Estudio aborda vulnerabilidad e importancia de los océanos y el hielo marino frente al cambio climático

Los océanos y la criósfera son dos componentes importantes del sistema climático, cuya observación, estudio y evaluación son cruciales, no solo por su rol en la regulación del clima y el ciclo hidrológico, sino porque ciertamente son los componentes de la Tierra más afectados por el cambio climático y, por tanto, los más vulnerables.

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El Instituto Antártico Chileno (Inach) publicó un nuevo boletín titulado “¿Qué nos dicen el metano y el hielo marino?”, escrito por Laura Farías, investigadora del Centro de Ciencia del Clima y la Resiliencia (CR)2 e Instituto Milenio de Socio-Ecología Costera (SECOS), y Martín Jacques Coper, Universidad de Concepción (Depto. Geofísica) (CR)2.

El estudio señala que los océanos y la criósfera están siendo afectados por el cambio climático, en especial el continente antártico, donde el hielo cubre el 99,68 % de su superficie.  El hielo marino representa una barrera física para el intercambio de calor y de gases de efecto invernadero entre el océano y la atmósfera, un efecto que repercute en los ciclos biogeoquímicos.

La superficie del hielo marino al tener muy alto albedo, incide en el valor medio de la temperatura de la Tierra, y a medida que el hielo disminuye, lo hace también el albedo, contribuyendo al calentamiento del planeta. Esto constituye un mecanismo de retroalimentación positivo (magnificación del fenómeno), muy bien estudiado en el océano Ártico y conocido como la “Amplificación Ártica”.

Con el derretimiento del hielo se liberan gases de efecto invernadero, como dióxido de carbono y metano. El metano es un gas de efecto invernadero muy importante en la atmósfera de la Tierra, con un potencial de calentamiento 23 veces mayor al del dióxido de carbono. Por lo que, al liberar más metano, se generan mecanismos que potencian el calentamiento de la atmósfera.

Cabe señalar que no todas las plataformas de hielo se derriten a la misma tasa, incluso algunas no se han derretido, esto debido a que el comportamiento de la Antártica es altamente heterogéneo. Por otro lado, las emisiones de metano se han estudiado en el océano Ártico, donde provienen de los mares y suelos de permafrost; sin embargo, ha sido casi inexplorado en el océano Austral, particularmente en la península Antártica (PA).

Figura 1: En la región norte de la península Antártica (60°-66° S, 53°-85° W) se registra variabilidad interanual de (de arriba hacia abajo): área y extensión de hielo marino (celeste, azul), flujo de metano hacia la atmósfera (verde) y temperatura media del aire (gris); donde se indica en sombreado el período común estudiado. (figura obtenida de Tesis Vanessa Carril Pardo, 2021).

Según el boletín, las evidencias científicas reportan que las plataformas de hielo de los mares de Bellingshausen y Amundsen, ubicadas al oriente de la PA, disminuyen a una tasa de 3,70±1,89 kmB año-A desde el año 1980.

En la figura 1 se muestra cómo ha disminuido la superficie de hielo en la región norte de la PA (60°-66°S, 53°-85°W). Las observaciones han sido recopiladas por instrumentos a bordo de satélites, que permiten monitorear de forma remota una gran diversidad de variables atmosféricas, oceanográficas y terrestres.

A partir de estos datos se elaboraron series de tiempo anuales de la concentración de metano (cerca de la superficie a 999 hPa), para el verano (diciembre-febrero), otoño (marzo-mayo) y el verano extendido (diciembre-mayo). Estas muestran que la concentración de metano ha aumentado desde el año 2000 a una tasa anual que fluctúa entre 0,010 y 0,016 mmol m-B año-A.

Además, dicha evolución se correlaciona positivamente con la disminución del área y extensión del hielo marino y la variación en la temperatura del aire, que exhibe un aumento desde 2010. Esta señal detectada motiva la realización de campañas en terreno para realizar observaciones in situ y estudiar las eventuales repercusiones de este fenómeno sobre el sistema climático.

Observaciones satelitales y observaciones in situ

Las observaciones satelitales son invaluables, pero no reemplazan las mediciones directas (in situ) que puedan realizarse en campañas, sino que las complementan y validan los datos satelitales, dando una mayor confianza y certidumbre a la información científica.

Además, las observaciones satelitales, en muchos casos de valores relativos, necesitan de calibración y validación, junto con un necesario escalamiento temporal y espacial, ya que tienen restricciones de resolución, por ejemplo, de fenómenos de escala espacial menor a 5 km2.

Para analizar fenómenos con observaciones directas, los investigadores han monitoreado el océano y la atmósfera con sensores posicionados in situ, por ejemplo, en boyas o anclajes en el océano, para estudiar cambios de temperatura, salinidad, oxígeno disuelto y clorofila, como también en estaciones meteorológicas que registran variaciones en el viento, la temperatura, presión, humedad, etc. Finalmente, hay variables y niveles subsuperficiales del océano que no se pueden medir con instrumentos satelitales. Por ello, las mediciones in situ en el agua de mar son irreemplazables y necesarias.

Es por este motivo que surgió la necesidad de realizar estudios de variabilidad ambiental desde la escala diaria, estacional e interanual, enfocada particularmente en la dinámica de gases. Esto se pudo plasmar en el proyecto “Dinámica temporal de óxido nitroso y metano en una bahía costera de la PA Occidental (PAO): desde la variabilidad diaria a la interanual”, financiado por el Inach.

Figura 2: Vista del laboratorio INACH aledaño a base Prat con instrumental midiendo en forma continua (bombeo de agua) distintas variables (gentileza Juan Faúndez).

En el contexto de este proyecto se anclaron por primera vez sensores en la bahía Chile, isla Greenwich, que registran salinidad y temperatura del aire y del agua. El contenido de metano en el agua de mar se mide por métodos analíticos, lo que requiere el bombeo de muestras de agua de mar en forma continua hacia el laboratorio del Inach, anexo a la base Arturo Prat.

A partir de ello fue posible medir nutrientes, gases y otras variables constantemente (fig. 2). Cabe mencionar que recién en 2021 ha aparecido en el mercado un sensor de metano comercializado para uso científico, por lo que el equipo del proyecto se prepara para implementarlo en el océano costero cercano a base Prat.

Las observaciones in situ revelan que los niveles de metano disuelto superficial son variables, fluctuando entre 4.56 y 12 nM (148-375 % saturación) e indicando una sobresaturación y un flujo desde el océano hacia la atmósfera durante los veranos australes (fig. 3).

A escala interdiaria, se observa una variación de hasta un 35 %, asociada a la advección de diferentes masas de agua con distinto grado de saturación de metano.

Aunque con una muy limitada línea de base de metano en aguas de la península Antártica y de todo el continente, los resultados exhiben un exceso de metano en aguas superficiales, lo cual indica una fuente significativa de metano a la atmósfera.

Este fenómeno podría contribuir a la amplificación antártica del cambio climático, relacionada con la pérdida de hielo marino, el derretimiento glaciar y cambios en el reciclaje microbiano de metano

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