viernes, 28 de octubre de 2011

El océano como almacenamiento de calor

La falta de observaciones permanentes de la atmósfera, los océanos y la tierra han dificultado el desarrollo y la validación de los modelos climáticos. Un ejemplo de ello lo podemos ver en un análisis reciente que concluyó que las corrientes de transporte de calor hacia el norte, en el Atlántico y que influyen en el clima de Europa occidental, se había debilitado en un 30% en la última década. Este resultado tuvo que basarse en sólo cinco campañas de medidas repartidas en más de 40 años. ¿Este resultado era parte de un cambio de tendencia que podría conducir a un cambio importante en la circulación del Atlántico, o era debido a la variabilidad natural volverá a cambiar en el futuro, o es un resultado poco fiable debido a un número limitado de observaciones?

En 1999, para combatir la falta de datos, se acordó dar un paso innovador para mejorar la recopilación de observaciones en el interior del océano a través de un mayor número de muestreos y de una mayor cobertura en términos de tiempo y de superficie supervisada.

Argo es un despliegue global de más de 3.000 flotadores a la deriva que miden la temperatura y la salinidad de los 2.000 metros superiores del océano. El despliegue de flotadores empezó el año 2000 y continúa hoy en día (al día de hoy hay 3.276). Esto permite, por primera vez, la supervisión continua de la temperatura, la salinidad y la velocidad de la capa superior del océano, con la ventaja de que todos los datos publicados y puestos a la disposición del público pocas horas después de su recopilación.

Con este dispositivo se pretende tener una descripción cuantitativa del estado cambiante de la capa superior del océano y de los patrones de variabilidad del clima oceánico en períodos que pueden ir de meses a décadas, incluyendo la cantidad de calor almacenada y transportada y el almacenamiento de agua dulce, todo lo cual que permitirá mejorar los modelos climáticos y, como consecuencia, cuantificar mejor las consecuencias del calentamiento global debido al aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera.

Una de las consecuencias de este conocimiento más preciso de lo que sucede en los océanos es que ayudará a determinar el balance climático del planeta, ya que la mayoría del calor absorbido durante las últimas décadas lo ha sido en la parte superior del océano.

En un artículo publicado en el año 2001, Anthropogenic Warming of Earth’s Climate System, se afirmaba que el aumento del contenido de calor observado en el océano desde el año 1957 hasta el 1994 fue de 18,2 × 10^22 julios, mientras que el aumento del calor contenido en la atmósfera durante el mismo período fue de un orden menor, de 6,6 × 10^21 julios. Esta diferencia demuestra la importancia que tiene la cantidad de calor que almacena el océano para hacer un balance climático del planeta.

De esta diferencia se puede deducir que no son los gases de efecto invernadero los que calientan el océano, ya que estos gases sólo calientan directamente la atmósfera, cuya capacidad para calentar los 700 primeros metros del océano es demasiado pequeña. Por tanto, podemos pensar que lo que realmente calienta el océano es la energía solar, que penetra hasta unos 50 metros de profundidad. De ahí que, para el calentamiento de los océanos, probablemente sea muy importante la nubosidad, cuya modelización es muy difícil.

En el artículo Robust warming of the global upper ocean, publicado en el año 2010, se estudian los valores de las anomalías del contenido de calor en la parte superior del océano (OHCA – Ocean Heat Content Anomalies) desde el año 1993 hasta el 2008, usando los datos de Argo para el período 2002 – 2008, y datos de otras fuentes para el período 1993 – 2002. Encuentran que el balance climático del planeta durante este período ha sido positivo, de 0,64 W/m2, con un 90 % de confianza en el intervalo 0,53 a 0,75 W/m2.

Por otra parte, en el artículo Recent energy balance of Earth, también publicado en el año 2010, se estudian las OHCA del período 2003 – 2008, usando los valores de Argo, y se encuentra que el balance climático del planeta durante este período ha sido negativo, de - 0,01 a - 0,16 W/m2. La figura siguiente corresponde a este artículo.


En las figuras siguientes se puede ver la evolución de las anomalías anuales del contenido de calor en la parte superior del océano (OHCA), de 0 a 700 metros, publicadas por la NOAA, en valores trimestrales desde el año 1955 hasta el segundo trimestre del 2011. En ella podemos ver como esta anomalía ha ido en aumento, pero ha experimentado un “parón” desde el año 2003, precisamente cuando los datos de Argo han empezado a ser operacionales.


Esta anomalía no ha variado por igual en los tres océanos. Desde el año 2003, ha disminuido en el Atlántico y en el Pacífico, y ha aumentado en el Índico.


Para tener una idea del orden de magnitud de que estamos hablando, 1 W/año y metro cuadrado equivale, tomando toda la superficie de la tierra, a 1,5 × 10^22 julios.

Datos de anomalías del contenido de calor publicados por la NOAA 


lunes, 24 de octubre de 2011

Las temperaturas globales del tercer trimestre

Según los datos publicados por la NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration), la anomalía global de temperatura del tercer trimestre de este año ha sido, tomando como base las temperaturas de los años 1901 – 2000, de + 0,54 ºC. Es el octavo valor más alto, compartido con los de los terceros trimestres de los años 1997 y 2001.


Si tomamos los datos de la UAH (University of Alabama Huntsville), tomados por satélite, esta anomalía ha sido, tomando como base el período 1980 – 2010, de + 0,33 ºC. Es el tercer valor más alto.


Según los datos del GISS (Godard Institute for Space Studies), esta anomalía ha sido de + 0,56 ºC, tomando como base el período 1951 – 1980. Es el quinto valor más alto.


Comparando los valores de las anomalías del tercer trimestre desde el año 1980 hasta el actual, las tendencias lineales son prácticamente las mismas, entre + 0,16 y + 0,17 ºC por década.

En cambio, la amplitud de los valores es significativamente diferente según el origen de los datos: desde el año 1980 hasta el año actual, los datos de NOAA y los de GISS tienen una amplitud de 0,6 ºC, mientras que los de UAH tienen una amplitud de 0,9 ºC.




La comparación dos a dos, año a año, de las anomalías del tercer trimestre no da sorpresas en las comparaciones NOAA - GISS y NOAA - UAH, ya que las pendientes de las rectas de regresión son muy cercanas a 1, aunque, como es natural vistas las amplitudes, el coeficiente de correlación es mayor en la correlación NOAA - GISS que en la NOAA - UAH. En cambio, sorprende que la pendiente de la recta de regresión UAH - GISS sea sólo de 0,83.

En la comparación NOAA – GISS el origen de la recta de regresión pasa muy cerca del origen (0,01 ºC), mientras que en lo comparativos de ambas con los datos de UAH, la recta de regresión pasa más lejos del origen (0,3 ºC).


miércoles, 19 de octubre de 2011

Los proyectos prioritarios de redes energéticas de la Unión Europea


La Unión Europea acaba de hacer públicos unos documentos sobre infraestructuras energéticas, principalmente el titulado Guidelines for trans-European energy infrastructure, cuyo objeto es garantizar que las redes estratégicas de energía e instalaciones de almacenamiento se completen en 2020. Con este fin, la Comisión ha identificado 12 corredores y áreas prioritarias, relativas a las redes de transporte de electricidad, gas, petróleo y dióxido de carbono. Se propone un régimen de "interés común" para proyectos que contribuyan a la implementación de estas prioridades. El coste estimado es de 50.000 millones de euros. El objetivo es tener una primera lista de proyectos bien definidos en el 2013.

Las 12 prioridades son:

1. Corredores prioritarios de electricidad

(1) La red en alta mar del Mar del Norte ("NSOG"): la red integrada de electricidad en alta mar en el Mar del Norte, el Mar de Irlanda, el Canal Inglés, el Mar Báltico y aguas vecinas para el transporte de electricidad de fuentes renovables de energía en alta mar a los centros de consumo y almacenamiento y aumentar los intercambios transfronterizos de electricidad.

Estados miembros afectados: Bélgica, Dinamarca, Francia, Alemania, Irlanda, Luxemburgo, los Países Bajos, Suecia, el Reino Unido;

(2) Interconexiones eléctricas Norte-Sur en Europa Occidental ("NSI West Electricity "): las interconexiones entre los Estados miembros de la región y con los países terceros mediterráneos, en particular la integración de la electricidad de energías renovables.

Estados miembros afectados: Bélgica, Francia, Alemania, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Países Bajos, Malta, Portugal, España, el Reino Unido;

(3) Interconexiones de electricidad Norte-Sur Europa Central y Oriental y Sur Oriental ("NSI East Electricity"): las interconexiones y las líneas internas en el Norte y el Sur y Este-Oeste para completar el mercado interior e integrar la generación a partir de fuentes de energía renovables.

Estados miembros afectados: Austria, Bulgaria, República Checa, Chipre, Alemania, Grecia, Hungría, Italia, Polonia, Rumania, Eslovaquia, Eslovenia;

(4) Plan de interconexión de los mercados de la electricidad en el Báltico ("Electricity BEMIP"): interconexiones entre los Estados miembros en la región del Báltico y el refuerzo interno de las infraestructuras de la red, para poner fin al aislamiento de los países bálticos y fomentar la integración del mercado en la región.

Estados miembros afectados: Dinamarca, Estonia, Finlandia, Alemania, Letonia, Lituania, Polonia, Suecia.

2. Corredores prioritarios de gas

(5) Interconexiones de gas Norte-Sur en Europa Occidental ("West NSI Gas"): mejorar las capacidades de interconexión Norte-Sur de los flujos de gas en Europa Occidental para diversificar las rutas de suministro y aumentar la capacidad de entrega a corto plazo de gas.

Estados miembros afectados: Bélgica, Francia, Alemania, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Malta, los Países Bajos, Portugal, España, el Reino Unido;

(6) interconexiones de gas Norte-Sur en la Europa Central y Oriental y el Sudeste de Europa ("NSI East Gas"): mejorar las conexiones regionales de gas entre la región del Mar Báltico, los mares Adriático y Egeo y el Mar Negro, en particular para aumentar la diversificación y la seguridad del suministro de gas.

Estados miembros afectados: Austria, Bulgaria, Chipre, República Checa, Alemania, Grecia, Hungría, Italia, Polonia, Rumania, Eslovaquia, Eslovenia;

(7) Corredor de Gas del Sur ("SGC"): la transmisión de gas desde la cuenca del Mar Caspio, Asia Central, Oriente Medio y la cuenca del Mediterráneo Oriental hacia la Unión para aumentar la diversificación de abastecimiento de gas.

Estados miembros afectados: Austria, Bulgaria, República Checa, Chipre, Francia, Alemania, Hungría, Grecia, Italia, Polonia, Rumania, Eslovaquia, Eslovenia;

(8) Plan de interconexión de los mercados energéticos de gas en el Báltico ("Gas BEMIP"): la infraestructura para poner fin al aislamiento de los tres Estados bálticos y Finlandia, y su dependencia de un único proveedor y aumentar la diversificación de los suministros en la región del Mar Báltico.

Estados miembros afectados: Dinamarca, Estonia, Finlandia, Alemania, Letonia, Lituania, Polonia, Suecia.

3. Corredor prioritario de petróleo

(9) Conexiones de suministro de petróleo en Europa Central y Oriental ("OSC"): la interoperabilidad de los la red de oleoductos en Europa Central y Oriental para aumentar la seguridad del suministro y reducir los riesgos ambientales.

Estados miembros afectados: Austria, República Checa, Alemania, Hungría, Polonia, Eslovaquia.

4. Áreas temáticas prioritarias

(10) Implementación de redes eléctricas inteligentes: la adopción de tecnologías de redes inteligentes en toda la Unión para, de manera eficiente, integrar el comportamiento y las acciones de todos los usuarios conectados a la red eléctrica, en particular por la generación de grandes cantidades de electricidad procedente de fuentes renovables o distribuidas y poder dar respuesta a la demanda de los consumidores.

Estados miembros afectados: todos.

(11) Autopistas para electricidad: las primera autopistas de electricidad se prevén para el año 2020, en vista de la construcción de un sistema de autopistas para le electricidad en toda la Unión.

Estados miembros afectados: todos.

(12) Red transfronteriza de dióxido de carbono: el desarrollo de una infraestructura para el transporte de dióxido de carbono entre los Estados miembros y con terceros países vecinos a la vista del despliegue de la captura y almacenamiento de carbono.

Estados miembros afectados: todos.

sábado, 15 de octubre de 2011

El efecto del aumento del CO2 atmosférico sobre las cosechas

Es interesante saber como influye el aumento de la concentración del CO2 atmosférico en el rendimiento de las cosechas. Para ello es preciso recordar algunos conceptos sobre la fotosíntesis.

La fotosíntesis

La reacción de fotosíntesis de las plantas consiste en captar el CO2 atmosférico para producir azúcar y liberar oxígeno, según la reacción global:

6 CO2 + 6 H2O + luz → C6H12 O6 + 6 O2


Sin embargo, el camino para llegar a esta reacción es complicado. Existen tres tipos de plantas según el camino para la fotosíntesis, las plantas C3, las C4 y las CAM. De las especies estudiadas aproximadamente el 95 al 97 % son C3 y el restante 3 a 5 % son C4 o CAM. Ejemplos de plantas C3 son el trigo, la cebada, el arroz, los naranjos, la patata; de plantas C4 lo son el maíz, el sorgo, la caña de azúcar, y de plantas CAM los cactus.

Las plantas C3

El 95% o 97% de las plantas del planeta pertenecen a la fotosíntesis C3. Crecen con luz solar moderada, temperaturas moderadas, una concentración de CO2 en la atmósfera de 200 ppm, o más elevada, y agua abundante en el suelo. El inconveniente de las C3 consiste en que la escasez de agua disminuye el rendimiento fotosintético. Esto se debe a que la planta C3 reacciona cerrando los estomas, para evitar su desecación, dificultando de este modo la penetración del CO2 en la hoja. Usan el ciclo Calvin, descubierto por el bioquímico norteamericano Melvin Calvin, que es un proceso de carácter cíclico en el que se pueden distinguir varios pasos o fases.

En el ciclo Calvin se integran y convierten moléculas inorgánicas de CO2 en moléculas orgánicas sencillas, a partir de las cuales se formará el resto de los compuestos bioquímicos que constituyen los seres vivos.


En primer lugar se produce la fijación del dióxido de carbono: el dióxido de carbono atmosférico se une a la ribulosa bifosfato, una molécula con 5 carbonos, gracias a la enzima ribulosa bisfosfato carboxilasa/oxigenasa, conocida como Rubisco, y origina un compuesto inestable de seis carbonos, que se descompone en dos moléculas de fosfoglicerato, según la reacción siguiente:

Ribulosa-bisfosfato + CO2 + H2O ↔2 fosfoglicerato + 2 H+

Estas moléculas absorben un átomo de fósforo para dar lugar a dos moléculas de difosfoglicerato, que, a su vez, se convierten en gliceraldehido fosfato.

El ciclo se repite seis veces, hasta formar 12 moléculas de gliceraldehido fosfato, de las que 10 siguen en el ciclo y dos salen de él. Las moléculas que siguen en el ciclo forman 6 moléculas de ribulosa bifosfato, que vuelven a iniciar otro ciclo de captación de CO2, mientras que las dos moléculas que salen del ciclo se convierten en glucosa.


Las plantas C4 y CAM

La fotosíntesis C4 surgió hace unos 20 millones de años y se consolidó hace unos 7 millones de años. La disminución en la concentración atmosférica de CO2 a menos de 500 ppm propició la aparición de un mecanismo para concentrar este gas en la zona donde actúa la Rubisco, evitando así su actividad de oxigenasa.

En las llamadas plantas C4, la enzima PEP carboxilasa (PEPC) une primero el bicarbonato (que se obtiene del CO2 en disolución) al fosfoenol piruvato (PEP) para formar un compuesto de cuatro carbonos, el ácido oxaloacético. El dióxido de carbono, así incorporado, atraviesa una serie de reacciones químicas y pasa a niveles más profundos dentro de la hoja, donde finalmente ingresa en el ciclo de Calvin. Aunque las plantas C4 gastan más energía para fijar carbono, en ciertas condiciones su eficiencia fotosintética neta puede ser superior a la de las plantas C3 descriptas anteriormente debido a ciertas características clave que diferencian a las enzimas Rubisco (presente tanto en las plantas C3 como en las C4) y PEP carboxilasa (presente en las C4).


Como la afinidad de la enzima Rubisco por el CO2 es menor que la afinidad de la PEPC por el bicarbonato, a bajas concentraciones de CO2 la PEPC carboxila más eficientemente que la Rubisco, siendo esta una de las razones por las que las plantas C4 no tengan pérdidas por oxigenación y además presenten una mayor eficiencia en el uso del agua. En efecto, las plantas C3, cuando detectan falta de agua en el suelo, como suele ocurrir en verano, cierran los estomas y detienen el proceso de fotosíntesis. Las plantas C4, en cambio, pueden seguir realizando la fotosíntesis.

En las plantas CAM (palabra que alude al metabolismo ácido de las crasuláceas o fotosíntesis CAM), la asimilación del CO2 tiene lugar de noche, cuando a pesar de estar abiertos los estomas, la pérdida de agua debida a la transpiración es mínima.

El rendimiento de las cosechas al aumentar la concentración de CO2

Estos conceptos nos permiten comprender mejor el efecto que el aumento del CO2 atmosférico tiene sobre las cosechas principales. Es evidente, por ejemplo, que los niveles más altos de CO2 son beneficiosos para muchos rendimientos de cultivos y forrajes, por dos razones:

- En las especies con una vía fotosintética C3, el aumento de CO2 estimula directamente las tasas de fotosíntesis, aunque este mecanismo no afecta a los cultivos C4.

- En segundo lugar, el aumento de CO2 permite que los poros de las hojas, los llamados estomas, reduzcan su tamaño, lo que tiene como que resultado una reducción de estrés hídrico para todos los cultivos en caso de sequía, ya que al reducirse la abertura de los estomas se reduce la evaporación del agua de las plantas.

En el artículo Next generation of elevated CO2 experiments with crops: a critical investment for feeding the future World podemos leer que el efecto neto sobre el rendimientote los cultivos de C3 aumenta en promedio un 14 % al aumentar la concentración atmosférica de CO2 de 370 ppm a 580 ppm, cuando teóricamente deberían haber aumentado en un 38 %. Para las especies C4 como el maíz y sorgo, se han llevado a cabo pocos experimentos, pero el efecto observado es mucho más pequeño y con frecuencia estadísticamente insignificante, conforme con lo que conocemos de este tipo de plantas.

Por otra parte, el aumento de la concentración de CO2 induce un aumento de la temperatura, que influye negativamente en el crecimiento de las cosechas. La sensibilidad de las cosechas al aumento de la temperatura, según los estudios realizados, es de una pérdida de entre 5 y 10 % por grado centígrado.

Para los cultivos de plantas C3, los efectos negativos del aumento de temperatura se equilibran frecuentemente con los efectos positivos del aumento de la concentración de CO2 hasta un aumento de unos 2 o 3 ºC en las regiones templadas. A partir de este límite, predominan los efectos negativos del aumento de las temperaturas. Como la temperatura de las regiones templadas aumenta más rápidamente que la temperatura global, esto corresponde a un aumento de la temperatura global media de 1,25 a 2 ºC. Para los cultivos de plantas C4, aún un aumento modesto de la temperatura global reduce el rendimiento de sus cosechas, debido a su menor respuesta al aumento de la concentración de CO2.

Aunque hacen falta muchos estudios más sobre este tema, los conocimientos actuales sobra la pérdida de rendimiento de las principales cosechas se reflejan en el siguiente gráfico.


lunes, 10 de octubre de 2011

Volando con biocombustibles

En la carrera por las energías renovables, inevitablemente se producen éxitos y fracasos. La reciente quiebra del fabricante de paneles solares Solyndra en Estados Unidos es un ejemplo de un conocido fracaso. Otra quiebra reciente, aunque menos conocida, es la del productor alemán de biocombustibles Choren, que entró en quiebra en julio.

Choren fue un prominente productor de la llamada "segunda generación" de biocombustibles, es decir, fabricados a partir de los productos de desecho en lugar de productos alimentarios, lo que representa un avance crucial y muy necesario en el sector de los biocombustibles. La compañía alemana fue en parte propiedad de Shell, pero la multinacional petrolera la vendió a un consorcio de inversores, incluyendo Daimler y Volkswagen, en 2009. Al parecer, Shell se había dado cuenta de que la nueva tecnología de Choren no sería rentable.

 
Sin embargo, el sector de las energías renovables también tiene sus historias de éxito. Tratándose de biocombustibles de segunda generación, la empresa petrolífera finlandesa Neste Oil parece estar moviéndose en la dirección correcta. Gradualmente, pero con bastante rapidez, está ampliando su capacidad de producción de su producto NExBTL (Next Generation Biomass to Liquid), un biocombustible hecho, al menos parcialmente, aunque todavía no del todo, a partir de productos de desecho y aceites no alimentarios: una mezcla de aceites de jatrofa y camelina con grasa animal (desechos de matadero). Neste ha dicho que quiere abandonar por completo del uso de productos de la cadena alimentaria para sus biocombustibles en 2020.


La primera producción de NExBTL se hizo en el año 2007 en la refinería de Porvoo, a unos 40 kilómetros de Helsinki, cuya capacidad se dobló en 2009 hasta llegar a 380.000 toneladas por año. Una nueva refinería entró en funcionamiento en noviembre de 2010 en Singapur, con una capacidad de 800.000 toneladas anuales y otra de la misma capacidad se está construyendo en Rotterdam, por lo que la capacidad de producción de NExBTL será de 2 millones de toneladas anuales.

NExBTL se ha probado con éxito como combustible de aviación. Lufthansa opera actualmente un Airbus A321 de Hamburgo a Frankfurt cuatro veces al día con el 50% de NExBTL en uno de sus dos motores. Hasta el momento la prueba no ha encontrado ningún problema técnico.

Y Neste no es la única compañía que suministra con éxito biocombustibles para aviones: empresas de los Países Bajos y España han participado activamente en este nuevo mercado. El productor holandés SkyNRG ha producido un bio-keroseno utilizando sólo el aceite de cocina de los restaurantes. Hasta el momento está volando sin problemas.

En España, se acaba de realizar el primer vuelo con una mezcla de combustible normal y de un biofuel a base de aceite de camelina, que es también un producto no alimentario, fabricado por Repsol.

¿Cuál es el futuro de estos biocombustibles de segunda generación? Difícil de decir, ya que la cantidad de productos de deshecho capaces de producir biocombustibles es limitada (y probablemente lo será más al aumentar la eficiencia de las cadenas de valor en el tratamiento de desechos), y la parte de los biocombustibles provenientes de aceites no alimentarios de aceites deberá competir, no ya directamente con los aceites alimentarios, como era el caso en los biocombustibles de primera generación, sino con el uso de la tierra.

domingo, 2 de octubre de 2011

Los cocolitóforos y la acidificación de los océanos

Alrededor de un tercio del dióxido de carbono (CO2) liberado a la atmósfera como resultado de la actividad humana ha sido absorbido por los océanos, donde reacciona dando lugar a los iones constituyentes del ácido carbónico. Esto conduce a la acidificación de los océanos, una de las principales amenazas para los ecosistemas marinos y en particular para los organismos que se calcifican, como corales, foraminíferos y cocolitofóridos. Los cocolitóforos son el fitoplancton más abundante y son responsables de gran parte de la producción moderna del carbonato oceánico.

Un amplio estudio revela como los procesos de calcificación de estos organismos su distribución de sus especies cambian como respuesta a los niveles de dióxido de carbono.

Los cocolitóforos son unos humildes fitoplánctones marinos que son el objeto de una acalorada controversia entre los especialistas de la ciencia marina a causa de su respuesta a la acidificación del océano. En un artículo aparecido en Nature, titulado Sensitivity of coccolithophores to carbonate chemistry and ocean acidification, se relata un descubrimiento que bien pudiera solucionar el asunto: los cocolitóforos producen unas conchas de carbonato de calcio más delgadas cuando los océanos se vuelven más ácidos. Pero el mecanismo es complejo y hay una inesperada excepción a la regla general, lo que puede sorprender a los que estudian el cambio global.

Durante unos 220 millones de años, los cocolitóforos han desempeñado una función dual única en el ciclo del carbono en el océano. Como todo fitoplancton, los cocolitóforos se “ganan la vida” convirtiendo el carbono inorgánico disuelto en el agua del mar en carbono orgánico mediante la fotosíntesis. Pero también tienen una singular habilidad para usar el carbono inorgánico disuelto para producir una concha mineral que consiste en cocolitos, unas placas de carbonato de calcio (CaCO3) solapadas. Aunque la larga historia de la evolución del alga abarca algunas fluctuaciones muy importantes del contenido de dióxido de carbono en la atmósfera, el estudio de las respuestas de la calcificación del cocolitóforo a la acidificación de los océanos no ha sido nada sencillo.

La cuestión es como la calcificación del cocolitóforo responderá a las futuras condiciones de un alto contenido en CO2, lo que tiene importantes implicaciones en el ciclo del carbono del océano, y quizá también para el clima global. El ratio de CaCO3 y de carbono orgánico de la “lluvia” continua de partículas biogénicas desde la superficie del océano hacia el fondo (el llamado ratio de la lluvia) es un factor clave en los modelos geoquímicos del carbono, por varias razones. Una de las más importantes es que, en contraste con la producción fotosintética de carbono orgánico, que consume CO2, la reacción de calcificación consume CO2, al convertir dos iones bicarbonato (HCO3-) en una molécula de CaCO3 y una molécula de CO2. De esta manera, la concentración de CO2 en el agua del mar es sensible a los cambios del ratio de la lluvia, lo que es una indicación para conocer la cantidad de calcificación comparada con la de fotosíntesis que ocurre en el océano.


Química del carbono del cocolitósforo

a,b – cuando el CO2 atmosférico entra en la superficie del agua (a) experimenta una serie de reacciones reversibles conocidas como el sistema tampón del carbonato (b), que libera protones (H+) que acidifican el agua del mar.
c – los cocolitóforos y otras algas asimilan CO2 para producir carbono orgánico a través de la fotosíntesis.
d – Los cocolitóforos también llevan a cabo reacciones de calcificación, en las que dos iones bicarbonato (HCO3-) se convierten en una molécula de carbonato de calcio (CaCO3) y otra de CO2. El CaCO3 se incorpora en los cocolitos de la concha del alga. El CO2 proveniente de la calcificación es liberado y puede, bien aumentar la acidificación del océano, bien desgasificarse a la atmósfera (e) contribuyendo al calentamiento global.
f – las partículas biogénicas de los cocolitóforos y otros tipos de fitoplancton se hunden desde la superficie del agua. El ratio entre CaCO3 y el carbono orgánico de esta “lluvia” biogénica es un parámetro crítico del ciclo del carbono marino. Beaufort et al. muestran que los cocolitóforos producen menos carbonato de calcio cuando las concentraciones de CO2 en el agua del mar son mayores.

La relación entre la calcificación y los flujos de CO2 indujo a hacer experimentos que encontraron que la producción de CaCO3 se reducía en los cocolitóforos que crecían en niveles elevados de CO2. Dado que se espera que en el futuro las concentraciones de CO2 en el océano aumenten, se producirá una reducción que disminuirá el ratio de la “lluvia”, lo que puede ayudar a contrarrestar el aumento de las concentraciones de CO2 atmosférico. Pero justo cuando los científicos marinos se empezaban a sentir cómodos con este modelo de la acidificación del océano, otros trabajos cuestionaban estas ideas informando que un nivel alto de CO2 aumenta la cantidad de CaCO3 producida por las células de los cocolitóforos.

Los autores del artículo citado se han atrevido a arremeter contra esta confusión. De manera distinta a estudios previos, su trabajo no manipuló los niveles de CO2 en cultivos o en comunidades naturales de cocolitóforos. En su lugar, usaron técnicas de análisis de imágenes para determinar las masas de más de medio millón de cocolitos individuales de centenares de muestras modernas de agua de superficie y de antiguos testigos de sedimentos marinos, recogidas alrededor de todo el mundo. Midieron también las correspondientes concentraciones de carbono inorgánico disuelto en las muestras de agua modernas o calcularon estas concentraciones en los testigos de los sedimentos, utilizando medidas paleoceanográficas indirectas comúnmente aceptadas.

Sus hallazgos son inequívocos: al aumentar la concentración de CO2, la masa de cocolitos decrece de manera más o menos lineal. Esta relación se mantiene en todos los casos, sin importar las grandes variaciones de concentración del agua que hay en los océanos actuales, y también se mantiene durante las fluctuaciones del CO2 atmosférico que ocurrieron durante largos períodos de tiempo, como las de los ciclos glaciales e interglaciales. Los resultados parecen ofrecer un soporte sólido a la hipótesis de que las células de cocolitóforo serán menos calcificadas en el océano más calcificado del futuro. Pero hay otro giro a esta historia.

Los autores del artículo señalan que la variación de la masa de cocolito medida en su estudio es mucho mayor que las disminuciones del CaCO3 celular que se observan cuando los cocolitóforos crecen en cultivo en altas concentraciones de CO2. De hecho, una gran parte de la variabilidad de la masa de cocolito que registraron era aparentemente debida al resultado de cambios taxonómicos en la comunidad de cocolitóforos, más que el resultado de una calcificación reducida entre especies individuales. Al aumentar los niveles de CO2 en el agua de mar, los ensamblajes de algas cambian progresivamente desde unas especies grandes y muy calcificadas hacia otras más pequeñas y menos calcificadas. Esta tendencia ocurre también entre especies, de manera que cepas o morfotipos muy calcificados son reemplazados por otros calcificados más delicadamente cuando aumentan los niveles de CO2. Los resultados de los autores parecen, por tanto, insinuar que la química del agua del mar es una fuerza selectiva muy importante que determina la composición de las comunidades de los cocolitóforos.

¿Significa esto entonces que las observaciones señaladas por estudios previos sobre el aumento de calcificación celular en cultivos de cocolitóforos a elevadas concentraciones de CO2 eran erróneas? No necesariamente. Los autores también descubrieron un morfotipo particular de cocolitóforo que actúa al revés que la tendencia general. Esta cepa se calcificó mucho más cuando los niveles de CO2 aumentaron y cuando el pH decreció a lo largo de un muestreo transversal que fue desde el océano abierto hasta las surgencias (upwellings) en aguas costeras. Esta cepa parece ser genéticamente similar al morfotipo de cocolitóforo ampliamente utilizado en los estudios sobre cultivos.

Esta sorprendente excepción a la regla da lugar a nuevas preguntas. Por ejemplo, si hay cepas comunes de cocolitóforos que aumentan su calcificación al aumentar la concentración de CO2, ¿por qué no son siempre dominantes cuando la concentración de CO2 en el agua del mar es elevada? Obviamente, no lo son, ya que si lo fueran hubieran contrarrestado la correlación altamente negativa entre CO2 y calcificación observada por los autores del artículo. La respuesta más probable es que muchos factores desconocidos también influencian la abundancia y la calcificación de los cocolitóforos. De hecho, después de decenios de un esfuerzo intensivo de investigación, los factores medioambientales que controlan el crecimiento de los cocolitóforos se conocen probablemente menos que los de cualquier otro grupo importante de fitoplancton. Lo que está claro, sin embargo, es que los controles medioambientales involucrados incluyen la mayor parte de los mismos factores que cambian a la vez que los niveles de CO2 y de pH, tales como la temperatura, la intensidad de la luz visible y de la luz ultravioleta, así como la disponibilidad de nutrientes y oligoelementos.

El próximo desafío para los científicos marinos es tratar de entender como la calcificación de los cocolitóforos y la ecología responderán a la selección natural inducida por esta compleja red de variables que cambian simultáneamente. Solamente lo lograrán cuando sean capaces de predecir cual será el resultado neto del futuro ratio de la “lluvia” del océano, y del enigmático grupo de fitoplancton que lo pilota.

En resumen, todavía queda mucho trabajo por hacer antes de que podamos tener una idea relativamente precisa de cómo influirá el aumento del CO2 atmosférico en la acidificación de los océanos.