Una base para pronosticar cómo es probable que se comporten las pesquerías en un futuro más cálido
El cambio climático tiene profundas implicaciones para el océano, incluidas aguas más cálidas, más ácidas y menos oxigenadas. Además, el océano absorbe una enorme cantidad de dióxido de carbono atmosférico, un ingrediente esencial para el crecimiento del fitoplancton cerca de la superficie iluminada por el sol. Todos estos cambios afectan la vida marina, pero es increíblemente difícil comprender exactamente cómo.
Ahora, los científicos del Centro Nacional de Investigación Atmosférica de la Fundación Nacional de Ciencias de Estados Unidos (NSF NCAR) han unido múltiples modelos informáticos de última generación para crear una imagen detallada de cómo afectan al océano las condiciones de la atmósfera; cómo el océano, a su vez, afecta el crecimiento del fitoplancton y el zooplancton; y, finalmente, cómo se ven afectados los pequeños peces que se alimentan del zooplancton (y los peces más grandes que los comen).
El resultado es un conjunto de datos globales increíblemente rico y de alta resolución que abarca varias décadas y puede ayudar a responder una variedad de preguntas científicas sobre cómo están cambiando los océanos. En última instancia, el trabajo prepara el terreno para mejorar las predicciones sobre cómo afectará a la pesca el calentamiento global, una información fundamental para apoyar la gestión sostenible.
"Estamos muy entusiasmados de poder ofrecer este conjunto de datos oceánicos", afirmó Kristen Krumhardt, científica del NCAR de la NSF, quien dirigió el trabajo. "Hay muchas preguntas que podrían responderse".
Los detalles del nuevo conjunto de datos están disponible de forma gratuita para la comunidad. El trabajo se basó en las supercomputadoras Cheyenne y Frontera.
Un modelo sorprendente
Las condiciones de la atmósfera pueden afectar significativamente al océano. Por ejemplo, se estima que el océano absorbe un 25% de las emisiones anuales de dióxido de carbono producidas por el hombre y un 90% del calentamiento atmosférico asociado a esas emisiones. Aun así, las simulaciones producidas por los esfuerzos de modelado del sistema terrestre normalmente no producen datos sobre el océano que puedan traducirse fácilmente en información útil sobre la pesca.
Esto se debe en parte al hecho de que los modelos oceánicos a menudo se ejecutan con baja resolución (alrededor de 100 kilómetros entre puntos de la cuadrícula), lo que no puede recoger los remolinos y las características oceánicas más pequeñas que son muy importantes para la vida marina. De forma predeterminada, los modelos oceánicos no simulan la biogeoquímica, que es una mezcla de biología, química y geología que tiene como objetivo describir el complejo ciclo de los elementos a través del océano, las rocas y la vida.
En particular, la modelización de la biogeoquímica oceánica permite a los científicos simular la productividad primaria neta del océano, o su capacidad de transformar carbono y nutrientes inorgánicos (los componentes básicos de la vida) en fitoplancton en presencia de luz solar. La información sobre la productividad primaria neta es fundamental para comprender la pesca.
Para el nuevo estudio, los científicos utilizaron el Modelo del Sistema Terrestre Comunitario basado en NSF NCAR, versión 2 (CESM2), para simular el océano con una resolución 100 veces mayor que la típica entre 1958 y 2021. Los científicos prescribieron la atmósfera para imitar las condiciones históricas y luego permitieron que reaccionara el componente oceánico del modelo.
El esfuerzo incluyó un modelo de biogeoquímica recientemente actualizado llamado Biblioteca de Biogeoquímica Marina (MARBL, por sus siglas en inglés). MARBL permite el crecimiento de cuatro tipos de fitoplancton, así como dos clases de zooplancton. Estas divisiones son importantes porque los peces sólo se alimentan de la clase más grande de zooplancton.
Con la abundante información sobre cómo afecta el clima las condiciones del océano, incluido el crecimiento del fitoplancton y el pastoreo del zooplancton, los investigadores tenían lo que necesitaban para alimentar un modelo pesquero separado llamado modelo de tamaño y tipo funcional de pesquerías, o FEISTY. El modelo se desarrolló originalmente en el Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos, un programa colaborativo entre Princeton y la NOAA.
"Para mí, es un modelo asombroso", dijo Krumhardt. "Los peces pueden crecer de un tamaño a otro y, una vez que alcanzan el tamaño máximo, pueden reproducirse, tal como en la vida real".
El modelo FEISTY clasifica a los peces en función de dónde viven: peces demersales, que se alimentan en el fondo marino, y peces pelágicos, que viven en la parte superior de la columna de agua. Los peces pelágicos se subdividen a su vez en peces forrajeros que nunca alcanzan un gran tamaño, como las anchoas, y peces más grandes, como el atún. El resultado es una herramienta que permitió al equipo de investigación obtener una visión detallada de cómo los cambios en la atmósfera a lo largo de décadas probablemente impactaron en las comunidades de peces.
"Reconstruimos lo que habría hecho el océano dado lo que estaba sucediendo en la atmósfera", dijo Krumardt. "Pudimos validar los resultados a través de varios medios, incluida la observación de imágenes satelitales que nos brindan información sobre las floraciones de fitoplancton y el análisis de registros de captura de peces a lo largo del tiempo".
El conjunto de datos resultante del proyecto está disponible gratuitamente para la comunidad investigadora y podría utilizarse para responder a una amplia variedad de interesantes preguntas, dijo Krumhardt, incluyendo analizar cómo las olas de calor marinas, la acidificación de los océanos y los cambios en el hielo marino podrían haber afectado a la pesca en el pasado.
El conjunto de datos permitirá a los investigadores caracterizar mejor los vínculos entre el clima y la salud de la pesca y, en última instancia, construir una base para pronosticar cómo es probable que se comporten las pesquerías en un futuro más cálido.
Los datos se publican en la revista Progress in Oceanography: From nutrients to fish: Impacts of mesoscale processes in a global CESM-FEISTY eddying ocean model framework
