Los investigadores están estudiando la dinámica del carbono del océano para mejorar las predicciones del nivel del mar y el aumento de la temperatura.

Joellen Russell no estaba preparada para las olas de 10 metros que golpearon su buque de investigación durante una expedición al sur de Nueva Zelanda. “Se sentía como si la nave sería aplastada cada vez que éramos envueltos por una montaña de agua”, recuerda Russell, especialista en modelos oceánicos de la Universidad de Arizona, en Tucson. Hubo un momento en el que una ola gigante casi la lanza por la borda.

Pero lo que realmente la sorprendió fue la corriente de datos proveniente de los sensores que analizaban el agua de mar. Mientras la nave se inclinaba y crujía, se dio cuenta de que la superficie del océano era baja en oxígeno, alta en carbono y extremadamente ácida –signos sorprendentes de que el agua rica en nutrientes encontrada típicamente en el mar profundo había alcanzado la superficie–. Resultó que Russell estaba navegando sobre olas de agua antigua que no había estado expuesta a la atmósfera durante siglos.

Aunque fue controversial cuando se topó con estos datos en 1994, esta potente surgencia es ahora un sello distintivo del océano Austral, una misteriosa bestia que gira alrededor de la Antártida, impulsada por los vientos sostenidos más fuertes del mundo. El océano Austral absorbe cantidades copiosas de dióxido de carbono y calor de la atmósfera, lo que ha frenado la tasa de calentamiento global. Y sus potentes corrientes impulsan gran parte de la circulación oceánica mundial.

Las condiciones hostiles han mantenido a los oceanógrafos a raya durante décadas, pero una nueva era de la ciencia está en marcha. Los investigadores de todo el mundo están convergiendo en la región con flotadores, amarres, barcos, planeadores, satélites, modelos de computadora e incluso focas equipadas con sensores. El objetivo es llenar las enormes lagunas de datos y reforzar la comprensión de cómo funciona el océano Austral y el clima global. Hacerlo podría ser clave para mejorar las predicciones sobre la rapidez con la que se calentará el mundo, cuánto durará la capa de hielo antártico y cuán rápido aumentará el nivel del mar.

“Ha sido asombroso ver esta explosión de información”, dice Arnold Gordon, oceanógrafo del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty en Palisades, Nueva York, quien dirigió algunos de los primeros estudios del océano Austral en los años sesenta. “Las nuevas tecnologías nos están permitiendo el acceso a estas áreas remotas y somos mucho menos dependientes de la necesidad de llevar un barco a través del hielo marino”.

Los datos iniciales de una serie de flotadores oceánicos sugieren que las aguas de surgimiento podrían limitar la cantidad de CO2 que el océano Austral absorbe cada año. Esto plantea nuevas preguntas sobre la eficacia de estas aguas como un freno al calentamiento global en las próximas décadas.

“El océano Austral nos está haciendo un gran favor climático en este momento, pero no significa que seguirá haciéndolo en el futuro”, dice Michael Meredith, oceanógrafo de la Investigación Antártica Británica, en Cambridge, Reino Unido. Meredith encabezará una serie de expediciones durante los próximos cinco años para ayudar a documentar la absorción de calor y carbono. “Realmente es el lugar clave para estudiar estas cosas”.

Siguiendo el carbono

Los misterios del océano Austral han atraído a exploradores durante siglos, pero la geografía única de la región lo convierte en un lugar peligroso para los barcos. No hay masas terrestres para domar los vientos y las olas corren alrededor del planeta a 60° S. Además, el hielo que rodea a la Antártida es famoso por sumergir buques desviados, incluyendo al Endurance (Resistencia) de Ernest Shackleton en 1915.

Los científicos comenzaron a darse cuenta de lo importante que es la región para controlar el clima global en la década de 1980, cuando varios grupos intentaban explicar lo que había causado que las concentraciones atmosféricas de CO2 disminuyeran un tercio durante la última era glacial y luego subieran. El oceanógrafo Jorge Sarmiento de la Universidad de Princeton, en Nueva Jersey, se dio cuenta de que los cambios en la circulación y la biología en el océano Austral podrían ayudar a enfriar y calentar el planeta.

Tres décadas más tarde, Sarmiento lidera un esfuerzo para reunir los primeros datos en tiempo real sobre los procesos químicos y biológicos que rigen el carbono en el océano Austral. El Proyecto de Observaciones y Modelización de Carbono y Clima en el Océano Austral (SOCCOM, por sus siglas en inglés), de $21 millones de dólares, ya ha desplegado 51, de un plan previsto con 200 flotadores robotizados , que suben y bajan en los primeros 2 mil metros del océano Austral. Basándose en la matriz Argo global, que consta de más de 3 mil 700 flotadores encargados de recolectar datos de temperatura y salinidad, los flotadores del SOCCOM también miden oxígeno, carbono y nutrientes.

Con los nuevos datos, Sarmiento y su equipo pueden probar sus modelos y refinar las estimaciones de cómo el CO2 se mueve entre los mares y el cielo. La evidencia indirecta sugiere que el océano Austral es un sumidero neto de carbono y ha absorbido hasta el 15 por ciento de las emisiones de carbono emitidas por la humanidad desde la revolución industrial. Pero en algunas épocas del año y en lugares específicos de esta región, las aguas superficiales ricas en carbono liberan CO2 a la atmósfera.

Ahora, los investigadores están dando sus primeros vistazos en tiempo casi real a lo que ocurre en el océano Austral, particularmente en invierno. “De buenas a primeras, estamos viendo que los flujos de CO2 en la atmósfera son mucho mayores de lo que habíamos estimado antes”, dice Sarmiento. Es simplemente revolucionario.

El análisis no publicado se basa solo en 13 flotadores que han estado en el agua durante al menos un año, por lo que la pregunta ahora es si las mayores emisiones de CO2 durante el invierno representan las tendencias en todo el océano Austral.

“Es bastante tentador”, dice Alison Gray, investigadora postdoctoral en Princeton, que dirige el estudio. “Esto implicaría que potencialmente hay un sumidero de carbono mucho más débil en el océano Austral de lo que se ha estimado”.

Se han visto sugerencias previas de algo similar. En 2007, un equipo dirigido por Corinne Le Quéré, ahora directora del Centro Tyndall para la Investigación del Cambio Climático en Norwich, Reino Unido, publicó un estudio en Science indicando que la tasa de absorción de carbono por el océano Meridional disminuyó entre 1981 y 2004. Los autores culparon a los cambios en los vientos que rodean el continente antártico. La velocidad de esos vientos había aumentado durante ese tiempo, probablemente como resultado del agujero en la capa de ozono estratosférica sobre la Antártida y posiblemente debido al calentamiento global. Los vientos más fuertes son más capaces de extraer el agua profunda y antigua, que libera CO2 cuando alcanza la superficie. Eso habría causado un debilitamiento neto del sumidero de carbono.

Si esa tendencia continuara, los niveles atmosféricos de CO2 aumentarían aún más rápidamente en el futuro. Sin embargo, un estudio publicado el año pasado en Science encontró que el sumidero de carbono empezó a fortalecerse a principios de los años 2000.

Le Quéré dice que no está claro sobre si ese aumento en la absorción de CO2 es un retorno a la normalidad o una desviación del debilitamiento a largo plazo del sumidero. Sin embargo, dice, que ahora está claro que el océano Austral podría ser mucho más voluble de lo que los científicos pensaban.

Los flotadores del SOCCOM probablemente ayudarán a los investigadores a responder a estas preguntas, pero podrían pasar años antes de que puedan decir algo concreto sobre las tendencias. Le Quéré tampoco está convencida de que la nueva red de flotadores proporcionará suficientes detalles. En un documento publicado en julio, encontró que los modelos de absorción de carbono por el océano Austral dependen fuertemente de presunciones sobre la estructura de la red alimentaria. Ella dice que los científicos del clima necesitan mejorar su comprensión del tipo y la florescencia del fitoplancton y el zooplancton para poder obtener sus proyecciones climáticas correctamente. “En mi opinión, esa es la próxima frontera”, dice.

Aguas más calientes

El carbono es solo parte de la historia en el océano Austral. Los científicos también están empezando a determinar lo que sucede con todo el calor que se absorbe allí.

El océano Austral es el punto de partida de una red de corrientes que transportan agua, calor y nutrientes a través de las cuencas oceánicas. Cerca de la Antártida, las aguas superficiales normalmente crecen frías y densas para hundirse en el fondo del océano, formando corrientes abisales que abrazan el fondo marino mientras fluyen hacia el norte en los océanos Pacífico, Atlántico e Índico.

Gran parte de lo que los científicos saben de estas corrientes proviene de las investigaciones de buques realizadas cada década desde principios de la década de 1990. En 2010, cuando los investigadores analizaron datos de dichas investigaciones, encontraron una tendencia marcada de calentamiento en las aguas abisales, que de alguna manera absorbían alrededor del 10% del exceso de calor generado por el calentamiento global.

El nivel de calentamiento en el océano profundo fue una sorpresa, y a raíz de esto los investigadores han propuesto varias explicaciones que se centran en el océano Austral. Un factor podría ser que las aguas superficiales alrededor de la Antártida se han vuelto menos saladas, en parte debido a un aumento en las precipitaciones durante el verano sobre el océano. El agua de la superficie más fría es menos densa, de modo que el cambio podría ahogar el suministro de agua fría que se hunde en el fondo marino para alimentar las corrientes de fondo. “Las aguas profundas se calientan porque no reciben tanta reposición de agua fría”, dice Gregory Johnson, oceanógrafo de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA, por sus siglas en inglés) en Seattle, Washington, coautor del análisis de 2010.

Un análisis aún no publicado, basado en datos iniciales de la tercera ronda de investigaciones con buques, encuentra tendencias similares, pero los investigadores anhelan mediciones más frecuentes para proporcionar una imagen más completa. Eso podría suceder si avanza el proyecto internacional propuesto llamado, Deep Argo. Se trata de una serie de flotadores que regularmente bucean  hasta el fondo del océano. Johnson está involucrado con un consorcio estadounidense que está probando 13 flotadores en una cuenca de la costa de Nueva Zelanda y otros nueve sur de Australia.

Otros están usando amarres para monitorear flujos de aguas profundas. Desde 1999, Gordon ha mantenido una serie de amarres en el mar de Weddell, una de las principales áreas donde las aguas superficiales frías se hunden para formar corrientes de fondo oceánico. Él ha notado que el agua profunda está menos salada en algunas áreas, pero las tendencias a largo plazo no son claras. “Realmente estamos en la superficie del conocimiento de cómo las aguas del fondo están cambiando, y cómo eso está afectando la circulación global a gran escala del océano”, dice.

Caminando a la orilla

En enero de 2015, oceanógrafos a bordo del rompehielos australiano Aurora Australis cruzaban la costa de la Antártida cuando se les presentó una oportunidad única. Tras una grieta en el hielo marino, pudieron llegar al borde del glaciar Totten, uno de los mayores puntos de drenaje de la capa de hielo de la Antártida Oriental. Ninguna otra expedición había llegado a 50 kilómetros del glaciar.

El equipo desplegó flotadores y planeadores en las aguas alrededor y debajo del glaciar, que tiene 200 metros de grosor en su borde frontal. Lo que encontraron fue una sorpresa: el agua en la parte delantera del glaciar era 3° C más caliente que el punto de congelación en la base del glaciar.

“Siempre pensamos que Totten estaba demasiado lejos del agua caliente para ser susceptible, pero encontramos agua caliente en toda la plataforma”, dice Steve Rintoul, oceanógrafo del Centro de Investigación Cooperativa de Clima y Ecosistemas Antárticos en Hobart, Australia.

Los científicos ya habían demostrado que las corrientes de agua caliente están debilitando la capa de hielo de la Antártida Occidental en muchas áreas a lo largo de la península donde los glaciares se extienden hacia el océano. Pero Rintoul dice que esta expedición proporcionó algunas de las primeras pruebas duras de que estos mismos procesos están afectando a la Antártida Oriental, planteando nuevas preguntas sobre la longevidad de las gigantescas capas de hielo que mantienen el continente. Todavía no hay una respuesta clara sobre lo que está impulsando el calentamiento de estas corrientes cercanas a la superficie. Algunas explicaciones invocan cambios en los vientos sobre el océano Austral y el surgimiento de aguas cálidas. Otros se centran en aguas superficiales más frías y en una expansión del hielo marino en algunas áreas. La combinación de hielo de mar extra y aguas superficiales más frías podría crear una especie de tapa en el océano que canalice algunas de las corrientes de agua más caliente que surgen hacia la costa.

“Cada científico, incluyéndome a mí, tiene su explicación favorita”, dice Gordon. “Pero así es como funciona la ciencia: cuanto más se observa, más complicado es”.

Encontrar las respuestas puede requerir que se contraten a algunos de los residentes permanentes de la Antártida. El equipo de Meredith en la Investigación Antártica Británica planea equipar a las focas de Weddell con sensores para que los animales puedan recoger las mediciones de agua mientras se alimentan por debajo del hielo marino a lo largo de la plataforma continental. Esta zona tiene particular importancia porque es precisamente donde el agua fría comienza su descenso en el abismo.

“Los procesos que ocurren en esa región de la plataforma son muy importantes a escala global, pero medirlos es muy difícil”, dice Meredith. “Las focas pueden trascender esa barrera”.

Las focas de Weddell son solo un componente del arsenal de la expedición. El equipo también enviará planeadores autónomos bajo el hielo marino en rutas pre programadas para recolectar datos de temperatura y salinidad hasta profundidades de mil metros. Las mediciones tomadas de los buques ayudarán a rellenar el cuadro de lo que sucede en esta región crucial alrededor de la Antártida y cómo se relaciona con el resto de la circulación oceánica global.

Obtener los datos es solo la mitad del desafío. En última instancia, los científicos necesitan mejorar sus modelos sobre cómo las corrientes transportan calor, CO2 y nutrientes alrededor del mundo. Incluso armados con mejores mediciones, los resultados sugieren que los modelistas aún tienen un largo camino por recorrer.

Un análisis de los datos de las investigaciones de buques sugiere que el agua del océano no aumenta en un patrón simple cerca de la Antártida. Más bien, gira alrededor del continente una  vez y media antes de llegar a la superficie. El equipo de Sarmiento en Princeton encontró que solo los modelos de mayor resolución podrían capturar con precisión ese comportamiento. Sarmiento dice que podría pasar un tiempo antes de que los modelos puedan simular lo que realmente sucede en esta región, pero confía en que llegará el día.

Para Russell, es como si los científicos finalmente estuvieran levantando el velo en el océano Austral. Después de regresar de su viaje inaugural en 1994, se volvió a modelar porque no había suficientes datos en ese momento para cuantificar los efectos del surgimiento que encontró. Hoy la tiene en ambos sentidos. Russell está encabezando el componente de modelado del proyecto SOCCOM, y está obteniendo más datos de los que jamás había soñado.

“Es un momento maravilloso para ser oceanógrafa”, dice, “incluso mientras estamos llevando a cabo este experimento geofísico realmente aterrador para nuestro planeta”.

Fuente: scientificamerican.com