Segundo lugar categoría Tecnología del concurso de ensayos “Bicentenario de la Armada de Chile”
“Give me a half tanker of iron, and I will give you an ice age”* (Denme medio estanque de hierro, y les daré una era del hielo) fue la frase que utilizó el oceanógrafo John Martin a finales de la década de 1980, para referirse a las consecuencias que tendría fertilizar con hierro el mar objeto reaccione el fitoplancton y aumente su biomasa. Ésto produjo gran controversia y desde ese momento se han realizado sendas investigaciones objeto verificar la efectividad de este procedimiento para capturar el excedente de CO2 en la atmósfera.
¿Qué es el fitoplancton? ¿Por qué al reaccionar con el hierro aumentaría su biomasa? ¿Cuál es la relación entre el aumento de la biomasa del fitoplancton y la reducción del CO2 en la atmósfera? ¿Por qué existe una subdivisión llamada fitoplancton antártico? ¿Dónde y cómo se podría fertilizar con hierro el océano para que sea más eficiente el crecimiento de la biomasa? ¿Cuáles son los riesgos asociados al efectuar este procedimiento a gran escala? ¿Podrían existir beneficios adicionales e inmediatos para Chile, además de la captura de CO2, aumentar la biomasa en el océano austral?
El objetivo del presente ensayo es responder estas interrogantes consultando principalmente la información obtenida libre y universalmente en la web; ya que se pretende también establecer si existe alguna manipulación de la información, objeto crear en las culturas de los diferentes países, aprehensiones asociadas a este procedimiento debido a intereses de diversa índole creados por distintas entidades tanto públicas como privadas.
La conformación del presente trabajo se estructura en un capítulo, el cual abarca cinco tópicos; el primero denominado fitoplancton, en el cual se describe brevemente lo que es y se explica por qué aumentaría su biomasa al ser fertilizado con hierro; el segundo es denominado Bomba Biológica, donde se explica cómo el fitoplancton en un proceso natural elimina CO2 de la atmósfera depositándolo en el fondo del mar; se hace hincapié en la oceanografía, donde se determina las características especiales que tiene el fitoplancton en el océano austral, y dónde y cómo sería más efectivo fertilizar con hierro el mar para aumentar su biomasa; el cuarto tema a tratar son los riesgos colaterales, en la cual se manifiestan las aprehensiones estudiadas que podrían suceder en caso de ejecutar este procedimiento a gran escala, y finalmente se expondrá el tópico beneficios colaterales, donde se expondrá brevemente que otros beneficios podría traer la fertilización del océano con hierro y si éstos podrían traer consecuencias positivas a corto plazo para nuestro país. De esta manera se realizará un marco donde se vinculen diversos aspectos que engloben al procedimiento en estudio, entregando con ello un escenario sintético que permita establecer la real importancia y significancia que podría tener para Chile y el mundo la teoría propuesta; constituyendo con ello los parámetros, lineamientos y proyecciones que permitan la comprensión de la relación del procedimiento expuesto, con la conservación de la Antártica, tal y cómo la conocemos actualmente.
Se le denomina fitoplancton al conjunto de organismos acuáticos autótrofos del plancton, que tienen capacidad fotosintética y que viven dispersos en los océanos, lagos y otros espacios de agua. Forman parte de este grupo muchos seres tradicionalmente considerados algas y estudiados como tal por la botánica y especialmente por la ficología. Estos organismos se encuentran actualmente clasificados como bacterias; las cianobacterias, algas verdeazuladas o como protistas. Uno de los grupos más importantes, por su abundancia y diversidad, es el de las diatomeas, organismos microscópicos con pigmentos amarillo-dorados. A pesar de que normalmente se considera al plancton como íntegramente constituido de organismos microscópicos, hay algunas algas, como ciertas especies de sargazos, que pueden vivir libremente en el océano; por lo tanto, siendo igualmente clasificados como parte del fitoplancton.
Este tipo de organismo se encuentra en la base de la cadena alimentaria de los ecosistemas acuáticos, ya que sirve de alimento a organismos mayores; es decir realiza la parte principal de la producción primaria en los ambientes acuáticos, sobre todos los animales marinos. Pero algo muy notable, es que el fitoplancton es el responsable original de la presencia de oxígeno (O2) en la atmósfera. La fotosíntesis oxigénica apareció evolutivamente con las cianobacterias, antepasadas además de los plastos de las algas eucarióticas. Durante casi 2.000 millones de años, hasta el desarrollo de las plantas terrestres, la fotosíntesis estuvo prácticamente restringida a los mares y la mayor parte de la producción primaria fotosintética de los mares, entonces como ahora, es atribuible al fitoplancton, con una parte menor debida a organismos bentónicos.
El hierro es un micronutriente esencial para el crecimiento del fitoplancton y la fotosíntesis; alrededor del 70% de la superficie terrestre está cubierta de océanos, y la parte superior de éstos, donde puede penetrar la luz, está habitado por fitoplancton o las algas. En algunos océanos, el crecimiento y la reproducción de estos organismos es limitado por la cantidad de hierro en el agua de mar; el que históricamente ha sido entregado al mar por las tormentas de polvo de las tierras áridas, por las cordilleras submarinas al ser erosionadas por las mismas corrientes submarinas y los volcanes tanto a nivel de la superficie como submarinos, entre otros.
Respondiendo más específicamente a la pregunta de por qué el fitoplancton aumenta su biomasa por el hierro; el ratio de Redfield describe las concentraciones atómicas relativas de nutrientes críticos en la biomasa de plancton y las investigaciones recientes se han ampliado a la constante: 106 C: 16 N: 1 P:.001 Fe, donde C = Carbono, P = Fósforo y Fe = Hierro, que significa que en condiciones deficientes de hierro cada átomo de hierro puede capturar 106.000 átomos de carbono; o expresado en una base de masas, cada kilogramo de hierro puede arreglar 83.000 kg de dióxido de carbono. Posteriores experimentos de la relación dióxido de carbono al hierro, han arrojado porcentajes de casi 3.000 a 1. La relación atómica sería aproximadamente: 3.000 C: N 58.000: 3.600 P: 1 Fe.
En la figura 1 se muestra las diatomeas a través de un microscopio electrónico, una de las especies de fitoplancton que más genera carbonato de sílice o calcio, y que por lo tanto la hace más pesada.
Por lo expuesto en el párrafo anterior es que pequeñas cantidades de hierro, medido por las partes en masa por trillón, pueden desencadenar grandes floraciones del fitoplancton. Recientes estudios sugieren que un kilogramo de partículas de hierro fino disperso en el mar a través de un buque especialmente acondicionado, puede generar más de 100.000 kilogramos de la biomasa de plancton. El tamaño de las partículas de hierro es fundamental y partículas de 0,5-1 micras o menos parecen ser ideales tanto en términos de tasa de caída, como de la biodisponibilidad. Partículas de ese tamaño no sólo son más fáciles para las cianobacterias y fitoplancton para incorporarlas; sino que también la agitación de las aguas superficiales, mantiene a estas partículas en la zona soleada eufótica a profundidades biológicamente activas sin hundirse por largos períodos de tiempo, lo que facilita aún más su absorción por el fitoplancton.
Hemos analizado como el hierro es fundamental para el crecimiento del fitoplancton; ahora analizaremos el por qué se puede reducir la cantidad de CO2 en la atmósfera a través de estos organismos.
Tomando como referencia sólo lo que sucede a nivel oceánico con el fitoplancton, tal como se muestra en la figura 2, parte de estos organismos nace y muere de distintas formas, cerca de la superficie interactuando directamente con la atmósfera; sin embargo, una parte importante, los más pesados y que no fueron devorados, se hunden al fondo del océano; donde debido a las corrientes de profundidad afloran después de décadas a través de la bomba fisiológica, representada en forma esquemática a la derecha de la figura 2; pero otros fitoplancton o sus derivados simplemente se hunden lo suficiente para quedar fuera de la acción de las corrientes de profundidad y quedan depositados en el fondo marino; separándose del ciclo de la bomba biológica como se muestra al centro de la figura 2.
Han existido casos anteriores de secuestro de carbono en la historia del planeta que han provocado grandes cambios climáticos, en los cuales se ha observado una relación inversa entre la cantidad de fierro en el mar y la cantidad de CO2 en la atmósfera, y en consecuencia existen autores que han ido aún más lejos y tal como ocurre con el ciclo del agua, han planteado un ciclo del carbono; en el cual el fitoplancton depositado en el fondo del mar, después de millones de años, se transforma en combustibles fósiles que podría ser utilizado por los humanos en forma racional, compensando este uso a través de la bomba biológica. El proceso es llamado ciclo del carbono, y se muestra en la figura 3.
El fitoplancton que genera calcio o esqueletos de carbonato de sílice, como diatomeas, cocolitofóridos y foraminíferos; secuestran carbono en forma más directa, y cuando estos organismos mueren, sus esqueletos de carbonato caen con relativa rapidez y forman un componente importante de la precipitación de mar rica en carbono, conocida como la nieve marina. También incluye la nieve marina pellets de pescado fecales y otros desechos orgánicos, y puede ser visto constantemente caer miles de metros por debajo de las floraciones de plancton activo. De la biomasa rica en carbono generada por las floraciones de plancton, la mitad o más, es generalmente consumida por los organismos de pastoreo como zooplancton, el krill y peces pequeños, entre otros; pero entre el 20% a 30% que supera los 200 m de profundidad, que representa gran parte de este carbono fijado en los estratos de temperatura del agua por debajo de la termoclina; continúa cayendo en el abismo marino en forma de nieve, pero un porcentaje importante se redisuelve y mineraliza. A esta profundidad; sin embargo, este carbono está en suspensión en las corrientes profundas y eficazmente aislado de la atmósfera durante siglos; ya que la duración de los ciclos bentónicos del océano es de aproximadamente 4.000 años. El que quedó depositado en el suelo, será transformado finalmente en potencial combustible fósil; pero el proceso durará millones de años.
Habiendo definido la relación entre la cantidad de biomasa de fitoplancton, el fierro como nutriente y la cantidad de CO2 en la atmósfera, queda pendiente definir a dónde sería conveniente fertilizar con hierro el océano para aumentar la cantidad de biomasa de fitoplancton.
El fitoplancton necesita diversos nutrientes para reproducirse, y como se explicó anteriormente en forma breve, la fertilización también se produce por el hierro en forma natural a través del polvo en suspensión; cuando afloramientos ricos en nutrientes vienen de las aguas profundas a la superficie, como ocurre cuando corrientes oceánicas se encuentran con un dique de mar o un borde de mar; al enfrentarse a cordilleras submarinas, lo que produce los hábitats marinos más grandes del mundo; o también cuando minerales ricos en hierro son transportados al océano por los glaciares, los ríos y los icebergs. La distribución resultante del fitoplancton en los océanos del mundo es la expuesta en la figura 4.
Como se puede apreciar en la figura 4, es bastante más presente el fitoplancton en el hemisferio norte que en el sur, debido principalmente a la influencia del hierro trasladado por el polvo en suspensión desde los continentes; fenómeno que no ocurre de similar forma en el hemisferio austral. Pero para que crezca fitoplancton, también es necesario fosfato, nitrato y en menor medida silicato; el fitoplancton se expandirá hasta consumir y agotar cualquiera de los dos primeros, por lo que para comprobar la teoría de los vientos anterior, se analizará la cantidad de nitrato existente en los océanos, de acuerdo a la figura 5.
Se puede identificar que especialmente el océano austral presenta grandes cantidades de nitrato y al compararlo con la figura 4, se puede determinar que el océano austral es un océano con altos índices de nitrato y bajos índices de clorofila; lo que en inglés se conoce como HNLC (High Nitrate Low Chlorophyll).
Las condiciones descritas anteriormente, de acuerdo a lo ya explicado, son las ideales para fertilizar con hierro y fueron identificadas por primera vez como zonas desoladas en la década de 1930 por el biólogo inglés Joseph Hart, especulando que estas grandes zonas desiertas del océano, pero aparentemente ricas en nutrientes, carecían de actividad de plancton o de otra vida marina, y que esto podría ser simplemente por deficiencia de hierro; lo que después y de acuerdo a lo expuesto al principio del trabajo estudiaría el oceanógrafo norteamericano John Martin. Al fitoplancton presente en esta área, con este potencial y con estas particularidades es al que se le llama fitoplancton antártico.
El apoyo más dramático en la historia para la hipótesis de Martin fue vista en las consecuencias de la erupción de 1991 del monte Pinatubo en las Filipinas. El científico ambientalista, Andrew Watson analizó los datos globales de la erupción, y calculó que se depositó aproximadamente 40.000 ton de polvo de hierro en los océanos de todo el mundo. Este evento generó una fertilización que produjo un declive mundial, fácil de observar, en el CO2 atmosférico y un aumento paralelo en los niveles de oxígeno.
Si bien Martin sostenía que quizás se podría hasta revertir el cambio climático, los últimos estudios indican que el potencial de la fertilización con hierro como una técnica de geoingeniería para combatir el calentamiento global se puede ilustrar por las cifras siguientes: Si convertimos todos los nitratos y fosfatos presentes en la superficie de la capa de mezcla para el fitoplancton, en toda la corriente circumpolar antártica actual, en carbono orgánico que se fuera al fondo del mar; el déficit de dióxido de carbono resultante, podría ser compensado por la absorción de la atmósfera en alrededor de 0,8 a 1,4 gigatoneladas de carbono al año. Esta cantidad es igual a 1/6 de la magnitud de los combustibles fósiles anuales antropogénicos de combustión, que se estiman en aproximadamente 6 gigatoneladas. Teniendo en cuenta que la región circumpolar antártica es sólo una de varias en las que la fertilización con hierro podría llevarse a cabo; el área de las islas Galápagos y el norte del océano Pacífico entre Alaska y la península de Kamchatka, son otros lugares convenientes por ejemplo, y que aún falta realizar mediciones a gran escala para saber la real magnitud del potencial de este procedimiento, es que no se descarta llegar a igualar la cantidad de CO2 que se puede hundir utilizando la fertilización con hierro, con la que emitimos actualmente la raza humana a la atmósfera. Cantidad de gases que de todas maneras se debe seguir intentando disminuir, aunque se decida aplicar el procedimiento de fertilización con hierro forma generalizada y masiva.
Existen diversas teorías sobre lo que pudiese suceder en los océanos o parte de ellos al ser fertilizados por hierro; sin embargo, las principales encontradas en la web se podrían resumir en las siguientes:
Lo anterior son sólo teorías; ya que aún no se hacen experimentos a grandes escalas, pero el aumentar la biomasa de fitoplancton en lugares en los cuáles es escaso ahora, se podría comparar con plantar árboles en el desierto y debido a esta razón, existen otras teorías donde se exponen una multiplicidad de beneficios, y especialmente para Chile, considerando que nuestras costas son bañadas por el mismo océano austral desolado. Algunos de los beneficios son:
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En 2009, la Organización de las Naciones Unidas tendrá lugar el 8 de junio como el “día mundial de los océanos”. En Chile, el año 2017, por medio de la promulgación de una ley se incorpora tal fecha al calendario de actividades oficiales. El reconocimiento en nuestra legislación representa la significancia que se le otorga al gran estanque del globo, compuesto por todos los océanos del mundo, los que cubren casi el 70% de la superficie del planeta. También, le brindamos el sitio y la importancia que reviste para Chile el mar que baña sus costas junto con la biodiversidad y los ecosistemas que sus aguas le otorgan el clima y las características de nuestro territorio continental e insular.
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Año CXXXIX, Volumen 142, Número 1002
Septiembre - Octubre 2024
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