La "bomba biológica" del océano describe los numerosos procesos marinos que trabajan para captar el dióxido de carbono de la atmósfera y transportarlo a las profundidades del océano, donde puede permanecer secuestrado durante siglos. Esta bomba oceánica es un poderoso regulador del dióxido de carbono atmosférico y un ingrediente esencial en cualquier previsión climática global.

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

Dado que el mundo emite actualmente dióxido de carbono a la atmósfera a un ritmo anual de unas 2,5 partes por millón, el equipo estima que la nueva incertidumbre se traduce en un error de unos cinco años en las proyecciones del objetivo climático.

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

Lauderdale y el antiguo estudiante de posgrado del MIT B.B. Cael, ahora en el Centro Nacional de Oceanografía de Southampton (Reino Unido), han publicado su estudio hoy en la revista Geophysical Research Letters.

Curva de nieve

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

"Estas partículas llueven como nieve blanca en forma de escamas que son todas estas cosas muertas que caen de la superficie del océano", dice Lauderdale.

A distintas profundidades, las partículas son consumidas por los microbios, que convierten el carbono orgánico de las partículas y lo devuelven al océano profundo en forma inorgánica y mineral, en un proceso conocido como remineralización.

En la década de 1980, los investigadores recogieron nieve marina en lugares y profundidades de todo el Pacífico tropical. A partir de estas observaciones generaron una sencilla relación matemática de ley de potencia -la curva de Martin, llamada así por el miembro del equipo John Martin- para describir la fuerza de la bomba biológica y la cantidad de carbono que el océano puede remineralizar y secuestrar a distintas profundidades.

"La curva de Martin es omnipresente, y es realmente el estándar de oro [utilizado en muchos modelos climáticos hoy en día]", 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 asume que las partículas caen más rápido con la profundidad. Pero Cael descubrió que otras relaciones matemáticas, cada una de ellas basada en diferentes mecanismos de hundimiento y remineralización de la nieve marina, también podrían explicar los datos.

Por ejemplo, una alternativa supone que las partículas caen a la misma velocidad sin importar la profundidad, mientras que otra supone que las partículas con caparazones de fitoplancton pesados y menos consumibles caen más rápido que las que no los tienen.

"Descubrió que no se puede saber qué curva es la correcta, lo que es un poco preocupante, porque cada curva tiene diferentes mecanismos detrás", dice Lauderdale. "En otras palabras, los investigadores podrían estar utilizando la función equivocada para predecir la fuerza de la bomba biológica. Estas discrepancias podrían convertirse en una bola de nieve y afectar a las proyecciones climáticas".

Una curva, reconsiderada

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

Empezaron con las mismas seis ecuaciones alternativas, o curvas de remineralización, que Cael había estudiado anteriormente. 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, frente a la ley de potencia de la curva de Martin.Para que la comparación fuera lo más similar posible desde el punto de vista estadístico, primero ajustaron 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 introdujeron los puntos de datos de la curva en cada ecuación alternativa. A continuación, pasaron cada ecuación por el 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 hizo avanzar el modelo climático en el tiempo para ver cómo cada ecuación alternativa para la bomba biológica cambiaba las estimaciones del modelo sobre el dióxido de carbono en la atmósfera, en comparación con la ley de potencia de la curva de Martin. Comprobaron que la cantidad de carbono que el océano es capaz de extraer y secuestrar de la atmósfera varía mucho según la descripción matemática de la bomba biológica que se utilice.

"Lo sorprendente fue que incluso pequeños cambios en la cantidad de remineralización o de nieve marina que llega a diferentes profundidades debido a las diferentes curvas pueden provocar cambios significativos en el dióxido de carbono atmosférico", afirma Lauderdale.

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

"Definitivamente, tenemos que hacer muchas más mediciones de la nieve marina para descifrar los mecanismos que hay detrás de lo que ocurre", añade Lauderdale. "Porque probablemente todos estos procesos son relevantes, pero realmente queremos saber cuáles son los que impulsan el secuestro de carbono".

Esta investigación ha sido financiada, en parte, por la National Science Foundation, la Simons Collaboration on Computational Biogeochemical Modeling of Marine Ecosystems y el National Environmental Research Council del Reino Unido.