Históricamente, los océanos han hecho gran parte del trabajo pesado del planeta cuando se trata de secuestrar dióxido de carbono de la atmósfera. Organismos microscópicos conocidos colectivamente como fitoplancton, que crecen a lo largo de la superficie de los océanos iluminados por el sol y absorben dióxido de carbono a través de la fotosíntesis, son un jugador clave.

Para ayudar a detener las crecientes emisiones de dióxido de carbono producidas por la quema de combustibles fósiles, algunos científicos han propuesto sembrar los océanos con hierro, un ingrediente esencial que puede estimular el crecimiento del fitoplancton. Tal "fertilización con hierro" cultivaría vastos campos nuevos de fitoplancton, particularmente en áreas normalmente desprovistas de vida marina.

Un nuevo estudio del MIT sugiere que la fertilización con hierro puede no tener un impacto significativo en el crecimiento del fitoplancton, al menos a escala global.

Los investigadores estudiaron las interacciones entre el fitoplancton, planchar, y otros nutrientes en el océano que ayudan al fitoplancton a crecer. Sus simulaciones sugieren que a escala global, la vida marina ha sintonizado la química del océano a través de estas interacciones, evolucionando para mantener un nivel de hierro oceánico que respalde un delicado equilibrio de nutrientes en varias regiones del mundo.

"Según nuestro marco, La fertilización con hierro no puede tener un efecto general significativo en la cantidad de carbono en el océano porque la cantidad total de hierro que necesitan los microbios ya es la correcta. '' dice el autor principal Jonathan Lauderdale, un científico investigador en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias.

Los coautores del artículo son Rogier Braakman, Gael Olvidar, Stephanie Dutkiewicz, y Mick Follows en MIT.

Sopa de ligando

El hierro del que depende el fitoplancton para crecer proviene en gran parte del polvo que barre los continentes y finalmente se deposita en las aguas del océano. Si bien se pueden depositar grandes cantidades de hierro de esta manera, la mayor parte de este hierro se hunde rápidamente, no usado, al fondo marino.

"El problema fundamental es, los microbios marinos necesitan hierro para crecer, pero el hierro no anda por ahí. Su concentración en el océano es tan minúscula que es un recurso preciado, "Dice Lauderdale.

Por eso, Los científicos han propuesto la fertilización con hierro como una forma de introducir más hierro en el sistema. Pero la disponibilidad de hierro para el fitoplancton es mucho mayor si está ligado a ciertos compuestos orgánicos que mantienen el hierro en la superficie del océano y son ellos mismos producidos por el fitoplancton. Estos compuestos, conocidos como ligandos, constituyen lo que Lauderdale describe como una "sopa de ingredientes" que normalmente provienen de productos de desecho orgánicos, células muertas, o sideróforos:moléculas que los microbios han desarrollado para unirse específicamente al hierro.

No se sabe mucho sobre estos ligandos que atrapan el hierro a escala del ecosistema, y el equipo se preguntó qué papel juegan las moléculas en la regulación de la capacidad del océano para promover el crecimiento del fitoplancton y finalmente absorber dióxido de carbono.

"La gente ha entendido cómo los ligandos se unen al hierro, pero no cuáles son las propiedades emergentes de tal sistema a escala global, y lo que eso significa para la biosfera en su conjunto, "Dice Braakman." Eso es lo que hemos intentado modelar aquí ".

Punto dulce de hierro

Los investigadores se propusieron caracterizar las interacciones entre el hierro, ligandos, y macronutrientes como nitrógeno y fosfato, y cómo estas interacciones afectan la población global de fitoplancton y, al mismo tiempo, la capacidad del océano para almacenar dióxido de carbono.

El equipo desarrolló un modelo simple de tres cajas, cada cuadro representa un entorno oceánico general con un equilibrio particular de hierro frente a macronutrientes. El primer cuadro representa aguas remotas como el Océano Austral, que normalmente tienen una concentración decente de macronutrientes que surgen de las profundidades del océano. También tienen un bajo contenido de hierro dada su gran distancia de cualquier fuente de polvo continental.

El segundo cuadro representa el Atlántico norte y otras aguas que tienen un equilibrio opuesto:alto contenido de hierro debido a la proximidad a continentes polvorientos, y bajo en macronutrientes. La tercera caja es un sustituto del océano profundo, que es una rica fuente de macronutrientes, como fosfatos y nitratos.

Los investigadores simularon un patrón de circulación general entre las tres cajas para representar las corrientes globales que conectan todos los océanos del mundo:la circulación comienza en el Atlántico norte y se sumerge en las profundidades del océano. luego surge en el Océano Austral y regresa al Atlántico Norte.

El equipo estableció concentraciones relativas de hierro y macronutrientes en cada caja, luego ejecuté el modelo para ver cómo evolucionó el crecimiento del fitoplancton en cada caja durante 10, 000 años. Corrieron 10, 000 simulaciones, cada uno con diferentes propiedades de ligando.

Fuera de sus simulaciones, los investigadores identificaron un ciclo de retroalimentación positiva crucial entre los ligandos y el hierro. Los océanos con concentraciones más altas de ligandos también tenían concentraciones más altas de hierro disponible para que el fitoplancton creciera y produjera más ligandos. Cuando los microbios tienen hierro más que suficiente para darse un festín, consumen la mayor cantidad de nutrientes que necesitan, como nitrógeno y fosfato, hasta que esos nutrientes se hayan agotado por completo.

Lo contrario es cierto para los océanos con bajas concentraciones de ligando:estos tienen menos hierro disponible para el crecimiento del fitoplancton, y por lo tanto tienen muy poca actividad biológica en general, lo que lleva a un menor consumo de macronutrientes.

Los investigadores también observaron en sus simulaciones un rango estrecho de concentraciones de ligando que resultó en un punto óptimo, donde había la cantidad justa de ligando para hacer disponible suficiente hierro para el crecimiento del fitoplancton, al mismo tiempo que deja la cantidad justa de macronutrientes restantes para mantener un ciclo de crecimiento completamente nuevo en las tres cajas oceánicas.

Cuando compararon sus simulaciones con las mediciones de nutrientes, planchar, y concentraciones de ligandos tomadas en el mundo real, encontraron que su rango de punto dulce simulado resultó ser el más cercano. Es decir, los océanos del mundo parecen tener la cantidad justa de ligandos, y por tanto hierro, disponible para maximizar el crecimiento del fitoplancton y consumir macronutrientes de manera óptima, en un equilibrio de recursos que se refuerza a sí mismo y es autosostenible.

Si los científicos fertilizaran ampliamente el Océano Austral o cualquier otra agua empobrecida con hierro, el esfuerzo estimularía temporalmente el crecimiento del fitoplancton y absorberá todos los macronutrientes disponibles en esa región. Pero eventualmente no quedarían macronutrientes para circular a otras regiones como el Atlántico Norte, que depende de estos macronutrientes, junto con el hierro de los depósitos de polvo, para el crecimiento del fitoplancton. El resultado neto sería una eventual disminución del fitoplancton en el Atlántico norte y ningún aumento significativo en la extracción de dióxido de carbono a nivel mundial.

Lauderdale señala que también puede haber otros efectos no deseados al fertilizar el Océano Austral con hierro.

"Tenemos que considerar todo el océano como este sistema interconectado, "dice Lauderdale, quien agrega que si el fitoplancton en el Atlántico norte cayera en picado, también lo haría toda la vida marina en la cadena alimentaria que depende de los organismos microscópicos.

"Algo así como el 75 por ciento de la producción al norte del Océano Austral es impulsada por nutrientes del Océano Austral, y los océanos del norte son donde se encuentran la mayoría de las pesquerías y donde se producen muchos beneficios de los ecosistemas para las personas, Lauderdale dice. Antes de que arrojemos grandes cantidades de hierro y extraigamos nutrientes en el Océano Austral, deberíamos considerar las consecuencias no deseadas aguas abajo que potencialmente empeorarán la situación ambiental ".