Una investigación muestra cómo reaccionó el océano al calentamiento del planeta

El estudio, realizado en un instituto de Brasil, puede contribuir a la mejora de los modelos climáticos que apuntan a definir escenarios futuros

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – En el actual contexto de cambio climático global, el estudio del pasado ha adquirido una extraordinaria relevancia en el diseño de escenarios futuros. Investigaciones sobre las transformaciones acaecidas durante la última desglaciación, por ejemplo, ocurrida hace entre 19 y 12 mil años, cuando la temperatura media del planeta subió aproximadamente 3,5 ºC, son fundamentales para verificar la precisión de los modelos numéricos con los cuales se proyecta qué sucederá en el planeta durante las próximas décadas.

En uno de estos estudios, Rodrigo da Costa Portilho-Ramos, del Instituto de Geociencias de la Universidad de São Paulo (IG-USP), investigó las alteraciones producidas por el calentamiento global en la capa superior de la columna de agua oceánica, un dominio del sistema climático especialmente difícil de estudiar. Y este trabajo redundó en la redacción del artículo intitulado “Coupling of equatorial Atlantic surface stratification to glacial shifts in the tropical rainbelt”, publicado en la revista Scientific Reports, perteneciente al grupo Nature.

Este estudio contó con el apoyo de la FAPESP mediante una Ayuda a la Investigación en la modalidad Jóvenes Investigadores, en el marco del proyecto intitulado “La respuesta del sector oeste del Océano Atlántico a las alteraciones de la circulación meridional del Atlántico: variabilidad milenaria y estacional”, encabezado por Cristiano Chiessi, de la Escuela de Artes, Ciencias y Humanidades de la Universidad de São Paulo (EACH-USP). Chiessi es supervisor del posdoctorado de Da Costa Portilho-Ramos y coautor del artículo publicado en Scientific Reports.

“Pese a que parecen homogéneos, los océanos son altamente estratificados, con diferentes capas en la columna de agua. La capa superficial es de enorme importancia para el clima del planeta, porque allí se concreta la fotosíntesis elaborada por el fitoplancton. Por eso si esta capa superficial es más espesa o menos espesa, más cálida o menos cálida, más productiva o menos productiva, tendrá influjo directo sobre la cantidad de carbono arrojada a atmósfera o absorbida de ésta. Y por ende, sobre el sistema climático en general. Con todo, los modelos climáticos de alta complejidad, tales como los utilizados en el IPCC [Intergovernmental Panel on Climate Change], tienen muchas dificultades para reproducir la estratificación de la columna de agua y, por lo tanto, para incorporar esta influencia. Nuestra investigación permitió saber por primera vez de qué manera la capa superior de los océanos varió en un contexto de cambio climático abrupto asociado a la desglaciación”, dijo Chiessi a la Agência FAPESP.

Para caracterizar esta variación, Da Costa Portilho-Ramos recolectó muestras de sedimento en el fondo oceánico, más específicamente, caparazones de foraminíferos planctónicos fósiles. “Los foraminíferos son organismos unicelulares (protozoos) exclusivamente marinos, altamente sensibles a las variaciones ambientales (temperatura, luminosidad, salinidad, disponibilidad de nutrientes, estratificación de la columna de agua, etc.). Viven en la superficie de los océanos, a entre cero y 800 metros de profundidad, y construyen conchas de carbonato de calcio. Cuando se mueren, esas conchas quedan depositadas sobre el fondo oceánico y se convierten en fósiles, que registran la historia natural del planeta y constituyen una de las más importantes herramientas para la investigación paleocéanográfica”, informó Portilho-Ramos.

El análisis de las conchas permitió determinar la posición actual y los desplazamientos del pasado de la llamada Zona de Convergencia Intertropical del Atlántico (en inglés Atlantic Intertropical Convergence Zone – o Atlantic ITCZ). La ITCZ o ZCI es un cinturón de baja presión atmosférica y máxima precipitación que abraza al planeta entero en la zona ecuatorial y produce un patrón específico de estratificación en la capa superficial de los océanos. En el Atlántico, esa franja de máxima precipitación y, por ende, de baja salinidad, está posicionada actualmente un tanto al norte de la línea del Ecuador. Y migra estacionalmente de norte a sur. Las migraciones, a través de las cuales la ITCZ busca siempre el mayor aporte de energía solar, dependen de los ciclos de las estaciones y del intercambio de energía térmica entre ambos hemisferios a través de la circulación oceánica y atmosférica.

Este complejo sistema de transferencia de calor conjuga la Circulación Meridional de Retorno del Atlántico (en inglés Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC), un mecanismo de circulación oceánica que transfiere a través del Ecuador 0,4 petavatios (0,4 X 10¹⁵ W) de energía del sur al norte, y la circulación atmosférica, que devuelve 0,2 petavatio de energía del norte al sur. La posición de la ITCZ al norte del Ecuador es producto de la asimetría de ese intercambio de energía.

“Modelos climáticos sugieren que el enfriamiento de la AMOC debido al  calentamiento del planeta provoca un desplazamiento de la ITCZ hacia el sur, incluso al sur de la línea del Ecuador. Y esto se confirmó con registros paleoclimáticos de origen continental, tales como estalagmitas de cavernas, sedimentos arrojados por los ríos al océano y sedimentos depositados en el fondo de los lagos. Todos estos registros mostraron que hubo efectivamente un gran aumento de las lluvias en la parte sur de América del Sur tropical durante tres eventos abruptos de enfriamiento de la AMOC ocurridos en el transcurso de los últimos 30 mil años: el primero hace alrededor de 25 mil años, el segundo hace entre 18 mil y 15 mil años, y el tercero, entre 12 mil y 11 mil años atrás. Nuestra investigación fue pionera al demostrar que esos desplazamientos de la ITCZ también causaron significativos cambios en la estratificación del propio océano”, afirmó Portilho-Ramos.

En esos tres eventos, hubo una drástica disminución de la salinidad oceánica en las altas latitudes del hemisferio Norte, debido a las grandes cantidades de icebergs y de agua dulce, resultantes del derretimiento del hielo del casquete polar ártico, que entraron en el Océano Atlántico Norte. Esta variación de la salinidad y, por ende, de la densidad de la capa superior de la columna de agua, determinó el enfriamiento de la AMOC, la disminución del transporte de energía hacia el norte y el desplazamiento de la ITCZ al sur. Y esto, a su vez, intensificó el régimen de lluvias al sur del Ecuador.

“El exceso de agua dulce en la cima de la columna de agua reduce la acción turbulenta de los vientos en la superficie oceánica, lo cual permite que aguas más frías y ricas en nutrientes penetren en la zona fótica, es decir, en la zona iluminada por la luz; así aumenta la productividad biológica y se altera la comunidad de foraminíferos planctónicos. El análisis de las especies de foraminíferos planctónicos nos permitió establecer la posición actual de la ITCZ y la amplitud de los desplazamientos ocurridos en el pasado”, explicó Da Costa Portilho-Ramos.

En el segundo período de enfriamiento de la AMOC, hace entre 18 mil y 15 mil años, la ITCZ se desplazó en el Atlántico a 1 grado de latitud sur, es decir, alrededor de cinco grados hacia el sur de su posición media actual. “Nuestros datos corroboraron simulaciones de modelos climáticos, forzados por la inyección de agua dulce en el Atlántico Norte ocasionada por el derretimiento de hielo”, informó el investigador.

“Esto funcionó como una prueba de validación de los modelos”, comentó Cristiano Chiessi. “El actual proceso de cambio climático está derritiendo los casquetes polares e inyectando agua dulce en el Atlántico Norte, así como ocurrió durante los períodos de enfriamiento de la AMOC en el pasado. Aún no somos capaces de prever todas las consecuencias de este proceso, debido a la gran cantidad de factores implicados. Así y todo, y con base en nuestro estudio, cabe suponer que se producirá una significativa disminución de la AMOC y un desplazamiento de la ITCZ hacia el sur, con un fuerte aumento de las lluvias durante la estación húmeda en el nordeste brasileño. Como las proyecciones indican que, en la media anual, las lluvias disminuirán en el nordeste de Brasil, los extremos se intensificarán”, concluyó.