El cambio climático está calentando rápidamente la Tierra y alterando los ecosistemas terrestres y marinos que producen nuestros alimentos. En los océanos, la mayor parte del calor añadido por el calentamiento climático sigue cerca de la superficie y tardará siglos en penetrar en las aguas más profundas. Pero, a medida que esto ocurre, cambiará los patrones de circulación oceánica y hará que las cadenas alimentarias oceánicas sean menos productivas.
En un reciente estudio, trabajé con colegas de cinco universidades y laboratorios para examinar cómo el calentamiento climático hasta el año 2300 podría afectar a los ecosistemas marinos y a la pesca mundial. Queríamos saber cómo un calentamiento sostenido alteraría el suministro de nutrientes clave que sustentan al diminuto plancton, que a su vez sirve de alimento a los peces.
Descubrimos que un calentamiento de esta magnitud alteraría factores clave que impulsan los ecosistemas marinos, como los vientos, las temperaturas del agua, la cobertura de hielo marino y la circulación oceánica. Las perturbaciones resultantes trasladarían los nutrientes de las aguas superficiales a las profundidades del océano, dejando menos en la superficie para sustentar el crecimiento del plancton.
A medida que los ecosistemas marinos se vuelven cada vez más pobres en nutrientes con el paso del tiempo, estimamos que la captura mundial de pescado podría reducirse un 20 % para el año 2300, y casi un 60 % en todo el Atlántico Norte. Esto supondría una enorme reducción de una fuente de alimento clave para millones de personas.
La producción de alimentos oceánicos y la bomba biológica
La producción de alimentos marinos comienza cuando el sol brilla sobre la superficie del océano. Los organismos unicelulares, en su mayoría microscópicos, llamados fitoplancton –las plantas de los océanos– utilizan la luz solar para realizar la fotosíntesis y crecer en un proceso denominado producción primaria neta. Solo pueden hacerlo en la capa superficial iluminada por el sol, hasta unos 100 metros (330 pies) de profundidad. Pero también necesitan nutrientes para crecer, en particular nitrógeno y fósforo, que pueden escasear en las aguas superficiales.
El fitoplancton es consumido por el zooplancton (pequeños animales), que a su vez alimenta a los peces pequeños, y así sucesivamente a lo largo de toda la cadena alimentaria hasta los depredadores superiores, como los delfines y los tiburones. El fitoplancton no consumido y otra materia orgánica, como el zooplancton y los peces muertos, se descompone en las aguas superficiales, liberando nutrientes que sustentan el crecimiento de nuevo fitoplancton.
Parte de este material se hunde en las profundidades del océano, proporcionando alimento a los ecosistemas de las profundidades marinas. El carbono, el nitrógeno, el fósforo y otros nutrientes de esta materia orgánica que se hunde acaban descomponiéndose y liberándose en profundidad.
Este proceso, conocido como bomba biológica, elimina continuamente nutrientes de las aguas superficiales y los traslada a las profundidades del océano. En condiciones normales, los vientos y las corrientes provocan una mezcla que, con el tiempo, devuelve los nutrientes a las aguas superficiales iluminadas por el sol. Si esto no ocurriera, el fitoplancton acabaría agotando por completo los nutrientes, lo que afectaría a toda la cadena alimentaria oceánica.
Hielo marino, vientos y afloramiento de nutrientes
Los nutrientes que se hunden en las profundidades del océano acaban regresando a la superficie principalmente en el océano Austral, alrededor de la Antártida. Al norte de la Antártida, los fuertes vientos del oeste empujan las aguas superficiales alejándolas de la Antártida. A medida que esto ocurre, las aguas profundas ricas en nutrientes ascienden a la superficie en todo el perímetro de la Antártida, reemplazando las aguas que están siendo desplazadas. La zona donde se produce este afloramiento se denomina divergencia antártica.
Hoy en día no hay mucho crecimiento de fitoplancton en el océano Austral. La gruesa cobertura de hielo marino impide que llegue mucha luz solar a los océanos. Las concentraciones de hierro (otro nutriente clave) en el agua son bajas, y las aguas frías limitan las tasas de crecimiento del plancton. Como resultado, la mayor parte del nitrógeno y el fósforo que aflora en esta zona fluye hacia el norte por las aguas superficiales. Finalmente, cuando estos nutrientes llegan a las aguas más cálidas de las latitudes bajas, sustentan el crecimiento del plancton en la mayor parte de los océanos Pacífico, Índico y Atlántico.
Atrapar nutrientes en las profundidades del océano
Nuestro estudio demostró que un calentamiento global sostenido durante siglos podría crear un cortocircuito en este proceso, dejando a todas las zonas oceánicas al norte de esta zona antártica cada vez más desprovistas de nitrógeno y fósforo.
Utilizamos una simulación de modelo climático que suponía que las naciones seguirían utilizando combustibles fósiles hasta agotar las reservas mundiales. Esta trayectoria climática elevaría la temperatura media del aire en la superficie 9,6 grados Celsius (17,2 grados Fahrenheit) para el año 2300, casi diez veces el calentamiento por encima de los niveles preindustriales registrado hasta el presente. Los científicos ya saben que los polos se están calentando más rápido que el resto del planeta, y en este escenario esa pauta continúa. Con el tiempo, los océanos dejarían de congelarse cerca de los polos, incluso en invierno.
Las aguas oceánicas más cálidas, sin hielo marino y con cambios en los vientos también impulsados por un fuerte calentamiento climático, mejorarían considerablemente las condiciones de crecimiento del fitoplancton alrededor de la Antártida. Este mayor crecimiento atraparía los nutrientes que afloran cerca de la Antártida, impidiendo que fluyan hacia el norte y sustenten los ecosistemas de bajas latitudes en todo el mundo.
En nuestra simulación, estos nutrientes atrapados acaban mezclándose de nuevo con las profundidades del océano y se acumulan allí. Las concentraciones de nitrógeno y fósforo en los primeros 1.000 metros (3.300 pies) del océano disminuyen de forma constante. En las profundidades, por debajo de los 2.000 metros, aumentan de forma constante.
Las grandes y brillantes nubes azules en las oscuras aguas del Atlántico Sur son floraciones de fitoplancton. Los nutrientes que derivan hacia el norte desde la Antártida alimentan estas floraciones, que proporcionan alimento al plancton de mayor tamaño y a los peces.Jacques Descloitres, MODIS Rapid Response Team, NASA/GSFCMuchos menos peces
A medida que los ecosistemas marinos se vuelven cada vez más pobres en nutrientes, el crecimiento del fitoplancton y la producción primaria neta en la mayor parte de los océanos del mundo disminuirían. Estimamos que, a medida que estos impactos se propagan por la cadena alimentaria, la captura mundial de peces podría reducirse un 20 % para el año 2300, con descensos de más del 50 % en el Atlántico Norte y en otras varias regiones. Además, al final de nuestra simulación, la transferencia neta de nutrientes a las profundidades del océano seguía produciéndose, lo que sugiere que la productividad de los ecosistemas y la captura potencial de la pesca disminuirían aún más después del año 2300.
Finalmente, tras más de mil años, la mayor parte del dióxido de carbono que las actividades humanas han añadido a la atmósfera será absorbido por los océanos, y el clima de la Tierra volverá a enfriarse. El hielo marino regresará a los océanos polares, suprimiendo el crecimiento del fitoplancton alrededor de la Antártida y permitiendo que más nutrientes aflorados fluyan de nuevo hacia el norte, hacia las latitudes bajas. Pero incluso entonces, pasarán todavía siglos hasta que la circulación oceánica reponga por completo los nutrientes de la capa superior del océano.
El fitoplancton es fundamental para la vida en la Tierra. El cambio climático está interfiriendo en los procesos de mezcla oceánica que favorecen el crecimiento del fitoplancton.
Los recursos oceánicos ya están sometidos a presión en la actualidad. Alrededor del 90 % de las pesquerías marinas del mundo están totalmente explotadas o sobreexplotadas. Se prevé que la población mundial aumente de 7.300 millones en 2015 a 11.000 millones en 2100. Los impactos que hemos encontrado en nuestro estudio tendrían graves implicaciones para la seguridad alimentaria mundial. Ampliar la acuicultura, o incluso medidas más drásticas como fertilizar los océanos para estimular el crecimiento del plancton, ni siquiera se acercarían a compensar la pérdida de nutrientes hacia las profundidades del océano provocada por el calentamiento global sostenido.
Nuestra simulación se basó en un escenario de fuerte calentamiento climático. Se necesita más investigación para explorar con precisión cuánto debe calentarse el clima para derretir el hielo marino e iniciar la retención de nutrientes en el océano Austral. Pero está claro que este es un punto de inflexión que no queremos cruzar.
