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Regiones con alto contenido de nutrientes y bajo contenido de clorofila

Las regiones de alto contenido de nutrientes y baja clorofila (HNLC) son regiones del océano donde la abundancia de fitoplancton es baja y bastante constante a pesar de la dispo...

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Las regiones de alto contenido de nutrientes y baja clorofila (HNLC) son regiones del océano donde la abundancia de fitoplancton es baja y bastante constante a pesar de la disponibilidad de macronutrientes . El fitoplancton depende de un conjunto de nutrientes para la función celular. Los macronutrientes (p. ej., nitrato , fosfato , ácido silícico ) generalmente están disponibles en mayores cantidades en las aguas superficiales del océano y son los componentes típicos de los fertilizantes comunes de jardín. Los micronutrientes (p. ej., hierro , zinc , cobalto ) generalmente están disponibles en cantidades menores e incluyen metales traza . Los macronutrientes suelen estar disponibles en concentraciones milimolares , mientras que los micronutrientes generalmente están disponibles en concentraciones micromolares a nanomolares. En general, el nitrógeno tiende a ser un nutriente limitante del océano , pero en las regiones HNLC nunca se agota significativamente. [ 1 ] [ 2 ] En cambio, estas regiones tienden a estar limitadas por bajas concentraciones de hierro metabolizable. [ 1 ] El hierro es un micronutriente crítico para el fitoplancton, necesario para la catálisis enzimática y el transporte de electrones . [ 3 ] [ 4 ]

Entre las décadas de 1930 y 1980, se planteó la hipótesis de que el hierro es un micronutriente limitante en el océano, pero no existían métodos suficientes para detectarlo de forma fiable en el agua de mar y confirmar esta hipótesis. [ 5 ] En 1989, se detectaron altas concentraciones de sedimentos ricos en hierro en aguas costeras cercanas a la costa del Golfo de Alaska. [ 6 ] Sin embargo, las aguas mar adentro presentaban concentraciones de hierro más bajas y menor productividad a pesar de la disponibilidad de macronutrientes para el crecimiento del fitoplancton. [ 6 ] Este patrón se observó en otras regiones oceánicas y dio lugar a la denominación de tres zonas principales de HNLC: el Océano Pacífico Norte , el Océano Pacífico Ecuatorial y el Océano Austral . [ 1 ] [ 2 ]

El descubrimiento de regiones HNLC ha impulsado el debate científico sobre la ética y la eficacia de los experimentos de fertilización con hierro, que buscan reducir el dióxido de carbono atmosférico estimulando la fotosíntesis superficial. También ha propiciado el desarrollo de hipótesis como la del control por pastoreo, que plantea que las regiones HNLC se forman, en parte, por el pastoreo de fitoplancton (por ejemplo, dinoflagelados , ciliados ) por organismos más pequeños (por ejemplo, protistas ).

Producción primaria

Distribución global de los niveles de clorofila en la superficie. La clorofila (un indicador de la masa de fitoplancton) es relativamente baja en las tres regiones HNLC (Pacífico Norte, Pacífico Ecuatorial y Océano Austral).
Se representa gráficamente la relación global nitrógeno/fósforo para la superficie oceánica global. Los nutrientes están disponibles en las tres regiones HNLC en proporciones RKR suficientes para la actividad biológica.

La producción primaria es el proceso mediante el cual los autótrofos utilizan la luz para convertir el carbono del dióxido de carbono acuoso en azúcar para el crecimiento celular. [ 7 ] La luz proporciona la energía para el proceso fotosintético y los nutrientes se incorporan a la materia orgánica . Para que ocurra la fotosíntesis, los macronutrientes como el nitrato y el fosfato deben estar disponibles en proporciones suficientes y en formas biodisponibles para su utilización biológica. La proporción molecular de 106 (carbono):16 (nitrógeno):1 (fósforo) fue deducida por Redfield, Ketcham y Richards (RKR) y se conoce como la proporción de Redfield . [ 8 ] La fotosíntesis (directa) y la respiración (inversa) se representan mediante la ecuación:

106CO2+16HNO3+H3correos4+122H2O↽−−⇀(CH2O)106(NUEVA HAMPSHIRE3)16(H3correos4)+136O2{\displaystyle {\ce {{106CO2}+ {16HNO3}+ {H3PO4}+ {122H2O}<=> {(CH2O)106(NH3)16(H3PO4)}+ {136O2}}}}[ 9 ]

La fotosíntesis puede verse limitada por deficiencias de ciertos macronutrientes. Sin embargo, en el Pacífico Norte, el Pacífico Ecuatorial y el Océano Austral, los macronutrientes se encuentran en proporciones, cantidades y formas biodisponibles suficientes para sustentar mayores niveles de producción primaria. La disponibilidad de macronutrientes en regiones HNLC, junto con las bajas poblaciones de fitoplancton, sugiere que algún otro proceso biogeoquímico limita el crecimiento del fitoplancton. [ 7 ]

Dado que actualmente no es posible medir la producción primaria y la biomasa del fitoplancton en cuencas oceánicas enteras, los científicos utilizan la clorofila α como indicador de la producción primaria. Las observaciones satelitales modernas monitorean y rastrean la abundancia global de clorofila α en el océano mediante teledetección . Las concentraciones más altas de clorofila generalmente indican áreas de mayor producción primaria, y, por el contrario, los niveles más bajos indican una baja producción primaria. Esta coincidencia de baja clorofila y alta disponibilidad de macronutrientes explica por qué estas regiones se denominan "de alta concentración de nutrientes y baja clorofila".

Además de los macronutrientes necesarios para la síntesis de materia orgánica, el fitoplancton necesita micronutrientes como los oligoelementos para las funciones celulares. [ 7 ] La disponibilidad de micronutrientes puede limitar la producción primaria porque los oligoelementos a veces son nutrientes limitantes. Se ha determinado que el hierro es un micronutriente limitante primario en las provincias HNLC. [ 5 ] Estudios recientes han indicado que el zinc y el cobalto pueden ser micronutrientes secundarios y/o co-limitantes. [ 10 ] [ 11 ]

Distribución global

Características comunes

Las regiones HNLC cubren el 20% de los océanos del mundo y se caracterizan por patrones físicos, químicos y biológicos variables. Estas aguas superficiales tienen concentraciones de macronutrientes que varían anualmente, pero son relativamente abundantes en comparación con otras provincias oceánicas. [ 5 ] Si bien HNLC describe ampliamente las tendencias biogeoquímicas de estas grandes regiones oceánicas, las tres zonas experimentan floraciones estacionales de fitoplancton en respuesta a los patrones atmosféricos globales. En promedio, las regiones HNLC tienden a tener un crecimiento limitado por hierro y, de forma variable, por zinc. [ 11 ] [ 12 ] Esta limitación de metales traza conduce a comunidades de fitoplancton de menor tamaño. En comparación con las regiones más productivas del océano, las zonas HNLC tienen mayores proporciones de ácido silícico a nitrato porque las diatomeas más grandes , que requieren ácido silícico para hacer sus conchas de sílice opal, son menos frecuentes. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] A diferencia del Océano Austral y el Pacífico Norte, el Pacífico Ecuatorial experimenta una disponibilidad temporal de silicatos que conduce a grandes floraciones estacionales de diatomeas. [ 13 ] [ 14 ]

La distribución de metales traza y la abundancia relativa de macronutrientes se reflejan en la estructura de la comunidad planctónica. Por ejemplo, la selección de fitoplancton con una alta relación superficie-volumen da como resultado que las regiones HNLC estén dominadas por nano- y picoplancton. Esta relación permite una utilización óptima de los nutrientes disueltos disponibles. El fitoplancton de mayor tamaño, como las diatomeas, no puede mantenerse energéticamente en estas regiones. El picoplancton común en estas regiones incluye géneros como prochlorococcus (que generalmente no se encuentra en el Pacífico Norte), synechococcus y varios eucariotas . Es probable que los protistas herbívoros controlen la abundancia y distribución de este pequeño fitoplancton. [ 15 ] [ 16 ]

La producción primaria neta generalmente menor en las zonas HNLC resulta en una menor absorción biológica de dióxido de carbono atmosférico y, por lo tanto, estas regiones generalmente se consideran una fuente neta de dióxido de carbono para la atmósfera. [ 14 ] Las áreas HNLC son de interés para los geoingenieros y algunos miembros de la comunidad científica que creen que fertilizar grandes extensiones de estas aguas con hierro podría potencialmente reducir el dióxido de carbono disuelto y compensar el aumento de las emisiones antropogénicas de carbono. [ 6 ] El análisis de datos de núcleos de hielo antárticos durante el último millón de años muestra una correlación entre altos niveles de polvo y baja temperatura, lo que indica que la adición de polvo difuso rico en hierro al mar ha sido un amplificador natural del enfriamiento climático. [ 17 ]

Pacífico Norte

Polvo arrastrado desde la costa de Alaska hacia el Pacífico Norte.
Corrientes en el Océano Pacífico Norte.

El descubrimiento y la denominación de la primera región HNLC, el Pacífico Norte , se formalizaron en un artículo fundamental publicado en 1988. [ 6 ] El estudio concluyó que las aguas superficiales del Pacífico Norte oriental están generalmente dominadas por picoplancton a pesar de la abundancia relativa de macronutrientes. [ 6 ] En otras palabras, no se encontraron fitoplancton de mayor tamaño, como las diatomeas que proliferan en aguas ricas en nutrientes. En cambio, las aguas superficiales estaban repletas de pico- y nanoplancton más pequeños. [ 6 ] Basándose en experimentos de nutrientes de laboratorio, se planteó la hipótesis de que el hierro era un micronutriente limitante clave. [ 6 ]

El océano Pacífico es la masa de agua más grande y antigua de la Tierra. El Pacífico Norte se caracteriza por la rotación general en sentido horario del giro del Pacífico Norte , impulsado por los vientos alisios . Las variaciones espaciales de los vientos alisios dan como resultado temperaturas del aire más frías en el Pacífico Norte occidental y temperaturas del aire más suaves en el Pacífico Norte oriental (es decir, el Pacífico subártico). [ 18 ] El hierro llega al Pacífico Norte a través de tormentas de polvo que ocurren en Asia y Alaska, así como de aguas ricas en hierro transportadas desde el margen continental, a veces por remolinos como los remolinos de Haida . [ 19 ] [ 20 ]

Las concentraciones de hierro, sin embargo, varían a lo largo del año. Las corrientes oceánicas son impulsadas por patrones atmosféricos estacionales que transportan hierro desde el margen Kuril-Kamchatka hacia el Pacífico subártico occidental. Esta introducción de hierro proporciona un suministro subterráneo de micronutrientes, que pueden ser utilizados por los productores primarios durante el afloramiento de aguas más profundas a la superficie. [ 21 ] La profundidad del fondo marino también puede estimular las floraciones de fitoplancton en regiones HNLC a medida que el hierro se difunde desde el fondo marino y alivia la limitación de hierro en aguas poco profundas. [ 22 ] La investigación realizada en el Golfo de Alaska mostró que las áreas con aguas poco profundas, como la plataforma sur de Alaska, tienen floraciones de fitoplancton más intensas que las aguas mar adentro. [ 22 ] La ceniza volcánica de la erupción del volcán Kasatochi en agosto de 2008 proporcionó un ejemplo de fertilización natural de hierro en el Océano Pacífico Nororiental. [ 23 ] La región fue fertilizada por la lluvia de polvo volcánico que contenía hierro soluble . En los días siguientes, se observaron floraciones de fitoplancton desde el espacio. [ 23 ]

Las limitaciones en las concentraciones de metales traza en el Pacífico Norte limitan las floraciones de diatomeas durante todo el año. [ 24 ] Aunque el Pacífico Norte es una región HNLC, produce y exporta al interior del océano una cantidad relativamente alta de sílice biogénica particulada en comparación con el Atlántico Norte, lo que favorece un crecimiento significativo de diatomeas. [ 24 ]

Pacífico ecuatorial

El Pacífico ecuatorial es una provincia oceánica caracterizada por un afloramiento casi permanente debido a la convergencia de los vientos alisios del noreste y sureste en la Zona de Convergencia Intertropical . El Pacífico ecuatorial abarca casi la mitad de la circunferencia de la Tierra y juega un papel importante en la nueva producción primaria marina global . [ 25 ] La nueva producción es un término utilizado en oceanografía biológica para describir la forma en que el nitrógeno se recicla dentro del océano. [ 18 ] En regiones de mayor nueva producción, el nitrato de la zona afótica llega a las aguas superficiales, reponiendo el suministro de nitrato superficial. A pesar de la disponibilidad de nitrógeno en las aguas del Pacífico ecuatorial, la producción primaria y la biomasa oceánica superficial observada son considerablemente menores en comparación con otras regiones de afloramiento importantes del océano. [ 26 ] Por lo tanto, el Pacífico ecuatorial se considera una de las tres principales regiones HNLC.

Al igual que otras provincias importantes de HNLC, el Pacífico ecuatorial se considera limitado por nutrientes debido a la falta de metales traza como el hierro. El Pacífico ecuatorial recibe aproximadamente 7-10 veces más hierro del afloramiento de la Corriente Subsuperficial Ecuatorial (EUC) que de los aportes debido al polvo atmosférico en sedimentación. [ 27 ] Las reconstrucciones climáticas de períodos glaciales utilizando registros de indicadores de sedimentos han revelado que el Pacífico ecuatorial pudo haber sido 2,5 veces más productivo que el océano ecuatorial moderno. [ 27 ] Durante estos períodos glaciales, el Pacífico ecuatorial aumentó su exportación de nueva producción marina, [ 27 ] proporcionando así un sumidero de dióxido de carbono atmosférico. La ciencia de la paleoceanografía intenta comprender la interacción de los ciclos glaciales con la dinámica oceánica. Los paleoceanógrafos actualmente cuestionan la hipótesis del polvo eólico que sugiere que el transporte atmosférico de polvo rico en hierro frente a América Central y del Sur controla la intensidad de la producción primaria en el Pacífico ecuatorial. [ 27 ] Un estudio sugiere que, dado que el afloramiento EUC proporciona la mayor parte del hierro biodisponible a las aguas superficiales ecuatoriales, el único método para revertir las condiciones HNLC es mediante el aumento del afloramiento. [ 27 ] [ 28 ] En otras palabras, el aumento del afloramiento regional, en lugar de la deposición atmosférica de polvo rico en hierro, puede explicar por qué esta región experimenta una mayor productividad primaria durante los períodos glaciales.

En comparación con el Pacífico Norte y el Océano Austral, las aguas del Pacífico Ecuatorial tienen niveles relativamente bajos de sílice biogénica y, por lo tanto, no sustentan poblaciones significativas de diatomeas. [ 14 ] El picoplancton es el productor primario marino más abundante en estas regiones debido principalmente a su capacidad para asimilar bajas concentraciones de metales traza. [ 14 ] Varias comunidades de fitoplancton dentro del Pacífico Ecuatorial son pastoreadas al mismo ritmo que su tasa de crecimiento, lo que limita aún más la producción primaria. [ 28 ]

Actualmente no existe consenso sobre cuál de las dos hipótesis principales (pastoreo o micronutrientes) controla la producción en estas aguas ecuatoriales. Es probable que las limitaciones de metales traza seleccionen organismos de células más pequeñas, lo que aumenta la presión de pastoreo de los protistas. [ 28 ] Si bien el Pacífico ecuatorial mantiene características HNLC, la productividad puede ser alta en ocasiones. La productividad conduce a una abundancia de aves marinas como los paíños cerca de la convergencia de las aguas subtropicales y la "lengua fría" ecuatorial. El Pacífico ecuatorial contiene las pesquerías de atún aleta amarilla más grandes del mundo [ 18 ] y es el hogar del delfín manchado .

Océano Austral

Esquema de las corrientes antárticas. El movimiento del agua superficial alejándose del continente arrastra agua desde las profundidades hacia arriba.

El Océano Austral es la región HNLC más grande del océano global. Las aguas superficiales del Océano Austral se han identificado ampliamente como ricas en macronutrientes a pesar de las bajas poblaciones de fitoplancton. [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] El hierro depositado en el Atlántico Norte se incorpora al Agua Profunda del Atlántico Norte y se transporta al Océano Austral a través de la circulación termohalina . [ 32 ] Al mezclarse finalmente con el Agua Circumpolar Antártica , el afloramiento proporciona hierro y macronutrientes a las aguas superficiales del Océano Austral. Por lo tanto, los aportes de hierro y la producción primaria en el Océano Austral son sensibles al polvo sahariano rico en hierro depositado sobre el Atlántico. Debido a los bajos aportes de polvo atmosférico directamente sobre las aguas superficiales del Océano Austral, [ 33 ] [ 34 ] las concentraciones de clorofila α son bajas. La disponibilidad de luz en el Océano Austral cambia drásticamente estacionalmente, pero no parece ser una limitación significativa para el crecimiento del fitoplancton. [ 3 ]

Los macronutrientes presentes en las aguas superficiales del Océano Austral provienen de aguas profundas que afloran. Si bien los micronutrientes como el zinc y el cobalto pueden limitar conjuntamente el crecimiento del fitoplancton en el Océano Austral, el hierro parece ser un micronutriente limitante crítico. [ 4 ] Algunas regiones del Océano Austral experimentan concentraciones adecuadas de hierro biodisponible y macronutrientes, pero el crecimiento del fitoplancton es limitado. Estudios hidrográficos [ 35 ] [ 36 ] y exploraciones de la región del Paso Drake Sur [ 37 ] han observado este fenómeno alrededor de las Islas Crozet , las Islas Kerguelen y Georgia del Sur y las Islas Sandwich del Sur . [ 37 ] [ 38 ] Estas áreas son adyacentes a las regiones de la plataforma de la Antártida y las islas del Océano Austral. Se cree que los micronutrientes necesarios para el crecimiento de las algas son suministrados por las propias plataformas. [ 37 ] Excepto en áreas cercanas a la plataforma antártica, la deficiencia de micronutrientes limita severamente la productividad en el Océano Austral.

La disponibilidad de hierro no es el único regulador de la productividad y biomasa del fitoplancton. [ 39 ] [ 40 ] En el Océano Austral, se cree que las bajas temperaturas predominantes tienen un impacto negativo en las tasas de crecimiento del fitoplancton. [ 40 ] La tasa de crecimiento del fitoplancton es muy intensa y efímera en áreas abiertas rodeadas de hielo marino y zonas de hielo marino permanente . Se cree que el pastoreo de herbívoros como el krill, los copépodos y las salpas suprime la biomasa del fitoplancton. A diferencia de las aguas abiertas del Océano Austral, el pastoreo a lo largo de los márgenes de la plataforma continental es bajo, por lo que la mayor parte del fitoplancton que no se consume se hunde hasta el fondo marino, lo que proporciona nutrientes a los organismos bentónicos . [ 39 ]

Hipótesis

Dada la remota ubicación de las zonas HNLC, los científicos han combinado modelos y datos de observación para estudiar los límites de la producción primaria. La combinación de estas dos fuentes de datos permite comparar el Pacífico Norte, el Pacífico Ecuatorial y el Océano Austral. Dos explicaciones actuales para las regiones HNLC globales son las limitaciones de crecimiento debidas a la disponibilidad de hierro y el control ejercido por el pastoreo del fitoplancton.

hipótesis del hierro

En 1988, John Martin confirmó la hipótesis de que el hierro limita las floraciones y las tasas de crecimiento del fitoplancton en el Pacífico Norte. Su trabajo se extrapoló a otras regiones HNLC a través de evidencia que vinculaba la baja concentración de hierro en la superficie con la baja clorofila. [ 6 ] En respuesta a experimentos de fertilización con hierro (IronEx, SOIREE, SEEDS, etc.) en áreas HNLC, se observaron grandes respuestas del fitoplancton, como una disminución de la concentración de nutrientes en la superficie y un aumento de la actividad biológica . [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]

Los estudios de fertilización con hierro realizados a intervalos repetidos durante una semana han producido una respuesta biológica mayor que un único evento de fertilización. [ 42 ] [ 44 ] [ 46 ] El tamaño de la respuesta biológica tiende a depender de las características biológicas, químicas y físicas de un sitio. En el Pacífico ecuatorial y norte, se cree que la sílice limita la producción adicional después de la fertilización con hierro, mientras que la luz limita la producción adicional en el Océano Austral. [ 42 ] El fitoplancton nativo, más pequeño, fue el primero en responder al aumento de hierro, pero fue rápidamente superado por el fitoplancton costero más grande, como las diatomeas. [ 44 ] [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] La gran respuesta de floración y el cambio de comunidad ha generado preocupaciones ambientales sobre la fertilización de grandes secciones de regiones HNLC. Un estudio sugiere que las diatomeas crecen preferentemente durante los experimentos de fertilización. Algunas diatomeas, como la pseudo-nitzschia , liberan la neurotoxina ácido domoico , envenenando a los peces herbívoros. [ 48 ] Si las diatomeas crecen preferentemente durante los experimentos de fertilización con hierro, las fertilizaciones sostenidas podrían aumentar el envenenamiento por ácido domoico en la red trófica marina cerca de las zonas fertilizadas. [ 48 ]

Deposición global de polvo proveniente del viento. Las tres regiones HNLC (Pacífico Norte, Pacífico Ecuatorial y Océano Austral) reciben poco polvo atmosférico, lo que provoca deficiencias de hierro.

polvo eólico

El hierro ingresa a regiones HNLC remotas a través de dos métodos principales: surgencia de agua rica en nutrientes y deposición de polvo atmosférico . El hierro necesita ser repuesto con frecuencia y en formas biodisponibles debido a su insolubilidad , rápida absorción a través de sistemas biológicos y afinidad de unión con ligandos . [ 50 ] [ 51 ] La deposición de polvo podría no resultar en floraciones de fitoplancton a menos que el polvo depositado esté en la forma biodisponible correcta de hierro. Además, el hierro debe depositarse durante las estaciones productivas y coincidir con las proporciones RKR apropiadas de nutrientes superficiales. [ 19 ] [ 52 ] El polvo eólico tiene una mayor influencia en las regiones HNLC del hemisferio norte porque una mayor masa terrestre contribuye a una mayor deposición de polvo. [ 53 ] Debido al aislamiento del Océano Austral de la tierra, la surgencia relacionada con la difusividad de remolinos proporciona hierro a las regiones HNLC. [ 54 ]

Hipótesis del control del pastoreo

Formulada por John Walsh en 1976, la hipótesis del pastoreo establece que el pastoreo por heterótrofos suprime la productividad primaria en áreas de altas concentraciones de nutrientes. [ 41 ] [ 55 ] La depredación por microzooplancton explica principalmente la pérdida de fitoplancton en regiones HNLC. El pastoreo por zooplancton más grande y la mezcla advectiva también son responsables de una pequeña proporción de las pérdidas en las comunidades de fitoplancton. [ 6 ] [ 56 ] [ 57 ] El pastoreo constante limita el fitoplancton a una biomasa baja y constante. Sin esta presión de pastoreo , algunos científicos creen que el fitoplancton pequeño produciría floraciones a pesar del agotamiento de micronutrientes porque el fitoplancton más pequeño generalmente tiene menores requerimientos de hierro y puede absorber nutrientes a una tasa más lenta. [ 50 ] [ 56 ]

Visión contemporánea

El consenso científico actual coincide en que las áreas HNLC carecen de alta productividad debido a una combinación de limitaciones de hierro y fisiológicas, presión de pastoreo y fuerzas físicas. [ 2 ] [ 6 ] [ 43 ] [ 49 ] [ 56 ] [ 58 ] El grado en que cada factor contribuye a la baja producción puede variar en cada región HNLC. La limitación de hierro permite que el fitoplancton más pequeño y frugal en hierro crezca a tasas rápidas, mientras que el pastoreo por microzooplancton mantiene poblaciones estables de este fitoplancton más pequeño. [ 6 ] [ 51 ] [ 56 ] Una vez que los micronutrientes están disponibles, el pastoreo puede limitar el tamaño de las floraciones. [ 41 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 46 ] [ 49 ] Limitaciones adicionales de micronutrientes por metales traza como el zinc o el cobalto pueden suprimir las floraciones de fitoplancton. [ 12 ] La mezcla turbulenta en las regiones HNLC de latitudes más altas (Pacífico Norte y Océano Austral) puede mezclar el fitoplancton por debajo de la profundidad crítica necesaria para el crecimiento de la comunidad. [ 41 ]

Geoingeniería en regiones HNLC

Teoría

El ciclo del carbono marino. El fitoplancton absorbe el dióxido de carbono para la fotosíntesis y lo incorpora a la red trófica marina. Cuando el plancton o un depredador muere, la materia orgánica se sedimenta y llega al fondo marino, donde el carbono puede quedar enterrado y secuestrado. Se cree que estimular la floración del fitoplancton aumenta la sedimentación de carbono orgánico particulado tras la muerte de las floraciones, lo que conlleva un mayor secuestro de carbono.

Dado que experimentos anteriores de fertilización con hierro han dado lugar a grandes floraciones de fitoplancton, algunos han sugerido que se realicen experimentos de fertilización oceánica a gran escala para extraer el dióxido de carbono antropogénico inorgánico en forma de carbono orgánico particulado . La fertilización estimularía la productividad biológica, lo que provocaría una disminución de la cantidad de dióxido de carbono superficial inorgánico dentro de una zona fertilizada. La floración moriría entonces y presumiblemente se hundiría en las profundidades oceánicas, llevando gran parte del dióxido de carbono absorbido al fondo marino y secuestrándolo del ciclo del carbono a corto plazo en las profundidades oceánicas o en los sedimentos oceánicos. [ 46 ] [ 59 ] [ 60 ] [ 61 ] [ 62 ]

Eficiencia y eficacia

Para eliminar eficazmente el carbono antropogénico de la atmósfera, la fertilización con hierro tendría que resultar en una eliminación significativa del carbono particulado de la superficie oceánica y transportarlo a las profundidades oceánicas. [ 42 ] [ 43 ] [ 60 ] [ 61 ] Varios estudios estimaron que menos del 7-10% del carbono absorbido durante una floración se secuestraría, [ 63 ] y solo una disminución de 15-25 ppm en el dióxido de carbono atmosférico resultaría con una fertilización global sostenida con hierro. [ 7 ] [ 60 ] La cantidad de dióxido de carbono eliminada puede verse compensada por el costo del combustible para adquirir, transportar y liberar cantidades significativas de hierro en regiones HNLC remotas. [ 61 ]

Existen muchas preocupaciones ambientales con respecto a la fertilización con hierro a gran escala. Si bien las floraciones pueden estudiarse y rastrearse, los científicos aún no saben si la producción adicional se incorpora a la cadena alimentaria o cae al océano profundo después de que una floración muere. [ 42 ] [ 43 ] Incluso si el carbono se exporta a profundidad, la materia orgánica que cae puede respirarse, lo que potencialmente crea zonas anóxicas en la columna media o causa acidificación del agua del océano profundo. [ 61 ] [ 64 ] Se han observado cambios pronunciados en la comunidad hacia las diatomeas durante la fertilización, y aún no está claro si el cambio en la composición de especies tiene algún efecto ambiental a largo plazo. [ 48 ] [ 61 ]

Recursos energéticos

Lo siguiente es puramente teórico. Se requerirían pruebas para determinar la viabilidad, la concentración óptima de hierro por unidad de área, el secuestro de carbono por área a lo largo del tiempo, la necesidad de otros micronutrientes, la cantidad de energía requerida para mantener dicho sistema y la cantidad potencial de energía que produciría. Este sistema considera la viabilidad económica (rentabilidad de los productos de biocombustible y los créditos de carbono) y la gestión de riesgos.

Crecimiento

El pastoreo provoca que las algas sean consumidas por el microzooplancton. Esta depredación resulta en que menos del 7-10% del carbono se deposite en el fondo del océano. El cultivo de algas en granjas flotantes permitiría a estas áreas de alta concentración de carbono (HNLC) cultivar algas para su cosecha sin el problema de la depredación. En caso de un fallo catastrófico de una granja flotante, las algas cultivadas en ellas se reciclarían mediante el pastoreo, lo que limitaría cualquier daño ambiental.

Usos

Las algas cultivadas en granjas flotantes podrían cosecharse y utilizarse como alimento o combustible. Toda la vida biológica se compone de lípidos, carbohidratos, aminoácidos y ácidos nucleicos. Las algas enteras podrían transformarse en alimento para animales, fertilizante o biocarbón . Separar los lípidos de las algas también permitiría obtener biodiésel a partir de los lípidos y biocarbón del resto. Por supuesto, las algas podrían bombearse al fondo del océano, fuera de la presión de pastoreo, para su posterior secuestro.

Secuestro

En una granja flotante controlada, se podría tomar una muestra de la cosecha para registrar la cantidad de algas por unidad de volumen, lo que indicaría la cantidad de carbono secuestrado. Si este carbono se secuestra en el fondo del océano, esta cifra podría utilizarse para generar créditos de carbono con precisión. El secuestro de dióxido de carbono en el lecho marino podría destruir ecosistemas inexplorados y provocar la extinción de formas de vida desconocidas.

La captura de carbono en tierra se realiza mediante algas desecadas. Sin fuentes de agua suficientes, las bacterias y otros organismos tendrán dificultades para digerir las algas capturadas. Los biocombustibles, que no se venden ni se utilizan como combustible renovable, podrían capturarse en pozos petrolíferos y minas de carbón abandonadas. El volumen de biodiésel y la masa de biocarbón proporcionarían una cifra precisa para generar (al capturar) y vender (al extraer de pozos o minas) créditos de carbono.

Véase también

Referencias

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