Sandy Tenorio, estudiante doctorado en Oceanografía, Universidad de Concepción & CR2, y Laura Farías, investigadora del Centro de Ciencia del Clima y la Resiliencia CR2
Edición: José Barraza, divulgador científico CR2
El metano (CH4) es un potente gas de efecto invernadero. Aunque se encuentra en bajas concentraciones en la atmósfera, tiene una gran capacidad para retener calor, mucho mayor que la del dióxido de carbono (CO2). Sin embargo, el metano no solo está en el aire, también se encuentra disuelto en el océano, y entender cómo se distribuye, qué factores lo afectan y qué procesos controlan su intercambio con la atmósfera son clave para mejorar nuestra comprensión del cambio climático y afinar las proyecciones de los modelos globales climáticos.
Lo que llama la atención es que el océano, en general, está sobresaturado de metano en comparación con la atmósfera. Y lo más curioso es que este gas aparece en concentraciones significativas en la capa superficial del océano, justo donde hay abundante oxígeno. Esto resulta contradictorio, ya que hasta hace poco se creía que el metano sólo se producía en ambientes sin oxígeno. Este enigma se conoce como “la paradoja del metano oceánico” (Reeburgh 2007).
Las costas de Chile ofrecen un laboratorio natural para desentrañar este enigma. Un artículo científico publicado el 2024 en la revista Biogeosciences analizó la variabilidad temporal y la importancia de los microorganismos en la producción de metano en el océano superficial y en este Análisis CR2 resumimos los principales hallazgos.
Del océano al laboratorio
El estudio tuvo lugar en la plataforma continental ubicada frente a la zona central de Chile (Figura 1), donde ocurre un fenómeno natural conocido como surgencia costera. La surgencia ocurre cuando los vientos que soplan hacia el norte a lo largo de la costa desplazan las aguas superficiales, permitiendo el ascenso de aguas subsuperficiales densas, frías, bajas en oxígeno, ricas en nutrientes, pero con alto contenido de gases de efecto invernadero (GEI) como el CH4 y el CO2. Estas aguas de surgencia fertilizan la zona y favorecen la productividad biológica y la emisión de GEI hacia la atmósfera, fenómeno que se denomina “desgasificación”. Este proceso ocurre durante la primavera-verano (septiembre a abril) y se debilita en el otoño-invierno (de mayo a agosto; Sobarzo et al., 2007). La diferencia estacional de la surgencia influye en la temperatura del océano, en la salinidad, el oxígeno disuelto, los nutrientes y las concentraciones superficiales de clorofila (Aguirre et al., 2012).
Figura 1. Zona de estudio desde donde se obtuvieron las muestras de agua oceánica. Se puede apreciar que en el lugar existe descarga de los ríos Itata y Biobío.
Con el objetivo de analizar la variabilidad y dinámica temporal del metano se tomaron muestras mensuales de agua de mar para determinar las concentraciones de gases disueltos (metano y oxígeno), nutrientes, carbono orgánico disuelto (COD) y clorofila-a en una estación fija (Estación 18 de la Universidad de Concepción) entre los años 2018 y 2022. Además, con el objetivo de profundizar en la paradoja del metano, se hicieron experimentos con diversos microorganismos bajo condiciones de luz y oscuridad.
Los resultados obtenidos evidenciaron que la zona es una fuente permanente de metano, emitiéndose hacia la atmósfera e incrementando durante el periodo de primavera-verano. Lo curioso aquí es que en el periodo de otoño-invierno, las concentraciones de metano se mantuvieron sobresaturadas. He aquí que los microorganismos nos dan algunas respuestas. ¿Por qué ocurre esto? Veamos.
Aquellas pequeñas cosas…
Como cantaba Serrat, “aquellas pequeñas cosas” dejan huella y tienen un alto impacto, en este caso, en los ecosistemas costeros y, por ende, en la atmósfera. Pero ¿cómo algo tan pequeño como un microorganismo consigue tener tanta relevancia? Partiremos diciendo que las vías de producción de metano en condiciones con oxígeno parecen ser variadas, implicando interacciones complejas entre procesos fotoquímicos y metabólicos.
Para identificar en qué época del año los microorganismos pueden estar involucrados en “la paradoja del metano”, el estudio adoptó la clasificación de productividad primaria en la zona que agrupa el año en tres fases (Testa et al., 2018), cada una con diferentes microorganismos (Cuevas et al., 2004 y Morales & Anabalón 2012):
(a) Fase I: de septiembre a enero (periodo de surgencia), donde existe alta productividad y biomasa de clorofila dominada por el microplancton, que son microorganismos que tienen un tamaño entre 20 y 150 micrómetros (µm), esto quiere decir que miden entre 0,002 a 0,015 centímetros (o sea, algo bastante pequeño).
(b) Fase II: de febrero a abril (periodo de transición o debilitamiento de la surgencia), con una productividad intermedia, caracterizada por una transición entre el periodo de surgencia y no surgencia con un cambio en la biomasa del plancton, pasando de grandes a pequeños microorganismos.
(c) Fase III: de mayo a agosto (periodo de no surgencia), con una biomasa baja, pero con prevalencia del nano (miden entre 2 y 20 µm) y picoplancton (mide menos de 2 µm), conformado por cianobacterias como Synechococcus, picoeucariotas y algunos nanoflagelados y pequeños ciliados.
En todas estas fases se da una intrincada interacción entre las comunidades microbianas que propicia la producción de metano. Además, estos organismos tienen diferentes formas de nutrición: están los autótrofos (generan su propio alimento), los heterótrofos (que consumen otros organismos para subsistir) y los mixótrofos (que combinan las dos estrategias anteriores).
Los resultados de los experimentos, donde se reprodujeron los ciclos de luz y oscuridad, que actúan como interruptores sobre los distintos metabolismos potencialmente involucrados en el reciclaje de metano, demostraron que el picoplancton produjo metano tanto en condiciones de luz como de oscuridad.
Lo anteriormente planteado sugiere una dinámica compleja entre organismos autótrofos y heterótrofos. En el primer caso, donde prima la luz, cianobacterias como Synechococcus produjeron metano a partir de la fotosíntesis. En el segundo caso, donde prima la oscuridad, los organismos heterótrofos lejos de “descansar”, aprovecharon los compuestos producidos durante el “día” e intensificaron su actividad metabólica y produjeron metano indirectamente.
Este estudio sugiere dos mecanismos estacionales para la producción de metano en la superficie del océano. Durante el otoño-invierno, cuando la surgencia es débil o ausente, predominan las cianobacterias autótrofas del tipo Synechococcus, que podrían generar metano directamente a través de la fotosíntesis. Además, en este periodo se observa una interacción sinérgica entre organismos autótrofos y heterótrofos, donde la transformación de compuestos intermedios también contribuiría indirectamente a la formación de metano. En contraste, durante la primavera-verano, la intensificación de la surgencia trae consigo no solo gases de efecto invernadero desde capas profundas, sino también compuestos que, sumados a la descomposición del plancton superficial, son metabolizados por microorganismos heterótrofos que favorecen la producción de metano. En ambos casos (Figura 2), estos procesos contribuirían a mantener la sobresaturación de metano observada en la capa superficial, una fuente aún poco comprendida y con alta incertidumbre.
Figura 2. Ciclo del metano en: (a) Fases II y III o temporada de surgencia tardía o sin surgencia, y (b) Fase I o temporada con surgencia. Ambos paneles muestran las interacciones en condiciones de luz y oscuridad. La línea roja representa la división entre el metano que se produce en zonas con y sin oxígeno.
Por lo tanto, en un contexto de cambio climático, vale la pena considerar la paradoja del metano en las aguas costeras de Chile central y, sobre todo, comprender cómo se genera este gas de efecto invernadero y el impacto que puede tener en la atmósfera. En este sentido, y considerando que la costa de la zona centro-sur de Chile es una fuente constante de metano, se hace necesario resaltar la importancia de incluir este gas en programas de monitoreo y gestión ambiental, y en modelos climáticos, lo que permitiría generar mejores proyecciones futuras del cambio climático y reducir las incertidumbres de las diferentes fuentes de este gas en el balance global de metano.
Referencias
Aguirre, C., Pizarro, Ó., Strub, P. T., Garreaud, R., & Barth, J. A. (2012). Seasonal dynamics of the near‐surface alongshore flow off central Chile. Journal of Geophysical Research: Oceans, 117(C1). https://doi.org/10.1029/2011JC007379
Cuevas, L. A., Daneri, G., Jacob, B., and Montero, P.: Microbial abundance and activity in the seasonal upwelling area off Concepción (∼ 36° S), central Chile: A comparison of upwelling and non-upwelling conditions, Deep-Sea Res. Pt. II, 51, 2427–2440, https://doi.org/10.1016/j.dsr2.2004.07.026, 2004.
IPCC. (2021). Climate Change 2021 – The Physical Science Basis: Working Group I Contribution to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/.
Morales, C. and Anabalón, V.: Phytoplankton biomass and microbial abundances during the spring upwelling season in the coastal area off Concepción, central-southern Chile: variability around a time series station, Prog. Oceanogr., 92–95, 81–91, https://doi.org/10.1016/j.pocean.2011.07.004, 2012.
Reeburgh, W. S. (2007). Oceanic methane biogeochemistry. Chemical reviews, 107(2), 486-513. https://doi.org/10.1021/cr050362v
Sobarzo, M., Bravo, L., Donoso, D., Garcés-Vargas, J., & Schneider, W. (2007). Coastal upwelling and seasonal cycles that influence the water column over the continental shelf off central Chile. Progress in Oceanography, 75(3), 363-382. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2007.08.022
Testa, G., Masotti, I., & Farías, L. (2018). Temporal Variability in Net Primary Production in an Upwelling Area off Central Chile (36°S). Frontiers in Marine Science, 5(179), 1–17. https://doi.org/10.3389/fmars.2018.00179