¿Cómo puede la capa de nieve del Himalaya influir en las especies que prosperan en el Mar Arábigo? ¿Cómo es posible que los cambios en la velocidad del viento y la humedad generen problemas de seguridad nacional y alimentaria a mil kilómetros de distancia? Joaquim va, Helga do Rosario Gomes, y colegas de dos continentes han pasado las últimas dos décadas tratando de descifrar estos acertijos.

La historia comienza a principios de la década de 2000, en la época en que se lanzó el satélite Aqua de la NASA. Va, un especialista en teledetección del océano, estaba examinando datos de SeaWiFS y Aqua. Estaba concentrado en la clorofila-a, un pigmento utilizado por el fitoplancton del océano (y las plantas de todo el mundo) para aprovechar la luz solar y convertirla en energía alimentaria. Se centró en las observaciones de las poblaciones de fitoplancton en el Mar Arábigo durante el monzón de verano, pero por casualidad miró los datos de invierno. Había mucha más clorofila-a de la que cualquiera debería esperar.

Al principio, Goes pensó que era un error. Pero durante la próxima década, Los informes sobre el aumento de las algas y la disminución de las capturas de peces llegaron de colegas del sur de Asia. Goes y Gomes hicieron varias expediciones marítimas y lo vieron por sí mismos:el mar Arábigo estaba lleno de Noctiluca scintillans, un organismo que apenas fue reportado en la región durante los inviernos anteriores.

La imagen de arriba muestra una floración de Noctiluca scintillans en 2019, según lo observado por el satélite Suomi NPP de la NOAA-NASA. El flotante Los organismos microscópicos son dinoflagelados que viven en una relación simbiótica con las células de las algas verdes. Como el fitoplancton del océano, Noctiluca scintillans puede multiplicarse rápidamente en las condiciones adecuadas. (Noctiluca a menudo prospera en aguas "hipóxicas" con poco oxígeno). se agregan en grandes masas cerca de la superficie. En el proceso, pueden agotar el oxígeno en el mar, competir con otros fitoplancton por los nutrientes o consumirlos como alimento, y sofocar a los pequeños depredadores del zooplancton en "zonas muertas" hipóxicas.

"Los cambios que hemos visto en el ecosistema del Mar Arábigo se encuentran entre los más rápidos de cualquier masa de agua oceánica de nuestro planeta, "dijo Goes, científico del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty. "El hábitat del mar está cambiando, y eso está provocando un cortocircuito en la cadena alimentaria ".

Cómo y por qué Noctiluca ha florecido en el Mar Arábigo es una historia complicada de interconexiones entre los sistemas terrestres y las ondas inesperadas que se propagan por el calentamiento global.

A lo largo de la historia humana, el Mar Arábigo ha sido fuertemente influenciado por los vientos monzónicos que cambian de dirección estacionalmente y cambian la dirección de las corrientes oceánicas. En inviernos pasados Las temperaturas del aire sobre la meseta del Himalaya-Tibetano y el sur de Asia bajarían significativamente y causarían sequedad, vientos del noreste para soplar sobre el Mar Arábigo. Sucesivamente, el enfriamiento de las aguas superficiales y los cambios de densidad se propagarían a través de la columna de agua, moviendo la picnoclina, donde la densidad del agua cambia debido a la salinidad y / o temperatura, hacia arriba y hacia abajo. La profundidad de esta capa oceánica afecta la forma en que los nutrientes brotan de las profundidades y alimentan el crecimiento del fitoplancton.

Estos cambios invernales en las corrientes y la disponibilidad de nutrientes una vez alimentaron la floración de diatomeas, otro tipo de fitoplancton. Las diatomeas eran un eslabón clave en una cadena alimentaria oceánica que alimentaba a los copépodos y peces durante el invierno y, por último, humanos que capturaron esos peces.

Pero con el calentamiento global en las últimas décadas, ha caído y acumulado menos nieve en la meseta del Himalaya y el Tíbet y se ha derretido más nieve y hielo. Las temperaturas en las tierras altas y bajas han aumentado, como tiene la humedad. En las últimas dos décadas, los vientos invernales que soplan sobre el mar Arábigo se han vuelto más cálidos, más tranquilo y más húmedo. Como resultado, los mares se agitan menos y hay menos nutrientes para las diatomeas y la mayoría de los demás fitoplancton.

"Con vientos y aguas más tranquilos y cálidos, hay menos ventilación y mezcla, "dijo Helga do Rosario Gomes, un oceanógrafo biológico, también en Lamont-Doherty. "Esto conduce a una mayor estratificación y menos enriquecimiento de nitratos desde abajo. En algunos casos, está provocando hipoxia ".

Esos cambios han sido prácticamente perfectos para Noctiluca scintillans. A diferencia de las diatomeas, Noctiluca puede prosperar cuando hay menos nutrientes disueltos en el agua. Los gráficos de arriba muestran los cambios coincidentes de 1980 a 2018 en la extensión de la capa de nieve sobre la meseta del Himalaya y el Tíbet. la profundidad de la capa mixta en el Mar Arábigo en invierno, y la concentración de clorofila-a (un indicador de fitoplancton). The "anomaly" plots show how much each year was above or below the long-term mean for each variable. Snow extent and the depth of the mixed layer have been steadily declining, while wintertime blooms have been increasing.

"The changes observed in the Arabian Sea are an example of potential ecosystem changes that are induced by climate change, " said Laura Lorenzoni, ocean biology and biogeochemistry program scientist for NASA. "As Earth warms, we can expect greater stratification in the ocean and the migration of species poleward. There will also be greater chances of harmful algal blooms and of some more resilient species outcompeting others and shifting the entire ecosystem structure."

Scientists have modeled and speculated for years that global warming could change the snow and ice cover on the Himalayas and the Tibetan Plateau and that the effects might ripple across the sea. The belief was that the Arabian Sea would become less productive from December to March. En lugar de, it has become more productive, but for an entirely different set of creatures.

"There are far less diatoms now, and so there is a clear loss of biodiversity, " said Gomes. "There used to be more copepods, sardines, kingfish, mackerel, and pelagic fish." The plankton and diatoms have been replaced by mats of Noctiluca scintillans and an over-abundance of jellyfish and salps. The finfish have been replaced by turtles, calamar, and animals that can survive in lower oxygen environments.

In a 2020 research paper, Goes and Gomes used ocean color data from NASA and snow and ice cover data from the National Snow and Ice Data Center to piece the puzzle together. They found that winter chlorophyll-a in the Arabian Sea has been increasing steadily since the 1990s—as much as four times higher in some winters. Chlorophyll-a is a key pigment in ocean phytoplankton, including Noctiluca scintillans. The map above shows the trend—mostly increasing—in the Arabian Sea from 1996 to 2018.

The result is trouble for fisheries, particularly in a region with a lot of artisinal and subsistence fishing. "We are passing a tipping point, " said Goes. "The food chain has been turned upside down."

The changes are trouble for the people of the Middle East, eastern Africa, and southern Asia. An estimated 150 million people around the region rely on fishing for food and economic development. Yet the surplus of jellyfish and salps and the decrease in diatoms has depleted the food supply for edible fish."

"There will be cascading effects that will probably affect food availability for several countries in the region, " Goes said. "Noctiluca blooms, jellyfish, and salps are also posing huge challenges to desalination plants along the coast that supply freshwater to coastal Oman." Masses of jellyfish have been known to clog seawater intake pipes.

And the change to Noctiluca-dominated waters has an unusual ripple effect on national security. Noctiluca scintillans are bioluminescent:they glow when stimulated and this is especially visible at night. This trait can be used to track the movements of ships that churn up the plankton as they cruise. Sailors and pilots have been following such sparkling tracks for decades.

"There are many examples of phytoplankton running amok around the planet, " said Norman Kuring, a scientist in NASA's Ocean Biology Group. "The Baltic Sea has a new summertime normal of toxic cyanobacteria blooms. Green algae routinely clog the waters around China's Shandong Peninsula. Sargassum is becoming a real headache in the Caribbean. Lakes in the United States and globally are becoming increasingly eutrophic. There are troubling suggestions by respected scientists that our oceans may be headed towards a hypoxic, bacteria-dominated future."