Los procesos físicos de desoxigenación




Ciencias del mar y de la Tierra

El océano cubre aproximadamente 71% de la superficie de la Tierra y alberga alrededor de 97% de agua del mundo. Es, además, una pieza importante en el delicado equilibrio atmosférico que nos brinda las condiciones climatológicas necesarias para nuestra prosperidad en el planeta.

Es por ello que estudiar las dinámicas oceánicas es una gran preocupación para los científicos hoy en día. Desde el análisis de las corrientes marinas hasta la distribución en la concentración de sal en los océanos del mundo, todas las características del cuerpo de agua que le brinda el color característico a nuestro planeta son importantes y deben ser estudiadas, pues un cambio en ellas genera impactos en la vida que alberga el planeta.

El 24 de febrero de 2020, el Departamento de Oceanografía Física del CICESE organizó un conjunto de seminarios especiales presentados por investigadores destacados de alrededor del globo.

De entre ellos, la investigadora Esther Portela, del Laboratorie d’Oceanographique  Physique et Spatiale (Laboratorio de Oceanografia Física y Espacial) situado en Plouzané, Francia, habló sobre el fenómeno de desoxigenación en el mar en su seminario “Physical mechanisms driving the global ocean breathing” (Mecanismos físicos de la respiración oceánica global).

El término “ocean breathing” (respiración oceánica) se refiere a los procesos mediante los cuales los océanos regulan su concentración de oxígeno. Portela menciona que la variabilidad en la concentración de oxígeno en el mar se debe principalmente a dos fenómenos:

1.   Variabilidad natural

2.   Calentamiento del océano

En el segundo fenómeno, además, se pueden encontrar tres procesos importantes: la disminución de solubilidad del oxígeno, el aumento en la respiración, y el aumento de la estratificación. El primero se refiere a la temperatura control de la solubilidad del gas, por la cual un océano con temperaturas más altas disolverá, en promedio, menos oxígeno.

El segundo, el aumento en la respiración, se refiere a la demanda de oxígeno de los organismos que habitan en el océano. Su incremento se debe principalmente al cambio en el rol de grupos como el fitoplancton, el cual al sufrir un aumento en la temperatura de hasta cinco grados centígrados, invierte su papel de productor de oxígeno a consumidor del mismo.

Y el último es la llamada “estratificación”, que es el mecanismo más importante por el que las reservas de oxígeno se han visto disminuidas.

La estratificación es un ciclo por el que se distribuye el oxígeno en el océano.

Las capas superficiales de los océanos, de entre 100 y 400 metros, dependiendo de la latitud en la que nos encontremos y de la estación del año, se encuentran compuestas por agua de poca densidad, mayor cantidad de oxígeno en su composición y mayor temperatura. Las capas inferiores, en contraposición, tienen una densidad mayor y menor cantidad de oxígeno. El flujo de agua entre estas dos capas para la distribución del oxígeno que se recaba en la capa superior es el proceso que conocemos como estratificación.

Sin embargo, la estratificación está compuesta por diferentes procesos locales: la subducción, el mezclado interno, la circulación meridional, convección profunda y ventilación.

Para entender este proceso debemos reconocer la existencia de una capa intermedia entre la capa superficial del océano y el océano profundo. Esta capa intermedia lleva por nombre “termoclina”.

El ciclo comienza con la ventilación, mediante la cual la capa superficial del océano adquiere nutrientes, gases (carbono y nitrógeno) y aumenta su temperatura al encontrarse con los rayos del sol. Esto genera una diferencia de temperatura y densidad entre la superficie y la termoclina.

Una vez debajo de la capa superficial, el agua se encuentra protegida de la atmósfera, por lo que la única forma de alterar su composición y densidad es mediante el mezclado interno

El proceso de circulación de agua entre la capa superficial y la termoclina es el proceso de subducción, siendo éste el único proceso que altera la concentración de oxígeno en el océano. La subducción, además, genera una capa temporal con características particulares (de temperatura y salinidad) entre la capa superficial y la termoclina; estas son las aguas modales.

Del oxígeno adquirido mediante subducción, 30% alcanzará las capas más profundas del océano subpolar en el Atlántico norte y 32% alcanzará las capas medias y cercanas al fondo del océano Antártico. 

Una vez realizados estos procesos entra en acción la circulación meridional, que conecta los océanos del mundo mediante fuertes corrientes. Esta circulación redistribuye el recién adquirido oxígeno en el resto del océano para mantener un equilibrio. Se estima que 72% del aumento de oxígeno en ciertas zonas son consecuencia de las aguas modales, ya sea en su formación (mediante la circulación vertical entre las capas superficiales y la termoclina) o durante su circulación meridional.

Por último, mientras estos procesos están en acción, también se realiza la convección profunda, una pieza fundamental en la circulación de calor en el mar. En particular, de manera intermitente, la convección profunda se encarga de conectar la capa superficial, la termoclina y la capa profunda del océano.

Todos y cada uno de estos procesos son esenciales para el delicado equilibrio que mantiene la vida marina y nuestras condiciones climáticas. Sin embargo, el transporte de oxígeno es un proceso complejo, con múltiples eslabones, que han sido alterados por la emergencia climática en la que vivimos.

Consultas/bibliografía

https://www.sciencedirect.com/referencework/9780128130827/encyclopedia-of-ocean-sciences

https://www.nature.com/articles/nature21399

https://www.biogeosciences.net/10/6225/2013/bg-10-6225-2013.pdf

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2011GL049513

Palabras clave: Esther Portela, respiración océanica, desoxigenación

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