron cuenta de que esta floración siempre se desarrollaba en el mismo lugar al mismo tiempo, pero tenía un tamaño notablemente diferente cada año.
Esta observación inspiró a los investigadores a explorar qué podría estar impulsando la recurrencia constante de la floración, pero su productividad fluctuante. Otros factores que influyen en la disponibilidad de nutrientes, como los cambios en el hielo marino y la temperatura superficial del océano, no explicaron completamente la variabilidad interanual de la floración.
"Cuando descartamos factores más obvios y posibles de esta variación, comenzamos a pensar en las propias fuentes de nutrientes de hierro, las fuentes hidrotermales", dijo Schine.
Investigaciones previas han demostrado cómo los terremotos pueden aumentar la actividad de los respiraderos. El temblor del suelo puede alterar las tuberías internas de los respiraderos, abriendo conductos obstruidos y abriendo nuevas vías de escape para los fluidos calientes. Los picos de temperatura provocados por el magma subterráneo en movimiento también pueden incrementar las emisiones de los respiraderos y alterar la química de los minerales disueltos en el fluido expulsado.
Por lo tanto, más terremotos podrían bombear más hierro al Océano Antártico, propuso Schine. Dado que se sabe que el hierro es el nutriente limitante del fitoplancton en esta región —es decir, el nutriente esencial del que escasea—, se deducía que las columnas ricas en este metal contribuirían a la proliferación de organismos similares a plantas.
"Casey tuvo la idea, que yo consideraba loca, de que tal vez la cantidad de terremotos cerca de la fuente hidrotermal controlaba la liberación de metales traza a las aguas superficiales, lo que podría estimular el crecimiento del fitoplancton", recordó Arrigo. "Pensé que era una apuesta arriesgada, pero le dije que lo intentara. ¡Y resultó que tenía razón!"
Imagen: Despliegue de un instrumento para recolectar muestras de agua de diferentes profundidades oceánicas en el norte del Mar de Ross para determinar su concentración de hierro. (Crédito de la imagen: Gert van Dijken)
Correlaciones confirmadas
Para comprobar su hipótesis sobre los terremotos, Schine contactó con el coautor del estudio, Jens-Erik Lund Snee, entonces estudiante de doctorado en geofísica de Stanford que investigaba sismicidad y tectónica. El equipo consultó registros de terremotos registrados por múltiples estaciones de monitoreo sísmico en la región.
Esas lecturas mostraron que cuando ocurrieron terremotos de magnitud 5 o mayor en los pocos meses previos al verano en el hemisferio sur, el período de máximo crecimiento del fitoplancton, las floraciones finales se volvieron mucho más densas y productivas.
El estudio también encontró que el hierro hidrotermal tendría que ascender casi 6.000 pies para ser absorbido por el plancton en la superficie en unas pocas semanas y no más de unos pocos meses para influir en la producción en las escalas de tiempo observadas. La opinión predominante ha sido que se necesitarían más de una década para que el hierro hidrotermal llegara a las aguas superficiales y probablemente a miles de kilómetros de la fuente de ventilación original.
El proceso de transporte que provoca que el fluido de los respiraderos suba a la superficie con tanta rapidez y tan cerca de los respiraderos de origen es objeto de investigación continua. Una expedición reciente, en diciembre de 2024, a la dorsal antártica australiana podría aportar nuevos conocimientos.
Efectos locales y globales
El nuevo estudio presenta un panorama ecológico más complejo del Océano Antártico: la actividad sísmica podría tener una profunda influencia en la red trófica basada en el fitoplancton, que alimenta a los crustáceos y al kril que sustentan a animales más grandes, como pingüinos, focas y ballenas.
"Ya sabemos que las floraciones marginales de fitoplancton más allá del hielo marino alrededor del continente antártico son una importante zona de alimentación para las ballenas; incluso hemos documentado ballenas jorobadas visitando la floración en nuestro nuevo estudio", dijo Schine.
"Por lo tanto, potencialmente hay más en la historia ahora que sospechamos que la actividad sísmica juega un papel en la productividad de las floraciones".
Debido a que las floraciones de fitoplancton extraen dióxido de carbono de la atmósfera, comprender los factores que impulsan su crecimiento puede ayudar a los científicos a mejorar los modelos que predicen cuánto carbono pueden absorber los océanos en el futuro.
Sin embargo, aún no se sabe en qué medida los respiraderos hidrotermales se ven afectados por los terremotos y pueden estar impulsando floraciones en todo el mundo.
"Existen muchos otros lugares en el mundo donde las fuentes hidrotermales expulsan metales traza al océano, lo que podría favorecer un mayor crecimiento del fitoplancton y la absorción de carbono. Desafortunadamente, estos lugares son difíciles de muestrear y se sabe poco sobre su importancia global", afirmó Arrigo.
"Cuanto más aprendamos sobre estos sistemas, mejor comprenderemos la capacidad del océano para eliminar el dióxido de carbono atmosférico".
El estudio completo fue publicado en la revista Nature Geoscience: Southern Ocean net primary production influenced by seismically modulated hydrothermal iron
