Ondas de calor oceânicas estão quebrando o motor climático oculto da Terra

Para explorar os impactos das ondas de calor marinhas nas cadeias alimentares oceânicas e nos fluxos de carbono, a equipa de investigação combinou vários conjuntos de dados que monitorizaram as condições biológicas na coluna de água no Golfo do Alasca durante mais de uma década. Esta região sofreu duas ondas de calor marinhas sucessivas durante este período, uma de 2013 a 2015 conhecida como “The Blob”, e outra de 2019 a 2020.

“O oceano tem uma bomba biológica de carbono, que normalmente atua como uma correia transportadora que transporta carbono da superfície para as profundezas do oceano. Este processo é alimentado pelos organismos microscópicos que formam a base da teia alimentar do oceano, incluindo bactérias e plâncton, “disse a autora principal, Mariana Bif, anteriormente especialista em pesquisa no MBARI e agora professora assistente no Departamento de Ciências Oceânicas da Escola Rosenstiel. “Para este estudo, queríamos acompanhar como as ondas de calor marinhas afetaram esses organismos microscópicos para ver se esses impactos estavam ligados à quantidade de carbono produzida e exportada para as profundezas do oceano”.

A equipe de pesquisa usou informações coletadas pelo Global Ocean Biogeochemical (GO-BGC) Array, uma iniciativa colaborativa financiada pela US National Science Foundation e liderada pelo MBARI que usa flutuadores robóticos para monitorar a saúde dos oceanos. O projeto GO-BGC implantou centenas de flutuadores biogeoquímicos autônomos Argo (BGC-Argo), que medem as condições do oceano, como temperatura, salinidade, nitrato, oxigênio, clorofila e carbono orgânico particulado (POC) para cima e para baixo na coluna de água a cada cinco a 10 dias. A equipe também analisou dados sazonais de pesquisas realizadas em navios que rastrearam a composição da comunidade planctônica, incluindo a química dos pigmentos e o sequenciamento do DNA ambiental (eDNA) de amostras de água do mar coletadas durante o programa da Linha P realizado pela Fisheries and Oceans Canada.

O estudo descobriu que as ondas de calor marinhas impactaram a base da cadeia alimentar oceânica, e esses impactos estavam ligados a mudanças na forma como o carbono era ciclado na coluna de água. No entanto, as mudanças que ocorreram na cadeia alimentar não foram consistentes nas duas ondas de calor.

Em condições típicas, o fitoplâncton semelhante a uma planta converte dióxido de carbono em matéria orgânica. Esses microrganismos são a base da teia alimentar dos oceanos. Quando são comidos por animais maiores e excretados como resíduos, transformam-se em partículas orgânicas de carbono que afundam da superfície através da zona mesopelágica, ou crepuscular, do oceano (200 a 1.000 metros, aproximadamente 660 a 3.300 pés) e descem para o fundo do mar. Este processo retém o carbono atmosférico no oceano durante milhares de anos.

Durante a onda de calor de 2013-2015, a produção superficial de carbono pelo plâncton fotossintético foi elevada no segundo ano, mas em vez de afundar rapidamente no fundo do mar, pequenas partículas de carbono acumularam-se aproximadamente 200 metros (cerca de 660 pés) debaixo de água.

Durante a onda de calor de 2019-2020, houve uma acumulação recorde de partículas de carbono na superfície no primeiro ano que não pôde ser atribuída apenas à produção de carbono pelo fitoplâncton. Em vez disso, esta acumulação deveu-se provavelmente à reciclagem de carbono pela vida marinha e à acumulação de detritos. Este pulso de carbono afundou então na zona crepuscular, mas permaneceu em profundidades de 200 a 400 metros (cerca de 660 a 1.320 pés) em vez de afundar no fundo do mar.

A equipa atribuiu estas diferenças no transporte de carbono entre as duas ondas de calor às mudanças nas populações de fitoplâncton. Estas mudanças propagaram-se em cascata através da cadeia alimentar, levando a um aumento de pequenos herbívoros que não produzem partículas de resíduos que se afundam rapidamente, pelo que o carbono foi retido e reciclado à superfície e na zona crepuscular superior, em vez de afundar em profundidades mais profundas.

“Nossa pesquisa descobriu que essas duas grandes ondas de calor marinhas alteraram as comunidades de plâncton e interromperam a bomba biológica de carbono do oceano. A correia transportadora que transportava carbono da superfície para o fundo do mar ficou presa, aumentando o risco de que o carbono possa retornar à atmosfera em vez de ficar preso nas profundezas do oceano”, disse Bif.

Esta pesquisa demonstrou que nem todas as ondas de calor marinhas são iguais. Diferentes linhagens de plâncton sobem e descem durante estes eventos de aquecimento, sublinhando a necessidade de uma monitorização coordenada e a longo prazo das condições biológicas e químicas do oceano para modelar com precisão os diversos e expansivos impactos ecológicos das ondas de calor marinhas.

“Esta pesquisa marca um novo capítulo emocionante no monitoramento dos oceanos. Para realmente entender como uma onda de calor afeta os ecossistemas marinhos e os processos oceânicos, precisamos de dados de observação de antes, durante e depois do evento. Esta pesquisa incluiu flutuadores robóticos, química de pigmentos e sequenciamento genético, todos trabalhando juntos para contar toda a história. É um ótimo exemplo de como a colaboração pode nos ajudar a responder questões importantes sobre a saúde do oceano”, disse Ken, cientista sênior do MBARI. Johnson, investigador principal principal do projeto GO-BGC e coautor do estudo.

Observações e modelos oceânicos sugerem que as ondas de calor marinhas têm vindo a expandir-se e a intensificar-se nas últimas décadas. O oceano absorve um quarto do dióxido de carbono emitido todos os anos, graças ao fluxo constante de partículas de carbono que afundam da superfície para o fundo do mar. Um oceano mais quente pode significar menos carbono retido, o que por sua vez pode acelerar as alterações climáticas. Para além das mudanças no transporte de carbono, as mudanças no plâncton na base da cadeia alimentar oceânica têm impactos em cascata na vida marinha e também na indústria humana.

“As alterações climáticas estão a contribuir para ondas de calor marinhas mais frequentes e intensas, o que sublinha a necessidade de uma monitorização oceânica sustentada e de longo prazo para compreender e prever como as futuras ondas de calor marinhas irão impactar os ecossistemas, as pescas e o clima”, disse Bif.

Este trabalho foi financiado pelo projeto GO-BGC da Fundação Nacional de Ciência dos EUA (Prêmio NSF 1946578 com apoio operacional do Prêmio NSF 2110258), com apoio adicional da Fundação David e Lucile Packard, Fundação Nacional de Ciência da China (número de concessão: 42406099), Fundos de Pesquisa Fundamental para as Universidades Centrais (número de concessão: 20720240105), Centro Dinamarquês de Pesquisa Hadal (Grant No. DNRF145), e programa Linha P da Pesca e dos Oceanos.