Los pequeños remolinos distribuyen nutrientes importantes por los océanos y contribuyen a la salud de la vida marina.
Según investigadores del MIT, esta distribución de nutrientes también podría ayudar a mantener el almacenamiento de carbono en los océanos subtropicales.
Esto contrasta con muchos modelos climáticos, que suelen prever que la capacidad del océano para secuestrar carbono disminuirá en las próximas décadas.
Los giros subtropicales son enormes corrientes oceánicas giratorias que generan circulaciones persistentes en las regiones subtropicales de la Tierra, justo al norte y al sur del ecuador. Son remolinos de movimiento lento que circulan por inmensas cuencas de todo el mundo y, a medida que las corrientes se desplazan de una costa a otra, acumulan nutrientes, organismos y, a veces, basura.
Durante años, las observaciones contradictorias en los giros subtropicales han desconcertado a los oceanógrafos. En la superficie, estas enormes corrientes parecen albergar poblaciones saludables de fitoplancton —microbios que alimentan al resto de la cadena trófica oceánica y absorben una parte considerable del dióxido de carbono de la atmósfera—.
Sin embargo, a juzgar por lo que los científicos saben sobre la dinámica de los giros, estimaban que las propias corrientes no podrían mantener suficientes nutrientes para sustentar el fitoplancton que observaban. Entonces, ¿cómo podían prosperar los microbios?
Ahora, investigadores del MIT han descubierto que el fitoplancton podría recibir nutrientes desde fuera de los giros, transportados por remolinos —corrientes mucho más pequeñas que giran en los bordes de un giro—. Estos remolinos captan nutrientes de regiones ecuatoriales ricas en ellos y los llevan al centro del giro, donde otras corrientes los recogen y los impulsan hasta la superficie para alimentar al fitoplancton.
El equipo descubrió que los remolinos oceánicos parecen ser una fuente importante de nutrientes en los giros subtropicales. Su efecto de reposición, al que los investigadores llaman «relevo de nutrientes», ayuda a mantener las poblaciones de fitoplancton, que desempeñan un papel central en la capacidad del océano para secuestrar carbono de la atmósfera. Aunque los modelos climáticos suelen prever que esa capacidad disminuirá en las próximas décadas, este «relevo de nutrientes» podría ayudar a mantener el almacenamiento de carbono en los océanos subtropicales.
«Hay mucha incertidumbre sobre cómo evolucionará el ciclo del carbono oceánico a medida que el clima siga cambiando», afirma Mukund Gupta, investigador posdoctoral en Caltech, quien dirigió el estudio cuando cursaba un posgrado en el MIT. «Como muestra nuestro artículo, determinar correctamente la distribución del carbono no es sencillo y depende de comprender el papel de los remolinos y de otros movimientos oceánicos a pequeña escala».
Gupta y sus colegas presentan sus hallazgos esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences. Los coautores del estudio son Jonathan Lauderdale, Oliver Jahn, Christopher Hill, Stephanie Dutkiewicz y Michael Follows, del MIT, y Richard Williams, de la Universidad de Liverpool.
Un enigma nevado
Una sección transversal de un giro oceánico se parece a una pila de cuencos encajados, estratificados según su densidad: las capas más cálidas y ligeras se encuentran en la superficie, mientras que las aguas más frías y densas forman las capas profundas. El fitoplancton vive en las capas superiores iluminadas por el sol, donde estos microbios necesitan luz solar, temperaturas cálidas y nutrientes para crecer.
Cuando el fitoplancton muere, se hunde por las capas del océano en forma de «nieve marina». Parte de esta nieve libera nutrientes de nuevo en la corriente, que los impulsa hacia la superficie para alimentar nuevos microbios. El resto sale del giro y se hunde hasta las capas más profundas del océano. Cuanto más se hunde, más difícil es que vuelva a subir a la superficie. La nieve queda entonces atrapada, o secuestrada, junto con el carbono y los nutrientes que no se hayan liberado.
Los oceanógrafos pensaban que la principal fuente de nutrientes de los giros subtropicales era la nieve marina que volvía a circular. Pero, como una parte de esta nieve inevitablemente se hunde hasta el fondo, debía de haber otra fuente de nutrientes que explicara las saludables poblaciones de fitoplancton en la superficie. «La comunidad oceanográfica lleva tiempo algo desconcertada sobre cuál es exactamente esa fuente», afirma Gupta.
Remolinos en los bordes
En su nuevo estudio, el equipo se propuso simular un giro subtropical para averiguar qué otras dinámicas podían estar actuando. Se centraron en el giro del Pacífico Norte, uno de los cinco grandes giros de la Tierra, que circula por la mayor parte del océano Pacífico Norte y abarca más de 20 millones de kilómetros cuadrados.
El equipo partió del MITgcm, un modelo de circulación general que simula los patrones físicos de circulación de la atmósfera y los océanos. Para reproducir con la mayor fidelidad posible la dinámica del giro del Pacífico Norte, utilizó un algoritmo del MITgcm, desarrollado previamente en la NASA y el MIT, que ajusta el modelo para que coincida con observaciones reales del océano, como las corrientes registradas por satélite y las mediciones de temperatura y salinidad tomadas por barcos y boyas a la deriva.
«Utilizamos una simulación del océano físico tan realista como podemos conseguir, dadas las capacidades del modelo y las observaciones disponibles», afirma Lauderdale.
Una animación del océano Pacífico Norte muestra las concentraciones de fosfato, un nutriente, a 500 metros bajo la superficie. Los remolinos representan pequeñas corrientes que transportan fosfato desde el ecuador, rico en nutrientes (colores más claros), hacia el norte, en dirección a las regiones subtropicales pobres en nutrientes (colores más oscuros). Este mecanismo de relevo de nutrientes ayuda a mantener la actividad biológica y el secuestro de carbono en el océano subtropical.
El modelo realista captó detalles más precisos, con una resolución inferior a 20 kilómetros por píxel, frente a la resolución más limitada de otros modelos. El equipo combinó la simulación del comportamiento físico del océano con el modelo Darwin, que simula comunidades de microbios como el fitoplancton y cómo crecen y evolucionan según las condiciones oceánicas.
El equipo ejecutó durante una década la simulación combinada del giro del Pacífico Norte y creó animaciones para visualizar el patrón de las corrientes y los nutrientes que transportaban dentro y alrededor del giro. La simulación reveló pequeños remolinos que recorrían los bordes del enorme giro y parecían ser ricos en nutrientes.
«Detectamos pequeños movimientos de remolino, básicamente como sistemas meteorológicos en el océano», afirma Lauderdale. «Estos remolinos transportaban bolsas de aguas ricas en nutrientes desde el ecuador hacia el norte, hasta el centro del giro, y hacia abajo por los lados de los cuencos. Nos preguntamos si estas transferencias mediante remolinos constituían un mecanismo importante de transporte».
Sorprendentemente, los nutrientes primero se desplazan a mayor profundidad, alejándose de la luz solar, antes de volver a subir hasta donde vive el fitoplancton. El equipo descubrió que los remolinos oceánicos podrían aportar hasta el 50 por ciento de los nutrientes de los giros subtropicales.
«Es muy significativo», afirma Gupta. «El proceso vertical que recicla los nutrientes de la nieve marina es solo la mitad de la historia. La otra mitad es el efecto de reposición de estos remolinos. Como los giros subtropicales abarcan una parte considerable de los océanos del mundo, creemos que este relevo de nutrientes tiene importancia mundial».
