«Aspectos del océano Austral y la península Antártica: ¿Qué nos dicen el metano y el hielo marino?» por Laura Farías y Martín Jacques

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Columna de opinión de Laura Farías, investigadora del (CR)2 y académica del Departamento de Oceanografía UdeC, y Martín Jacques, investigador del (CR)2 y académico del Departamento de Geofísica UdeC. Publicada en El Mostrador.

Los océanos y la criósfera toman alto protagonismo en el continente antártico, que ya muestran claras alteraciones a tasas aceleradas, debido al cambio climático. En esta región operan también potentes mecanismos de retroalimentación del clima.

Por ejemplo, la superficie del hielo marino tiene muy alto albedo e incide en el valor medio de la temperatura de la Tierra. Entonces, 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”.

A su vez, el hielo marino representa una barrera física para el intercambio de gases y calor entre el océano y la atmósfera, un efecto que repercute en los ciclos biogeoquímicos.

Esto es de particular relevancia, dado que los ecosistemas polares albergan numerosas y diversas comunidades biológicas, siendo las más emblemáticas los pingüinos (en el caso de la Antártica) y osos polares (en el caso del Ártico), pero no menos importante los microbios y fitoplancton en la base de los hielos.

Un aspecto más desconocido es el intercambio de gases de efecto invernadero, como el dióxido de carbono y el metano. Este último ha sido bastante estudiado en el océano Ártico, donde las emisiones provienen de los mares y suelos de permafrost; sin embargo, ha sido casi inexplorado en el océano Austral, particularmente en la península Antártica (PA).

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 ello, si se libera más metano, se generan mecanismos que potencian el calentamiento de la atmósfera.

Entonces, cabe preguntarse si el derretimiento del hielo en las plataformas continentales que rodean a la PA impacta en la liberación de metano. La respuesta es que sí, aunque sabemos que no todas las plataformas de hielo se derriten a la misma tasa y que incluso algunas no se han derretido y que el comportamiento de la Antártica es altamente heterogéneo (Parkinson, 2019).

Notablemente, 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 (Parkinson, 2019).

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.

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).

De esta manera, la comunidad científica y el público general pueden contar con mediciones de buena resolución espacial y temporal que cubren un período amplio y son regularmente actualizadas.

Afortunadamente, estos datos son ampliamente accesibles desde plataformas en línea. En particular, existen sensores como el Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) acoplado al satélite Aqua de la NASA. Este ha medido la concentración de metano en distintos niveles de la atmósfera a una resolu- ción de 1°x1° desde 2003.

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 (Carril Pardo, 2021). 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 variabi- lidad diaria a la interanual”, financiado por el INACH.

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.

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

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).

Figura 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.

Referencias

  • Parkinson C. L. (2019). A 40-y record reveals gradual Antarctic sea ice increases followed by decreases at rates far exceeding the rates seen in the Arctic. | www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/ pnas.1906556116.
  • Carril, Vanessa Alejandra Pardo (2021). Caracterización de los patrones de circulación atmosférica asociados a la variabilidad de temperatura, hielo marino y metano atmosférico en la Península Antártica Occidental. Habilitación profesional presentada a la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de Concepción para optar al título profesional de Geofísica. 107 páginas.