13 Minute
Noi cercetări robuste arată că valurile de căldură marine pot întrerupe „pompa biologică” a oceanului — mecanismul care transportă carbonul din stratul de suprafață spre adâncuri — reducând capacitatea oceanelor de a sechestra CO2 atmosferic. Un consorțiu interdisciplinar condus de Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI) a combinat date de la boi autonome și observații de lungă durată efectuate cu nave în Golful Alaska pentru a investiga cum două valuri majore de căldură marină au remodelat comunitățile de plancton și au schimbat destinația particulelor de carbon în coloana de apă.
Boii robotici pot colecta continuu date detaliate despre condițiile oceanice. Studiul condus de cercetătorii MBARI în cadrul proiectului Global Ocean Biogeochemistry (GO-BGC), cu o echipă interdisciplinară de colaboratori, a analizat date din boi desfășurați în Golful Alaska și înregistrări din relevee cu navele care monitorizează planctonul, demonstrând că valurile de căldură marine pot rescrie rețelele trofice marine și pot afecta capacitatea oceanelor de a stoca carbon.
Acest articol sintetizează metodologiile studiului, descoperirile cheie și implicațiile pentru reglarea climei, pentru ecosisteme și pentru viitorul observațiilor oceanice. De ce contează? Pe scurt: pe măsură ce clima se încălzește, ciclul carbonului din ocean se poate slăbi, iar consecințele se propagă prin lanțul trofic până la pescuit și economiile regionale.
De ce contează pompa biologică a oceanului
Oceanul absoarbe aproximativ un sfert din emisiile antropice de CO2. O parte esențială a acestui stocaj pe termen lung este asigurată de pompa biologică: fitoplanctonul fotosintetic transformă CO2 în materie organică, care fie este consumată în cadrul rețelei trofice, fie se agregă și se scufundă sub formă de particule. Când aceste particule — fecale ale consumatorilor, fragmente de plancton moarte sau aglomerate — traversează mezopelagic (200–1.000 m) și ajung în zone profunde, carbonul poate fi reținut sute până la mii de ani.
Valurile de căldură marine — perioade anormal de calde care durează de la zile la luni — pot modifica compoziția speciilor de plancton, ratele metabolice și interacțiunile trofice. Aceste schimbări pot influența mărimea și densitatea particulelor care se scufundă sau pot intensifica reciclarea carbonului la suprafață, reducând exportul către adâncimi. A înțelege aceste procese necesită observații repetate, la rezoluție înaltă, biologice și chimice, de la suprafață în jos, înainte, în timpul și după evenimentele de încălzire.
Designul studiului și instrumentele de observație
Cercetarea a integrat multiple seturi independente de date, care acoperă mai bine de un deceniu în Golful Alaska, o regiune afectată de două valuri majore de căldură marină: evenimentul 2013–2015, cunoscut sub numele de „The Blob”, și un al doilea eveniment puternic în 2019–2020. Elementele cheie ale observațiilor au fost:
- BOI GO-BGC (BGC-Argo): boi autonome parte din rețeaua Global Ocean Biogeochemistry conduse de MBARI au înregistrat temperatură, salinitate, oxigen, nitrați, fluorescența clorofilei și carbonul organic particulate (POC) la intervale de 5–10 zile în coloana de apă superioară. Aceste profile frecvente permit urmărirea dinamicii sezoniere și a perturbărilor ecologice.
- Relevee Line P: programul canadian Line P (Fisheries and Oceans Canada) a furnizat date sezoniere despre compoziția comunităților de plancton, analizate prin chimie de pigmenți și secvențierea ADN-ului ambiental (eDNA). Datele colectate de nave validează semnalele derivate din boi și oferă rezoluție taxonomică detaliată.
- Sinteză interdisciplinară: echipa includea cercetători de la MBARI, University of Miami Rosenstiel School, Hakai Institute, Xiamen University, University of British Columbia, University of Southern Denmark și Fisheries and Oceans Canada, combinând oceanografie fizică, biologie moleculară, biogeochimie și știința ecosistemelor.
De ce sunt importante boile BGC-Argo?
Boii BGC-Argo oferă un avantaj critic: monitorizare continuă și repetitivă a parametrilor biologici și chimici. În loc să depindă doar de relevee sezoniere cu navele, care pot rata perioade scurte dar ecologic semnificative, boii captează răspunsuri temporale — de exemplu schimbările bruște în POC după un episod de reciclare trofică —, esențiale pentru a lega variabilitatea fizică cu procesele biologice.
Descoperiri principale: cum blochează valurile de căldură „conveyorul”
Echipa a găsit dovezi consistente că valurile de căldură marină au modificat comunitățile de plancton și au întrerupt exportul carbonului, însă cele două evenimente analizate au avut mecanisme diferite și nuanțe distincte:
- 2013–2015 („The Blob”): în al doilea an al evenimentului, productivitatea fotosintetică de la suprafață a crescut, dar carbonul organic particulate s-a acumulat în jurul pragului de ~200 m, în loc să se scufunde rapid spre adâncuri. Acest lucru indică un blocaj în mezopelagic, unde particule mici și carbon reciclat sunt reținute în loc să fie transportate spre stocarea pe termen lung.
- 2019–2020: primul an a arătat acumulări record de particule carbonice la suprafață, greu de explicat doar prin producția fitoplanctonică. Pulsul părea alimentat de o reciclare intensivă în cadrul rețelei trofice și de acumularea detritală. Materialul a început să se scufunde, dar s-a oprit frecvent în intervalul 200–400 m, fără a ajunge eficient la depozitele adânci.
În ambele evenimente modelul comun a fost creșterea retenției și reciclării carbonului în straturile superficiale și în zona crepusculară, determinate de o schimbare spre fitoplancton mai mic și un număr mai mare de consumatori mici. Gândiți-vă la asta așa: particulele mici și peleții fecali produși de grazere mici se scufundă mai lent și sunt expuși mai mult timp degradării microbiene — ceea ce mărește probabilitatea ca carbonul să fie remineralizat și returnat ca CO2 la atmosferă.
„Cercetarea noastră arată că aceste două valuri majore de căldură au modificat comunitățile de plancton și au blocat pompa biologică a oceanului. «Conveyorul» care transportă carbonul de la suprafață spre adâncuri s-a înfundat,” a spus autoarea principală Mariana Bif, fostă cercetătoare la MBARI și acum profesor asistent la University of Miami Rosenstiel School. „Aceasta ridică riscul ca mai mult carbon să fie eliberat în atmosferă în loc să fie depozitat în oceane.”
Mecanisme biologice: schimbări de specii, mărimea particulelor și retenția în mezopelagic
Mecanismele prin care încălzirea anomală determină retenția carbonului includ mai multe procese interconectate:
- Turnover de specii: temperaturile mai mari favorizează linii evolutive de fitoplancton de dimensiuni mici, tipice apelor calde, care generează particule fine și lento-consolidante în locul agregatelor mari, dense.
- Reconfigurarea rețelei trofice: abundanța crescută a consumatorilor mici (grazerele micro- și mezoplanktice) mărește reciclarea internă a carbonului; microbii respiră materia organică înapoi în CO2 înainte ca aceasta să apuce să se scufunde.
- Procesare mezopelagică: „zona crepusculară” este populată de numeroase organisme care își caută hrana în particulele care cad. Un ritm de scufundare mai lent înseamnă o expunere mai lungă la consum și degradare, sporind remineralizarea.
Aceste procese combinate reduc fracțiunea de carbon produs la suprafață ce ajunge în adâncuri, slăbind astfel stocarea pe termen lung a carbonului. Din punct de vedere al modelării, aceasta implică o nevoie urgentă de a include dinamicile dimensiunii particulelor și căile de consum microbian în proiecțiile climatice.
Un exemplu simplu
Imaginează-ți două scenarii: într-un ocean „rece și productiv” predomină diatomeele mari care formează aglomerate dense — acestea se scufundă rapid, exportând carbon eficient. Într-un ocean „cald și reciclabil” domnesc fitoplanctonul mic și grazerele miniaturizate; fecalele și fragmentele sunt fine, se scufundă încet și sunt digerate sau transformate în CO2 în drumul lor. Rezultatul: mai mult carbon revine în atmosferă și mai puțin este stocat în adâncimi.
Ce înseamnă pentru climă, ecosisteme și pescuit
Dacă valurile de căldură marine devin mai frecvente și mai extinse — așa cum arată observațiile oceanice și modelele climatice — eficiența oceanului ca sumider de carbon ar putea scădea. Un pompare biologică mai puțin eficientă creează un feedback climatic pozitiv: mai mult CO2 rămâne în atmosferă, accelerând încălzirea și crescând probabilitatea unor noi valuri de căldură.
Impacturile sunt însă mai largi decât balanța carbonului. Modificările de la baza lanțului trofic se propagă: recrutarea peștilor poate deveni mai variabilă, mamiferele marine și alte prăzi pot resimți schimbări în disponibilitatea hranei, iar productivitatea pescuitului poate deveni mai puțin predictibilă. Economiile regionale dependente de pescuit se pot confrunta cu fluctuații economice dacă baza trofică devine dominată de prăzi mai mici, cu valoare nutritivă mai redusă.
Perspectiva sociologică și economică
Pentru comunitățile costiere, acestă transformare în dinamica carbonului și a rețelelor trofice poate însemna pierderi de venit, necesitatea adaptării strategiilor de pescuit și investiții în monitorizare și gestionare adaptativă. Cei care planifică politici climatice și gestionarea resurselor marine trebuie să încorporeze astfel de riscuri ecologice interdependente.
Tehnologie, monitorizare și direcții viitoare de cercetare
Studiul subliniază valoarea combinării boilor BGC-Argo autonome cu releveele fizice și instrumentele moleculare (eDNA, chimia pigmenților). Pentru a îmbunătăți capacitatea de detectare și previziune a efectelor valurilor de căldură marine, prioritățile includ:
- Extinderea acoperirii BGC-Argo pentru a surprinde diverse regiuni oceanice și mai multe evenimente extreme.
- Rețele integrate și inter-instituționale de observații care oferă linii de bază înainte-durante-după pentru evenimentele extreme.
- Îmbunătățirea modelelor biogeochimice și ecosistemice să includă schimbări ale comunităților de plancton, dinamica formării particulelor și procesarea mezopelagică, astfel încât predicțiile exportului de carbon sub încălzire să fie mai precise.
Ken Johnson, Senior Scientist la MBARI și investigator principal al proiectului GO-BGC, a subliniat valoarea colaborării: „Pentru a înțelege cu adevărat cum afectează un val de căldură ecosistemele marine și procesele oceanice, avem nevoie de date de observație înainte, în timpul și după eveniment. Este un exemplu excelent cum colaborarea ne ajută să răspundem la întrebări esențiale despre sănătatea oceanului.”
Ce trebuie modelat mai bine?
Modelele climatice și oceano-biogeochimice trebuie să captureze nu doar schimbările de productivitate, ci și efectele transferului de masă între componentele lanțului trofic: care sunt ratele de formare a particulelor, cum variază mărimea peleților fecali, cât timp petrec particulele în zona crepusculară și cât de eficient sunt consumate de mezofaună. Numai astfel putem estima cu încredere cât carbon va fi sechestrat în viitor.
Perspective ale experților și observații practice
Dr. Lena Morita, ocean biogeochimist (exemplu ipotetic), a comentat: „Acest studiu este un semnal clar că răspunsurile biologice la încălzire pot schimba destinația carbonului pe scale deceniale. Boile autonome ne oferă rezoluția temporală necesară să observăm aceste răspunsuri în timp real. Pentru modelatori, integrarea dinamicii dimensiunii particulelor și a căilor trofice microbiene este esențială pentru a reduce incertitudinile din proiecțiile climatice.”
La nivel operațional, observațiile combinate — boi, nave, eDNA, chimie de pigmenți — creează o imagine mai completă: boii surprind ritmul schimbărilor, navele oferă detaliul taxonomic, iar eDNA dezvăluie prezența speciilor greu vizibile prin metode tradiționale.
Finanțare, colaborare și valoarea investițiilor pe termen lung
Studiul a fost susținut în principal de proiectul GO-BGC al National Science Foundation din SUA (NSF Award 1946578, cu suport operațional NSF Award 2110258), plus contribuții de la David and Lucile Packard Foundation, China National Science Foundation (grant 42406099), Fondurile fundamentale pentru universități centrale (grant 20720240105), Danish Center for Hadal Research (DNRF145) și programul Line P al Fisheries and Oceans Canada. Autoratul interdisciplinar al studiului ilustrează cum investițiile internaționale coordonate în observații oceanice susțin descoperiri științifice cu valoare ridicată.
Acesta este un argument politic și științific pentru menținerea și extinderea rețelelor de monitorizare: datele continue și de înaltă calitate permit detectarea și interpretarea schimbărilor ecologice care altfel ar rămâne obscure.
Pe scurt: pentru a anticipa și atenua efectele schimbărilor climatice asupra serviciilor ecosistemice marine (inclusiv sechestrarea carbonului și pescuitul), trebuie să susținem o infrastructură de observații globale care combină tehnologie autonomă, cercetare de navă și instrumente moleculare.
Pe măsură ce valurile de căldură marine devin o realitate mai frecventă, capacitatea noastră de a răspunde rapid și inteligent va depinde de datele pe care le generăm acum. Observarea continuă și modelarea îmbunătățită sunt punți esențiale între descoperire și decizie.
Acest studiu din Golful Alaska oferă o lecție clară: schimbările de la baza lanțului trofic pot rescrie rolul oceanelor în reglarea climei. Gestionarea inteligentă a acestui risc trece prin extinderea rețelelor de observație, colaborare științifică internațională și integrarea descoperirilor în modele care informează politica climatică și gestionarea resurselor marine.
Sursa: sciencedaily
Lasă un Comentariu