La mejor defensa natural del mundo contra el cambio climático pronto puede empeorar las cosas | Ciencias

En 1916, el explorador antártico Ernest Shackleton se vio obligado a hacer un viaje traicionero a través de las aguas abiertas del Océano Austral después de su barco. Resistencia fue aplastado por hielo y se hundió en el mar de Weddell. Junto con cinco miembros de su grupo, Shackleton se dirigió a la isla de Georgia del Sur en un bote salvavidas de madera de 23 pies de largo llamado James Caird Once días después del viaje, el 5 de mayo, Shackleton pensó que divisó un claro en el cielo turbio de arriba. Lo que estaba viendo en realidad no era una ruptura en las nubes, sino la cresta blanca de una monstruosa ola que las golpeaba.

“Durante los veintiséis años de experiencia del océano en todos sus estados de ánimo, no había encontrado una ola tan gigantesca”, escribió Shackleton más tarde en su libro. Sur: La historia de Shackletons Última expedición 1914-1917. “Fue una gran agitación del océano, una cosa bastante aparte de los grandes mares de capa blanca que habían sido nuestros incansables enemigos durante muchos días”.

El relato de Shackleton sigue siendo una de las descripciones más evocadoras de los vientos del oeste que rodean el globo entre 30 y 60 grados de latitud en ambos hemisferios y las olas colosales que azotan en el Océano Austral. Hoy, los vientos del oeste del sur vuelven a enfocarse por razones completamente diferentes: su impacto potencial sobre el cambio climático.

Ernest Shackleton y su tripulación lanzan el bote salvavidas de 23 pies de largo frente a Elephant Island

Ernest Shackleton y su tripulación lanzan el bote salvavidas de 23 pies de largo James Caird el 24 de abril de 1916. Once días después, una monstruosa ola agitada por los vientos del oeste los golpearía.

(Radharc Images / Alamy Stock Photo)

Los océanos del mundo absorben más de una cuarta parte del carbono que los humanos emiten a la atmósfera, lo que mitiga parcialmente el efecto invernadero de ese carbono. Y el Océano Austral representa casi el 40 por ciento de esta absorción de carbono marino, a pesar de que representa solo un quinto de la superficie del océano en la Tierra. Podría haber enormes consecuencias para nuestro planeta, que ya se está calentando, incluso con una pequeña reducción en la capacidad del Océano Austral para absorber carbono de la atmósfera.

Los científicos dicen que esta reducción ya puede estar ocurriendo, y sospechan que los culpables son los vientos del oeste en el hemisferio sur, que son más fuertes que sus contrapartes del norte porque soplan principalmente en aguas abiertas. Los registros de las velocidades reales del viento, así como las estimaciones de las velocidades del viento a partir de mediciones de la presión atmosférica, proporcionan signos claros de que Los vientos del oeste en ambos hemisferios se desplazan hacia los polos y se intensifican. Los modelos climáticos muestran que estos cambios se deben en parte al calentamiento global, y se están realizando investigaciones para determinar si están obstaculizando la capacidad del Océano Austral para extraer carbono de la atmósfera.

“Hay preguntas sobre qué sucederá si los vientos continúan haciéndose más fuertes”, dice la científica paleoclimática Krystyna Saunders, de la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear en Sydney. “¿Cuánto pueden absorber realmente los océanos?”

Saunders y sus colegas están encontrando pistas de que en los últimos 12,000 años de la historia de la Tierra, mayores velocidades del viento y mayores concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera se han unido. Si este vínculo entre el viento y el CO₂ es cierto hoy en día, conducirá a niveles más altos de gases de efecto invernadero en la atmósfera, lo que acelerará el cambio climático, lo que podría intensificar aún más los vientos del oeste.

Cada vez hay más pruebas de que, al menos en los meses de invierno, cuando los vientos del oeste son más violentos, algunas partes del Océano Austral emiten más gas del que se estimó anteriormente. Tiene todas las características de un círculo vicioso.

El estómago en expansión de la Tierra

Los vientos del oeste son el resultado de un sistema de circulación atmosférica global, comenzando con lo que se llama la célula de Hadley. La célula se forma cuando el aire cálido y húmedo cerca del ecuador se eleva hacia la atmósfera superior y luego, a medida que se enfría y se seca, gran parte se hunde hacia la Tierra a aproximadamente 30 grados de latitud en cada hemisferio. Más abajo en la atmósfera, este aire se mueve hacia el ecuador, completando la celda. Parte de esta masa de aire que se mueve hacia abajo escapa de la celda Hadley y se aleja del ecuador, y es desviada por la rotación de la Tierra, creando los vientos del oeste. Debido a que los vientos del oeste se forman en el borde de la celda Hadley de cada hemisferio que está más cerca del poste, cuanto mayor es el tamaño de la celda, más se mueven los vientos hacia el poste.

Los datos recopilados por globos meteorológicos, satélites y otros medios que se remontan a 1960 muestran que El cinturón tropical de la Tierra se ha ensanchado. en las últimas décadas por unos pocos grados de latitud, expandiendo efectivamente el tamaño de las células de Hadley. Esto se debe en parte al calentamiento global, según lo predicho por los modelos climáticos. Al mismo tiempo, los vientos del oeste han sido empujados hacia los polos. Con menos distancia para cubrir mientras rodean una parte más estrecha del globo, la ley de conservación del momento angular dicta que los vientos deberían aumentar en velocidad, al igual que una patinadora sobre hielo gira más rápido cuando dibuja en sus brazos. Y las mediciones durante las últimas tres décadas muestran que los vientos del oeste se han intensificado.

Mientras los investigadores daban sentido a estos cambios en los vientos del oeste, otros científicos comenzaron a usar mediciones de los niveles de CO₂ en la atmósfera para determinar si los vientos cambiantes y más rápidos están causando una caída en la cantidad de CO₂ que absorbe el Océano Austral. Tenían razones para suponer que esto sucedería.






Los vientos del oeste que rodean el globo en ambos hemisferios entre 30 y 60 grados de latitud son impulsados ​​por dos fuerzas principales. Los sistemas globales de circulación atmosférica llamados células de Hadley son creados por el aire caliente que sube cerca del ecuador, viaja hacia los polos y luego se enfría y se hunde hacia la Tierra cerca de los 30 grados de latitud en cada hemisferio. La fuerza de Coriolis creada por la rotación de la Tierra desvía parte de ese aire descendente hacia el este, que forma los vientos del oeste.

(Gráfico de Knowable)

Al igual que cualquier gas, el dióxido de carbono ejerce una presión que depende de la cantidad de gas en relación con otros gases en una mezcla. Si esta llamada presión parcial de dióxido de carbono (pCO₂) de la atmósfera es mayor que la pCO₂ del océano, entonces el océano absorberá carbono de la atmósfera. De lo contrario, lo liberará. Y a medida que los vientos del oeste se fortalecen, el pCO₂ del Océano Austral podría cambiar, debido a los cambios en el patrón de las corrientes oceánicas.

Los vientos del oeste conducen la corriente del Océano Austral que rodea la Antártida. La corriente predominante de oeste a este se ve afectada por una fuerza generada por la rotación de la Tierra, conocida como la fuerza de Coriolis, que desvía los objetos en movimiento hacia su derecha en el hemisferio norte y hacia su izquierda en el hemisferio sur. La Antártida que rodea la corriente se desvía hacia su izquierda o hacia el norte, alejando las aguas superficiales del polo. Esto prepara el escenario para que el agua de las profundidades del Océano Austral se mueva a la superficie. Hasta el 80 por ciento de todas las aguas profundas que regresan a la superficie alrededor del mundo hacen ese retorno en el Océano Austral. “Es único”, dice la científica climática Joellen Russell de la Universidad de Arizona en Tucson. “No hay nada igual en el mundo”.

Según el argumento, esta afluencia masiva de las aguas más profundas y ricas en carbono del Océano Austral aumenta el pCO₂ de la superficie del océano, lo que disminuye su capacidad para actuar como sumidero de carbono. ¿Pero es esto lo que realmente está sucediendo?

Secretos de lo profundo

El Océano Austral ha sido reacio a revelar su funcionamiento. Esto se debe a los efectos complicados de los patrones de vientos locales y al hecho de que los investigadores apenas comienzan a realizar mediciones directas de la desgasificación de CO₂ durante los meses pico de invierno allí. Hasta ahora, los datos pintan una imagen algo confusa y preocupante.

Estimaciones anteriores habían demostrado que entre 1981 y 2004, el Océano Austral absorbió alrededor de 80 millones de toneladas métricas menos de carbono por año de lo esperado. Esto fue motivo de preocupación, dado que el Océano Austral es “el sumidero de carbono marino más importante del planeta”, dice el biogeoquímico oceánico Peter Landschützer del Instituto Max Meteorología de Planck en Hamburgo, Alemania.

Entonces Landschützer y sus colegas observaron más de cerca una base de datos global de valores de pCO₂, creada a partir de observaciones de aguas superficiales por instrumentos desplegados en el mar o transportados en barcos de investigación y comerciales. Conocido como el Surface Ocean CO Ocean Atlas (SOCAT) y establecido en 2007, contiene casi 26 millones de observaciones de los océanos y mares costeros mundiales desde 1957 hasta 2019. Dado que los datos son más escasos en las décadas anteriores que en los últimos años, el equipo de Landschützer llenó los vacíos utilizando otros, menos directos pero parámetros medidos con mayor frecuencia, como la temperatura y salinidad de la superficie del mar y su relación bien entendida con pCO₂ de las aguas superficiales.

Estimaron que el Océano Austral había absorbido menos CO₂ de lo esperado de 1982 a 2001. La tendencia se invirtió en 2002, con el océano actuando como un sumidero de carbono más vigoroso hasta 2011. Sin embargo, de 2011 a 2016, el Océano Austral volvió a ser menos efectivo en su absorción de carbono.. El equipo trató de encontrar un vínculo entre los cambios en la capacidad del Océano Austral para absorber CO₂ y los vientos del oeste desplazados hacia el polo. “Nos sorprendió bastante que no lo hiciéramos”, dice Landschützer.

Esto requirió una explicación, y la respuesta resultó ser complicada. Un análisis posterior mostró que los cambios en los vientos del oeste están, de hecho, aumentando la afluencia de aguas profundas ricas en carbono cerca de la Antártida. Sin embargo, este efecto se está compensando más al norte en el Océano Austral por una mayor absorción de carbono en las regiones donde los vientos del oeste están soplando con menos vigor que en el pasado. Esto implicaría que no debería haber un cambio general en la absorción de carbono. Pero el equipo de Landschützer descubrió que la capacidad del Océano Austral para absorber carbono está aumentando o disminuyendo en escalas temporales de aproximadamente una década. Los investigadores atribuyen estos cambios a los patrones de viento locales en diferentes partes del Océano Austral, conocidos como los sectores Atlántico, Pacífico e Indio. Los vientos allí parecen cambiar cada década, como lo demuestran unos 35 años de datos, y esas alteraciones locales se alinean bien con las tendencias de absorción de carbono, dice Landschützer.

Todo el análisis anterior se basó en datos recopilados por barcos que navegan por el Océano Austral principalmente durante el verano. Los datos para la temporada de invierno fueron irregulares; Es difícil para los barcos aventurarse cerca de la Antártida en ese momento. Por lo tanto, el equipo de Landschützer utilizó los datos más ricos del verano y los escasos datos del invierno para extrapolar y contabilizar los meses de invierno lo mejor que pudieron.

Pero en los últimos años, los investigadores han comenzado a usar flotadores que ofrecen una nueva visión más amplia de los acontecimientos invernales en el Océano Austral. Y los datos son desconcertantes. La oceanógrafa Alison Gray de la Universidad de Washington y sus colegas utilizaron datos recopilados por 35 de estos flotadores autónomos, desplegados por el Observaciones y modelización del carbono y el clima en el Océano Austral (SOCCOM) proyecto. Los flotadores, que habían monitoreado continuamente los 2.000 metros superiores de las aguas del Océano Austral desde el 1 de mayo de 2014 hasta el 1 de mayo de 2017, tienen sensores para un rango de parámetros de la superficie del océano, y estos pueden usarse para calcular el pCO₂ de la superficie aguas El análisis realizado por el equipo de Gray mostró que el Océano Austral alrededor de la Antártida está desgasificando significativamente más CO₂ en el invierno que la metodología estimada de Lanschützer.

Para ver si podían resolver la discrepancia, Landschützer y sus colegas combinaron los conjuntos de datos y descubrieron que “la verdad se encuentra en algún punto intermedio”, dice: la absorción de carbono no es tan baja como sugieren las mediciones de flotación directa, pero tampoco lo es tan alto como lo estiman los datos de solo envío.

Si bien un mayor trabajo ayudará a los científicos climáticos a comprender exactamente lo que está sucediendo en el Océano Austral, para Russell de la Universidad de Arizona, los datos directos de invierno de los flotadores SOCCOM ya están generando alarmas. “En el invierno profundo, cuando los vientos están aullando, las capas más profundas y más profundas se agitan hacia la superficie, es cuando estamos aprovechando esas aguas de carbono más antiguas”, dice. “Y eso es lo que preocupa”.

Un tronco salado

Las aguas profundas son ricas en carbono. debido a las algas marinas microscópicas llamadas fitoplancton que viven en las aguas superficiales. El fitoplancton fotosintetiza el CO₂ en el agua en moléculas orgánicas para construir sus cuerpos. Cuando mueren, se hunden en el fondo del océano, secuestrando el carbono durante siglos. Algunos fitoplancton son consumidos por organismos más grandes llamados zooplancton, que a su vez son consumidos por criaturas aún más grandes cuyos gránulos fecales y cuerpos muertos ricos en carbono también pueden terminar en el fondo del océano, enterrando cada vez más carbono en las aguas profundas.

La evidencia de los flotadores SOCCOM sugiere que son estas aguas profundas las que emergen durante los inviernos antárticos. “Es el viejo agua podrida que normalmente tarda cientos de años en circular desde las profundidades”, dice Russell.

Los científicos suponen que la intensificación de los vientos del oeste está trayendo más de esta agua profunda rica en carbono a la superficie, pero necesitan más evidencia. Una forma de confirmar que los vientos del oeste más rápidos tienen un impacto en la desgasificación del Océano Austral y, por lo tanto, en los niveles de CO₂ atmosférico, es observar la evidencia climática pasada. Krystyna Saunders y sus colegas decidieron buscar algunas de esas pruebas en la isla subantártica de Macquarie, que se encuentra a unos 1.500 kilómetros de Tasmania, a medio camino entre Australia y la Antártida. En los grados de latitud 54S, está justo en la banda principal de los vientos del oeste.

Llegar a la isla Macquarie no es poca cosa, incluso en el Aurora austral, un rompehielos de 311 pies de largo. A pesar de su tamaño, el barco puede ser sacudido por olas masivas, del tipo sobre el que escribió Shackleton. “Puedes estar acostado en tu litera, rodando de lado a lado y de pies a cabeza mientras el barco gira”, dice Saunders. “Si te mareas como yo, es bastante horrible”.

En la isla Macquarie, Saunders y sus colegas sacaron provecho de un registro natural fortuito que proporciona pistas sobre cuán fuerte han soplado los vientos alrededor de la isla en el pasado. Ese registro se encuentra en el fondo del Lago Esmeralda, un cuerpo de agua dulce en el extremo occidental de la isla. Está expuesta a los vientos del oeste y, por lo tanto, a la pulverización salada del océano arrastrada por los vientos: cuanto mayor es la velocidad del viento, mayor es la salinidad del lago. La salinidad a su vez afecta qué especies de diatomeas, tipos de algas, pueden prosperar en el lago.

Cuando mueren, las diatomeas se hunden hasta el fondo del lago y están enterradas en sedimentos en el lecho del lago, creando una crónica en capas de la salinidad del lago y, por representación, la velocidad de los vientos. El equipo de Saunders extrajo núcleos de sedimentos del lecho del lago, concentrándose en las capas que se habían acumulado durante el Holoceno, la época actual en la historia de la Tierra que comenzó hace unos 11.700 años al final de la última edad de hielo.

Tras inferir las velocidades de los vientos del oeste a lo largo del Holoceno, observaron los datos de los núcleos de hielo perforados en la Antártida para obtener una medida directa de la cantidad de CO₂ en la atmósfera durante ese mismo período de tiempo. Encontraron una correlación clara. “Si observa los períodos en que los vientos estaban por encima de sus fuerzas promedio, y los períodos en que el dióxido de carbono estaba por encima de su concentración promedio, se superponen”, dice Saunders.

Esto tiene implicaciones para nuestra comprensión del efecto que tienen los vientos del oeste en la capacidad del Océano Austral para absorber carbono. El estudio de Saunders respalda la idea de que a medida que los vientos del oeste se aceleren, el Océano Austral gasará más CO₂, como lo muestra el informe de Gray sobre los datos de invierno recopilados por los flotadores SOCCOM, y va en contra del análisis de 35 años de datos basados ​​en barcos por Landschützer’s equipo. Solo más estudios, en la línea del intento de Landschützer de conciliar los diversos conjuntos de datos, ayudarán a resolver este debate.

Despertar una bestia

Hay un factor más que podría alimentar el círculo vicioso que los científicos temen que ya esté en marcha en el Océano Austral. Los cambios en el extenso sistema de circulación del Océano Atlántico que incluye la Corriente del Golfo también pueden estar exacerbando el calentamiento del Océano Austral, que a su vez podría estar contribuyendo al cambio hacia el polo e intensificación de los vientos del oeste.

Este sistema de circulación, llamado circulación de volcado meridional del Atlántico, o AMOC, trae agua superficial cálida y salada hacia el norte, donde se enfría y se hunde y luego regresa al hemisferio sur a través de capas oceánicas más profundas. Los científicos han encontrado evidencia de que el AMOC ha estado disminuyendo, particularmente en los últimos 150 años en comparación con los 1,500 años anteriores. Una indicación de esto es que las partículas que se están depositando en el fondo del océano se han vuelto cada vez más pequeñas: el agua que fluye rápidamente puede eliminar las partículas más pequeñas, permitiendo que solo se depositen las partículas más grandes, mientras que el agua más lenta permite que las partículas más pequeñas caigan al agua. suelo.

Parte de la desaceleración de AMOC se puede atribuir a una de las consecuencias del calentamiento global: un suministro creciente de agua de deshielo glacial en el Atlántico Norte. Esta agua dulce reduce la salinidad y, por lo tanto, la densidad de las aguas superficiales. La formación de agua densa, salada y fría es esencial para que se hunda en las profundidades del océano en el norte, desde donde regresa al hemisferio sur. Este proceso está siendo interrumpido por el cambio climático.

Desde el 2004, un proyecto llamado RAPID ha desplegado amarres a lo largo y ancho del Atlántico a 26 ° de latitud (que se extiende desde Florida hasta Marruecos), para medir directamente los cambios en la velocidad del AMOC. Las mediciones muestran que la corriente se está desacelerando. Pero debido a las variaciones inherentes de una década a otra en el sistema climático, 15 años de mediciones directas no son suficientes para establecer una tendencia.

Entonces, Levke Caesar, entonces con el Instituto Potsdam para la Investigación del Impacto Climático en Alemania, y sus colegas extendieron este registro en el tiempo al usar mediciones reales de la temperatura de la superficie del mar desde 1870 hasta 2016, combinado con un modelo climático de alta resolución para reconstruir la fuerza de la AMOC en los últimos 150 años más o menos. Su trabajo muestra que la fuerza del sistema de circulación disminuyó a un mínimo alrededor de 1990, luego creció hasta principios de la década de 2000 y luego comenzó a disminuir nuevamente. Otros científicos han encontrado resultados similares. Mientras las emisiones de gases de efecto invernadero continúen aumentando, “todos los modelos climáticos predicen una desaceleración de la AMOC”, dice César.

Debido a que el AMOC transporta el calor del sur al norte, una desaceleración efectivamente enfría el hemisferio norte y calienta el hemisferio sur. Este calentamiento también intensifica los vientos del oeste y los desplaza hacia el Polo Sur, lo que lleva a una mayor agitación vertical del Océano Austral, lo que puede contribuir al calentamiento global al debilitar la capacidad del océano para absorber CO₂. Dado que el resultado probable es que aún más agua de deshielo glacial fluya hacia el Atlántico Norte, esto podría debilitar aún más el AMOC. Tiene todas las características de un sistema que se está escapando de control.

Se cree que un proceso descontrolado similar terminó con la última edad de hielo, elevando los niveles de CO₂ de aproximadamente 180 a 240 partes por millón. Este aumento ocurrió desde hace aproximadamente 17,500 años hasta hace 11,700 años, causando la deglaciación que hizo a la Tierra más habitable. Los niveles atmosféricos de CO₂ ahora han superado la friolera de 410 ppm debido a la actividad humana y están aumentando. En solo 250 años, hemos aumentado los niveles de CO₂ en más de la cantidad que derritió un planeta helado durante miles de años.

Los vientos están aullando nuevamente sobre el Océano Austral y están peligrosamente cerca de despertar una bestia que, hasta ahora, nos ha estado ayudando al absorber grandes cantidades de carbono. Pero incluso el Océano Austral es poco probable que coopere para siempre.

Nota del editor: una versión anterior del mapa que muestra cómo se hacen los vientos del oeste tenía una ubicación incorrecta de la geografía de la Tierra. El mapa ha sido rediseñado y actualizado el 1 de abril de 2020.

Este artículo apareció originalmente en Revista conocible, un esfuerzo periodístico independiente de Annual Reviews. Regístrese para el Boletin informativo.

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