Los océanos y el fitoplancton: nuestros mejores aliados para combatir el cambio climático

El dióxido de carbono es un gas esencial para la vida en nuestro planeta. La presencia de pequeñas cantidades de este gas en nuestra atmósfera permiten el desarrollo de un efecto invernadero, el cual evita que nuestro planeta sea una roca gélida y sin vida. Si bien este gas ha permitido el desarrollo de la vida como la conocemos, a lo largo de la historia de nuestro planeta, sutiles variaciones en su concentración han llevado a dramáticos cambios ambientales ^{Ruddiman, 2014}.

En las últimas décadas, la quema indiscriminada de combustibles fósiles ha producido un sostenido aumento en la concentración de este gas en nuestra atmósfera, llegando a niveles sin precedentes en los últimos millones de años ^{IPCC, 2013}. Esta reciente adición de dióxido de carbono ha causado un desbalance en diversos ecosistemas y en el medioambiente a nivel global, convirtiendo al dióxido de carbono en el gran villano medioambiental de nuestra sociedad.

Uno de los procesos más rápidos y eficientes para balancear los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, es el desarrollo de la fotosíntesis en la plantas. Durante este proceso, las plantas extraen el dióxido de carbono, fijándolo en ellas en forma de carbón orgánico y liberando oxígeno hacia la atmósfera, un gas vital para los humanos.

Esto ha hecho que tradicionalmente se considere a los bosques como los pulmones verdes de nuestro planeta. Sin embargo, al mirar nuestro planeta cubierto en su mayoría por los océanos, cabe preguntarse:

¿Qué rol juegan los océanos en la remoción del carbono atmosférico y en la producción de oxígeno?

Los océanos cubren 71% de la superficie de nuestro planeta y cumplen un rol fundamental al ser el segundo mayor reservorio de carbón (solo superado por las cantidades de carbón almacenado en rocas y sedimentos) y la principal fuente del oxígeno atmosférico ^{Ruddiman, 2014}.

Los océanos extraen el dióxido de carbono de la atmósfera principalmente mediante la dilución. Mientras mas fríos y menos salinos son los océanos, mayor es su capacidad de disolver el dióxido de carbono en su superficie.

A pesar de ser un mecanismo efectivo para remover el dióxido de carbono de la atmósfera, por sí solo, este no es eficiente en el tiempo. Esto se debe a que la superficie del océano se satura rápidamente, dejando de disolver el dióxido de carbono. Es aquí donde entran en la escena el trabajo que realizan millones de plantas (en este caso algas) microscópicas que habitan la superficie de los océanos, el fitoplancton.

El fitoplancton es un conjunto de millones de microorganismos que habitan en todos los ambientes acuáticos alrededor del mundo. Al igual que las plantas que cubren los continentes, el fitoplancton lleva a cabo procesos fotosintéticos, los cuales extraen el dióxido de carbono (en este caso disuelto en la superficie de los océanos), lo fijan a sus estructuras en forma de carbón orgánico y liberan oxígeno a la atmósfera.

De esta manera el fitoplancton reduce la concentración de dióxido de carbono disuelto en la superficie del océano, permitiendo que más dióxido de carbono sea disuelto y así removido de la atmósfera. Sin embargo, la eficiencia del fitoplancton para remover el dióxido de carbono no termina aquí. 

El ciclo de vida del fitoplancton es relativamente corto (días a semanas). Al morir, estos microrganismos se hunden hasta ser depositados en el suelo oceánico, llevando consigo todo el carbón que removieron de la superficie y permitiendo que éste quede secuestrado en forma de sedimentos.

Las dimensiones del océano y la efectividad de este mecanismo es tal, que se ha estimado que la fotosíntesis llevada a cabo por el fitoplancton es capaz de remover aproximadamente el 30-40% del dióxido de carbono producido por el ser humano ^{Gruber et al., 2019}, equivalente a cuatro Amazonas juntos.

Similarmente, se ha estimado que la actividad fotosintética del fitoplancton produce entre el 50% y el 85% del oxígeno presente en la atmósfera ^{Walker et al., 1980; Behrenfeld et al., 2001}, implicando que el fitoplancton genera al menos la mitad del oxígeno que respiramos día a día.

Fitoplancton y diatomeas

Si bien el fitoplancton lo componen millones de microrganismos, aproximadamente el 80% de estos corresponden a unos microrganismos llamados diatomeas.

Las diatomeas son un grupo diverso de algas microscópicas unicelulares que pueden encontrarse flotando libremente en el agua, o bien, adheridas a algún sustrato

A pesar de ser de un tamaño microscópico (tan pequeñas como un glóbulo rojo), juntas son capaces de remover toneladas de dióxido de carbono de nuestra atmósfera cada año.

Para llevar a cabo sus procesos fotosintéticos de manera eficiente, es vital para las diatomeas contar con luz solar y con un ambiente desde donde puedan extraer nutrientes. Para obtener luz solar, las diatomeas se unen para formar cadenas de organismos, lo que les otorga una mayor flotabilidad, permitiéndoles permanecer en la superficie del océano. Si bien la luz solar abunda en la superficie oceánica, no es el caso para los nutrientes que ellas necesitan (principalmente silicio, hierro, nitrógeno y fósforo).

Los nutrientes esenciales para sus procesos fotosintéticos suelen escasear en aguas superficiales. Esto hace que la actividad de estos microrganismos tienda a concentrarse en regiones donde hay continuos aportes de nutrientes ya sea por la surgencia de aguas profundas (como en las costas de Chile y Perú) o por el aporte desde ríos, entre otras ^{Iriarte et al., 2012}. En algunos lugares es tal la densidad de estos microrganismos que incluso su presencia llega a ser visible desde el espacio ^{Imagen NASA}, ya que reflejan la luz solar de manera distinta que el océano que los circunda.

Una fuente adicional de nutrientes a la superficie de los océanos es el polvo proveniente de regiones desérticas del planeta. Cada año, esporádicas tormentas de polvo originadas en los desiertos contribuyen con enormes cantidades de polvo a la atmósfera. Al ser transportado sobre los océanos, el polvo produce un efecto de fertilización, estimulando así la actividad de las diatomeas en zonas donde comúnmente escasean nutrientes.

Los actuales escenarios de cambio climático proyectan que, durante el siglo XXI, las regiones áridas del planeta se extenderán y que los vientos en estas regiones se intensificarán. Si bien ambos parámetros presentarán una amenaza para la sociedad, también presentarán un escenario favorable para aumentar la frecuencia de tormentas de polvo, las cuales pueden llevar a una activa fertilización del océano. Bajo este escenario, la actividad fotosintética del fitoplancton podría verse estimulada y balancear (en parte) el exceso de dióxido de carbono que hemos incorporado a la atmósfera. Los alcances de un eventual aumento en la fertilización de los océanos a futuro son difíciles de estimar. Esto principalmente por la incertidumbre respecto de como responderá el fitoplancton frente al calentamiento y la acidificación de los océanos ^{Basu & Mackey, 2018}.

Si bien las diatomeas (y el fitoplancton en general) tienen un papel clave en el secuestro de dióxido de carbono desde nuestra atmósfera, su importancia en nuestro planeta va aún más allá. Estos microorganismos son la base y el sustento de toda la cadena trófica en los océanos, la unidad fundamental de todos los ecosistemas marinos. Sus procesos fotosintéticos son los que permiten la conversión del dióxido de carbono en carbono orgánico en los océanos, incorporando así el carbono (y por lo tanto la energía) a toda la cadena alimentaria submarina.

Desde el pequeño zooplancton hasta la enorme ballena azul, todos los animales marinos se alimentan directa o indirectamente del fitoplancton. Su relevancia en la cadena trófica es tal, que sin su presencia, gran parte de la vida que conocemos en los océanos no existiría. 

Los bosques y selvas son ecosistemas imprescindibles para la vida en nuestro planeta y juegan un rol fundamental en la captura de dióxido de carbono y en la producción de oxígeno.

Sin embargo, es importante también resaltar la vital labor de los océanos y del fitoplancton, los verdaderos pulmones verdes de nuestro planeta.