La "bomba biológica" del océano describe los muchos procesos marinos que funcionan para absorber el dióxido de carbono de la atmósfera y transportarlo a las profundidades del océano. donde puede permanecer secuestrada durante siglos. Esta bomba oceánica es un poderoso regulador del dióxido de carbono atmosférico y un ingrediente esencial en cualquier pronóstico climático global.

Pero un nuevo estudio del MIT apunta a una incertidumbre significativa en la forma en que se representa la bomba biológica en los modelos climáticos actuales. Los investigadores encontraron que la ecuación del "estándar de oro" utilizada para calcular la fuerza de la bomba tiene un margen de error mayor de lo que se pensaba anteriormente. y que las predicciones de la cantidad de carbono atmosférico que bombeará el océano a distintas profundidades podrían disminuir entre 10 y 15 partes por millón.

Dado que el mundo emite actualmente dióxido de carbono a la atmósfera a una tasa anual de aproximadamente 2,5 partes por millón, el equipo estima que la nueva incertidumbre se traduce en aproximadamente un error de cinco años en las proyecciones de objetivos climáticos.

"Esta barra de error más grande podría ser fundamental si queremos mantenernos dentro de los 1,5 grados del calentamiento previsto por el Acuerdo de París, "dice Jonathan Lauderdale, un científico investigador en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Si los modelos actuales predicen que tenemos hasta 2040 para reducir las emisiones de carbono, estamos expandiendo la incertidumbre en torno a eso, para decir que tal vez ahora tenemos hasta 2035, lo que podría ser un gran problema ".

Lauderdale y el ex estudiante graduado del MIT B.B. Cael, ahora en el Centro Nacional de Oceanografía en Southampton, REINO UNIDO., han publicado su estudio hoy en la revista Cartas de investigación geofísica .

Curva de nieve

Los procesos marinos que contribuyen a la bomba biológica del océano comienzan con el fitoplancton, organismos microscópicos que absorben dióxido de carbono de la atmósfera a medida que crecen. Cuando mueran el fitoplancton se hunde colectivamente a través de la columna de agua como "nieve marina, "llevando ese carbón con ellos.

"Estas partículas llueven como nieve blanca y escamosa que son todas estas cosas muertas que caen de la superficie del océano, "Dice Lauderdale.

A varias profundidades, las partículas son consumidas por microbios, que convierten el carbono orgánico de las partículas y lo respiran en el océano profundo en un inorgánico, forma mineral, en un proceso conocido como remineralización.

En la década de 1980, los investigadores recolectaron nieve marina en lugares y profundidades de todo el Pacífico tropical. A partir de estas observaciones, generaron una relación matemática de ley de potencia simple:la curva de Martin, nombrado en honor al miembro del equipo John Martin, para describir la fuerza de la bomba biológica, y cuánto carbono puede remineralizar y secuestrar el océano a distintas profundidades.

"La curva de Martin es ubicua, y es realmente el estándar de oro [utilizado en muchos modelos climáticos en la actualidad], "Dice Lauderdale.

Pero en 2018, Cael y la coautora Kelsey Bisson demostraron que la ley de potencia derivada para explicar la curva de Martin no era la única ecuación que podía ajustarse a las observaciones. La ley de potencia es una relación matemática simple que supone que las partículas caen más rápido con la profundidad. Pero Cael descubrió que varias otras relaciones matemáticas, cada uno basado en diferentes mecanismos de cómo la nieve marina se hunde y se remineraliza, también podría explicar los datos.

Por ejemplo, una alternativa supone que las partículas caen a la misma velocidad sin importar la profundidad, mientras que otro asume que las partículas con peso, las conchas de fitoplancton menos consumibles caen más rápido que las que no lo tienen.

"Descubrió que no se puede saber qué curva es la correcta, lo cual es un poco preocupante, porque cada curva tiene diferentes mecanismos detrás de ella, "Lauderdale dice". En otras palabras, los investigadores podrían estar usando la función "incorrecta" para predecir la fuerza de la bomba biológica. Estas discrepancias podrían generar una bola de nieve e impactar las proyecciones climáticas ".

Una curva, reconsiderado

En el nuevo estudio, Lauderdale y Cael analizaron la diferencia que supondría para las estimaciones del carbono almacenado en las profundidades del océano si cambiaran la descripción matemática de la bomba biológica.

Comenzaron con las mismas seis ecuaciones alternativas, o curvas de remineralización, que Cael había estudiado previamente. El equipo analizó cómo cambiarían las predicciones de los modelos climáticos sobre el dióxido de carbono atmosférico si se basaran en cualquiera de las seis alternativas, versus la ley de potencia de la curva de Martin.

Para que la comparación sea lo más similar estadísticamente posible, primero ajustan cada ecuación alternativa a la curva de Martin. La curva de Martin describe la cantidad de nieve marina que llega a distintas profundidades a través del océano. Los investigadores ingresaron los puntos de datos de la curva en cada ecuación alternativa. Luego corrieron cada ecuación a través del MITgcm, un modelo de circulación general que simula, entre otros procesos, el flujo de dióxido de carbono entre la atmósfera y el océano.

El equipo ejecutó el modelo climático en el tiempo para ver cómo cada ecuación alternativa para la bomba biológica cambiaba las estimaciones del modelo de dióxido de carbono en la atmósfera. en comparación con la ley de potencia de la curva de Martin. Descubrieron que la cantidad de carbono que el océano es capaz de extraer y secuestrar de la atmósfera varía ampliamente, dependiendo de la descripción matemática de la bomba biológica que utilizaron.

"La parte sorprendente fue que incluso pequeños cambios en la cantidad de remineralización o nieve marina que llega a diferentes profundidades debido a las diferentes curvas pueden conducir a cambios significativos en el dióxido de carbono atmosférico". "Dice Lauderdale.

Los resultados sugieren que la fuerza de bombeo del océano, y los procesos que gobiernan la rapidez con que cae la nieve marina, siguen siendo una cuestión abierta.

"Definitivamente necesitamos hacer muchas más mediciones de la nieve marina para descomponer los mecanismos detrás de lo que está sucediendo, Lauderdale agrega. "Porque probablemente todos estos procesos son relevantes, pero realmente queremos saber cuáles están impulsando el secuestro de carbono ".

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.