Los giros subtropicales son enormes, corrientes sostenidas que abarcan miles de kilómetros a través de los océanos Pacífico y Atlántico, donde crece muy poco.

Con nutrientes escasos, fitoplancton, las plantas microscópicas que forman la base de la cadena alimentaria marina, luchar para prosperar.

Sin embargo, algunos fitoplancton viven dentro del ambiente hostil de estos giros, y la forma exacta en que obtienen sus nutrientes ha sido un misterio durante mucho tiempo.

Ahora la investigación de Edward Doddridge, un postdoctorado en el Departamento de la Tierra, Ciencias Atmosféricas y Planetarias en MIT, ha descubierto que el crecimiento del fitoplancton en los giros subtropicales se ve afectado por una capa de agua muy por debajo de la superficie del océano, lo que permite que los nutrientes se reciclen de nuevo a la superficie.

Trabajando con David Marshall en la Universidad de Oxford, Doddridge ha desarrollado un modelo para investigar el mecanismo detrás del crecimiento del fitoplancton dentro de los giros, que aparece en el Revista de investigación geofísica:océanos .

Según los libros de texto, los vientos empujan las aguas superficiales hacia el centro de los giros y luego hacia abajo, quitando los nutrientes de la zona iluminada por el sol y, por lo tanto, evitando que el fitoplancton prospere.

Pero investigaciones previas de Doddridge han sugerido que este punto de vista es demasiado simplista, y que el movimiento de los remolinos —el equivalente oceánico de los sistemas meteorológicos— dentro de los giros actúa contra este movimiento, evitando que el agua sea empujada hacia abajo.

Para investigar esto más a fondo, los investigadores desarrollaron un modelo informático simple, en el que dividen el océano en dos capas:la capa iluminada por el sol y una capa de agua homogénea debajo de ella, llamado modo agua. Debajo de esta capa de agua moderada está el abismo, que no estaba incluido en el modelo.

Dentro del modelo, los investigadores incluyeron tanto el proceso de convergencia del agua impulsado por el viento desde los lados del giro como hacia abajo, y la forma en que los remolinos deben actuar contra este movimiento.

Cuando ejecutaron el modelo, sus resultados reflejaban ampliamente las observaciones de los propios giros, con mayor concentración de nutrientes y productividad de fitoplancton en los bordes de los giros, y menor productividad en el centro.

Luego comenzaron a variar los diferentes parámetros del modelo, para investigar qué efecto tendría esto en los niveles de nutrientes y la productividad del fitoplancton.

Primero variaron un mecanismo propuesto previamente por los investigadores y conocido como bombeo de remolinos, en el que el movimiento arremolinado de las corrientes circulares se enfría, agua rica en nutrientes desde abajo.

"Cambiamos la cantidad de fluido que este mecanismo podía intercambiar entre la capa iluminada por el sol y la capa homogénea de abajo, y descubrimos que a medida que aumentamos el bombeo de remolinos, la concentración de nutrientes subió, como sugiere una investigación previa, "dice Doddridge.

Sin embargo, el efecto de este bombeo de remolinos comenzó a estabilizarse en niveles más altos. Cuanto más aumentaban los investigadores el mecanismo de bombeo de remolinos, cuanto menor era el aumento de la concentración de nutrientes.

Luego variaron el proceso de convergencia horizontal del agua y bombeo hacia abajo dentro de los giros, conocido como transporte residual de Ekman. Descubrieron que este proceso tenía un impacto considerable en la concentración de nutrientes.

Finalmente, los investigadores variaron el grosor de la capa de agua homogénea debajo de la capa iluminada por el sol, que también encontraron que tiene un impacto significativo en la concentración de nutrientes.

Investigaciones anteriores habían sugerido que a medida que esta capa de agua se vuelve más gruesa, bloquea los nutrientes que suben desde abajo, resultando en niveles más bajos de productividad en la zona iluminada por el sol. Sin embargo, los resultados del modelo sugieren lo contrario, con una capa de modo más gruesa que conduce a una mayor concentración de nutrientes. Este fue particularmente el caso cuando el nivel de transporte de Ekman era bajo, Doddridge dice.

"Cuando el fitoplancton y otras cosas que viven en la capa iluminada por el sol mueren, o ser comido y excretado, comienzan a caer por el océano, y sus nutrientes se absorben nuevamente en el agua, "Dice Doddridge.

"Entonces, cuanto más gruesa es la capa homogénea, cuanto más tarden estas partículas en atravesarlo, y cuanto más nutrientes se absorben en el líquido, para ser reciclado como alimento ".

Mientras los nutrientes permanecen en la capa homogénea, no se necesita mucha energía para que se vuelvan a mezclar en la superficie, Doddridge dice. Pero si caen rápidamente al abismo, porque la capa homogénea es delgada, por ejemplo, los nutrientes se eliminan esencialmente del agua de la superficie de arriba, él dice.

Cuando los investigadores probaron los resultados del modelo utilizando datos de satélites, robots autónomos, y barcos, encontraron que apoyaba sus hallazgos, lo que sugiere que el agua en modo más espeso de hecho mejora el crecimiento del fitoplancton dentro de los giros subtropicales.

En el futuro, A Doddridge le gustaría realizar más experimentos utilizando modelos más complejos, para obtener más información sobre la forma en que los nutrientes se introducen y reciclan dentro de los giros subtropicales.

Las aguas del océano superior, pobres en nutrientes, del giro subtropical desempeñan un papel de importancia mundial en la absorción de carbono del océano. con procesos biológicos que median una gran fracción de esta absorción de carbono, pero los procesos que suministran los nutrientes necesarios para sustentar la producción biológica neta en estos ecosistemas siguen sin estar claros, según Matthew Church de la Universidad de Montana, que no participó en la investigación.

"El documento destaca el papel clave de los procesos físicos (específicamente los remolinos) en la regulación tanto del suministro ascendente de nutrientes, y el flujo descendente de materia orgánica que se hunde, "Church dice". Los autores concluyen que este último término, específicamente la profundidad a la que se remineralizan las partículas orgánicas, establece limitaciones a la productividad de las aguas suprayacentes. Esta conclusión derivada del modelo presenta una hipótesis comprobable sobre el terreno ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.