Incluso en las aguas más cristalinas del océano se esconden pistas sobre lo que sucede en los mares y el clima a escala mundial. En todos los mares se encuentran trazas de diversos elementos químicos, que pueden revelar qué ocurre con las reacciones biológicas y los procesos físicos que tienen lugar en ellos.
Desde hace años, los investigadores trabajan para comprender exactamente qué pueden revelar sobre el océano estos elementos presentes en trazas. Esto incluye cómo las algas microscópicas capturan carbono de la atmósfera mediante la fotosíntesis, produciendo alimento para gran parte de la vida marina, y cómo cambian esta captura de carbono y la producción biológica en respuesta al cambio climático.
Ahora, sin embargo, los científicos han propuesto que también podrían averiguar cómo afectó el cambio climático a estos sistemas hace mucho tiempo, excavando en las profundidades del lecho marino para encontrar el registro sedimentario de elementos traza del pasado. Comprender el pasado podría ser clave para determinar qué ocurrirá en el futuro.
Los elementos traza pueden enseñarnos muchísimo sobre los océanos. Por ejemplo, el zinc oceánico presenta concentraciones que guardan un sorprendente parecido con las propiedades físicas de las aguas profundas, que desplazan enormes cantidades de calor y nutrientes por todo el planeta a través de la «cinta transportadora oceánica». Esta notable relación entre el zinc y la circulación oceánica apenas empieza a comprenderse gracias a observaciones de alta resolución y estudios de modelización.
Algunos elementos traza, como el hierro, son esenciales para la vida; otros, como el bario y el neodimio, revelan información importante sobre la productividad biológica de las algas. Los distintos isótopos de estos elementos (variantes con masas atómicas diferentes) pueden arrojar luz sobre los tipos y las tasas de las reacciones químicas y biológicas que tienen lugar.
Muchos de estos elementos solo se encuentran en cantidades ínfimas. Sin embargo, durante los últimos años, un ambicioso proyecto internacional llamado GEOTRACES ha utilizado métodos tecnológicos y analíticos de vanguardia para tomar muestras y analizar elementos traza, y comprender la química del océano actual con un nivel de detalle sin precedentes. Esto nos ofrece hasta la fecha la imagen más completa de cómo circulan los nutrientes y el carbono por los océanos y de cómo influyen en la producción biológica.
Fábricas de carbono
La producción biológica es una intrincada red de distintos procesos y ciclos. La producción primaria es la cantidad de carbono que las algas convierten en materia orgánica. La producción neta de exportación se refiere a la pequeña fracción de ese carbono incorporada a la materia orgánica que los microbios no llegan a utilizar como alimento y que se hunde en las profundidades. Una porción aún menor de este carbono acaba almacenada en los sedimentos del fondo oceánico.
Además de carbono, estas algas capturan y almacenan diversos elementos traza en su materia orgánica. Por eso, al utilizar toda la información química disponible, podemos obtener una visión completa de cómo crecen las algas, se hunden y quedan enterradas en los océanos. Y al observar cómo se incorporan distintos metales e isótopos a antiguas capas de roca sedimentaria, podemos reconstruir estos cambios a lo largo del tiempo.
Esto significa que podemos utilizar estos archivos sedimentarios como registros indirectos del uso de nutrientes y de la producción primaria neta, la producción de exportación o las tasas de hundimiento. Esto debería permitirnos empezar a resolver algunos de los misterios sobre cómo afecta el cambio climático a los océanos, no solo en épocas relativamente recientes de la historia de la Tierra, sino también en tiempos remotos.
Por ejemplo, además de arrojar luz sobre los procesos activos en el océano actual, los científicos han analizado los isótopos de zinc presentes en fósiles del lecho marino de hace decenas de miles de años e incluso en rocas antiguas de hace más de quinientos millones de años. Se espera que esta información permita reconstruir cómo han cambiado los nutrientes marinos a lo largo de la historia geológica.
Pero este trabajo exige cautela. Debemos combinar nuestros conocimientos sobre la biogeoquímica actual con nuestra comprensión de cómo se forman las rocas y se conservan las señales geoquímicas. Así podremos asegurarnos de interpretar de forma sólida los registros indirectos de los lechos marinos prehistóricos.
¿Cómo se hace esto? En diciembre de 2018, científicos de GEOTRACES se reunieron con miembros de otro proyecto de investigación, PAGES, expertos en reconstruir cómo ha respondido la Tierra al cambio climático del pasado. Uno de los métodos que desarrollamos consiste, básicamente, en trabajar hacia atrás.
Primero debemos preguntarnos: ¿qué archivos (conchas, granos de sedimento, materia orgánica) se conservan en los sedimentos marinos? Después, ¿cuáles de las señales útiles de metales e isótopos del agua de mar quedan atrapadas en esos archivos? ¿Podemos comprobar, utilizando material de la superficie de los sedimentos de aguas profundas, si estos archivos proporcionan información útil y precisa sobre las condiciones oceánicas?
También podemos invertir la pregunta y plantearnos si existen sistemas isotópicos que aún no se hayan investigado. Queremos saber si GEOTRACES ha descubierto patrones interesantes en la química oceánica que puedan dar lugar a nuevos indicadores indirectos. De ser así, quizá podamos utilizar estos archivos oceánicos para arrojar luz sobre cómo responde al clima futuro la captación de carbono en la materia orgánica marina y cómo influye, a su vez, en él.
Por ejemplo, ¿un mundo más cálido y con más dióxido de carbono favorecerá el crecimiento de las algas, que podrían absorber más de este exceso de CO₂ y ayudar a frenar las emisiones de carbono causadas por el ser humano? ¿O disminuirá la productividad de las algas, quedará atrapada menos materia orgánica y se intensificará el calentamiento de la atmósfera en el futuro? Puede que todos los secretos estén en el lecho marino.
