Como el Polo Norte, el océano ártico y la tierra ártica circundante se calienta rápidamente, Los científicos se apresuran a comprender los efectos del calentamiento en los ecosistemas árticos. Con hielo marino que se encoge, más luz llega a la superficie del Océano Ártico. Algunos han predicho que esto conducirá a más plancton, que a su vez apoyaría a los peces y otros animales.

No tan rapido, dice un equipo de científicos dirigido por la Universidad de Princeton y el Instituto Max Planck de Química.

Apuntan al nitrógeno, un nutriente vital. Los investigadores utilizaron plancton fosilizado para estudiar la historia de las fuentes y las tasas de suministro de nitrógeno al Océano Ártico abierto occidental y central. Su trabajo, detallado en un artículo en el número actual de la revista Naturaleza Geociencia , sugiere que bajo un régimen de calentamiento global, estas aguas árticas abiertas experimentarán una limitación de nitrógeno más intensa, probablemente evitando un aumento de la productividad.

"Mirando el Océano Ártico desde el espacio, es difícil ver agua en absoluto, ya que gran parte del Océano Ártico está cubierto por una capa de hielo marino, "dijo el autor principal Jesse Farmer, un investigador asociado postdoctoral en el Departamento de Geociencias de la Universidad de Princeton que también es becario postdoctoral visitante en el Instituto Max Planck de Química en Mainz, Alemania. Este hielo marino se expande naturalmente durante los inviernos y se contrae durante los veranos. En décadas recientes, sin embargo, El calentamiento global ha provocado una rápida disminución de la cobertura de hielo marino en verano. con una capa de hielo de verano ahora aproximadamente la mitad que la de 1979.

Mientras el hielo marino se derrite, El plancton fotosintetizador que forma la base de las redes tróficas del Ártico debería beneficiarse de la mayor disponibilidad de luz. "Pero hay una trampa, "dijo la autora colaboradora Julie Granger, profesor asociado de ciencias marinas en la Universidad de Connecticut. "Este plancton también necesita nutrientes para crecer, y los nutrientes solo abundan en las profundidades del Océano Ártico, más allá del alcance del plancton. "Si el plancton puede adquirir estos nutrientes depende de cuán estrictamente esté" estratificado el océano superior ", "o separados en capas. Los 200 metros superiores (660 pies) del océano constan de distintas capas de agua con diferentes densidades, determinada por su temperatura y salinidad.

"Cuando la capa superior del océano está fuertemente estratificada, con agua muy ligera flotando sobre aguas profundas y densas, el suministro de nutrientes a la superficie iluminada por el sol es lento, "dijo Farmer.

Una nueva investigación dirigida por científicos de la Universidad de Princeton muestra cómo ha cambiado el suministro de nitrógeno al Ártico desde la última edad de hielo. que revela la historia de la estratificación del Océano Ártico. Usando núcleos de sedimentos del Océano Ártico occidental y central, Los investigadores midieron la composición isotópica del nitrógeno orgánico atrapado en los fósiles de piedra caliza de foraminíferos (plancton que creció en aguas superficiales, luego murió y se hundió hasta el fondo del mar). Sus mediciones revelan cómo las proporciones de nitrógeno derivado del Atlántico y del Pacífico cambiaron con el tiempo, mientras que también rastrea los cambios en el grado de limitación de nitrógeno del plancton en la superficie. Ona Underwood de la Clase de 2021 fue un miembro clave del equipo de investigación, analizando núcleos de sedimentos del Océano Ártico occidental para su proyecto junior.

Donde los océanos se encuentran:las aguas del Pacífico flotan sobre las más saladas, aguas atlánticas más densas

El Océano Ártico es el lugar de encuentro de dos grandes océanos:el Pacífico y el Atlántico. En el Ártico occidental, Las aguas del Océano Pacífico fluyen hacia el norte a través del estrecho de Bering poco profundo que separa Alaska de Siberia. Al llegar al Océano Ártico, el agua relativamente dulce del Pacífico fluye sobre aguas más saladas del Atlántico. Como resultado, la columna de agua superior del Ártico occidental está dominada por nitrógeno procedente del Pacífico y está fuertemente estratificada.

Sin embargo, Este no fue siempre el caso. "Durante la última edad de hielo, cuando el crecimiento de las capas de hielo redujo el nivel global del mar, el estrecho de Bering no existía, "dijo Daniel Sigman, Profesor Dusenbury de Princeton de Ciencias Geológicas y Geofísicas y uno de los mentores de investigación de Farmer. En ese tiempo, el estrecho de Bering fue reemplazado por el puente de tierra de Bering, una conexión terrestre entre Asia y América del Norte que permitió la migración de humanos a América. Sin el estrecho de Bering, el Ártico solo tendría agua del Atlántico, y los datos de nitrógeno lo confirman.

Cuando la edad de hielo terminó 11, Hace 500 años, a medida que las capas de hielo se derritieron y el nivel del mar se elevó, los datos muestran la aparición repentina de nitrógeno del Pacífico en la cuenca ártica occidental abierta, evidencia dramática de la apertura del estrecho de Bering.

"Esperábamos ver esta señal en los datos, ¡pero no tan claramente! ", dijo Sigman.

Esta fue solo la primera de las sorpresas. Analizando los datos, Farmer también se dio cuenta de que, antes de la apertura del estrecho de Bering, el Ártico no se había estratificado tan fuertemente como lo está hoy. Solo con la apertura del Estrecho de Bering, el Ártico occidental se estratificó fuertemente, como se refleja en el inicio de la limitación de nitrógeno del plancton en las aguas superficiales.

Dirigiéndose hacia el este lejos del estrecho de Bering, el agua del Pacífico se diluye, de modo que el Ártico central y oriental moderno está dominado por el agua del Atlántico y una estratificación relativamente débil. Aquí, los investigadores encontraron que la limitación de nitrógeno y la estratificación de la densidad variaban con el clima. Como en el Ártico occidental, la estratificación fue débil durante la última edad de hielo, cuando el clima era más frío. Después de la edad de hielo reforzada la estratificación del Ártico central, alcanzando un pico entre aproximadamente 10, 000 y 6, 000 años atrás, un período de temperaturas veraniegas árticas naturalmente más cálidas llamado "Máximo Térmico del Holoceno". Desde ese tiempo, la estratificación del Ártico central se ha debilitado, permitiendo que suficiente nitrógeno profundo llegue a las aguas superficiales para superar los requisitos del plancton.

El calentamiento global está devolviendo rápidamente el Ártico al clima del Máximo Térmico del Holoceno. A medida que este calentamiento continúa, algunos científicos han predicho que la reducción de la capa de hielo mejoraría la productividad del plancton ártico al aumentar la cantidad de luz solar que llega al océano. La nueva información histórica adquirida por Farmer y sus colegas sugiere que tal cambio es poco probable para las aguas de la cuenca abierta del Ártico occidental y central. El Ártico occidental permanecerá fuertemente estratificado debido a la afluencia persistente de agua del Pacífico a través del Estrecho de Bering. mientras que el calentamiento fortalecerá la estratificación en el Ártico central. En ambas regiones de mar abierto, Es probable que el suministro lento de nitrógeno limite la productividad del plancton. concluyeron los investigadores.

"Un aumento en la productividad de la cuenca ártica abierta probablemente se habría visto como un beneficio, por ejemplo, aumento de la pesca, ", dijo Farmer." Pero dados nuestros datos, un aumento de la productividad ártica abierta parece poco probable. La mejor esperanza para un futuro aumento de la productividad del Ártico se encuentra probablemente en las aguas costeras del Ártico ".