miércoles, 23 de octubre de 2019

¿Quién produce el oxígeno que respiramos? La respuesta flota en los océanos

Por Manuel Peinado Lorca, Universidad de Alcalá

Shutterstock/elovich

La abundancia de vida animal en el océano ha proporcionado desde tiempos inmemoriales una enorme variedad de servicios, desde el alimento a la aventura y el ocio. Pero nada de esto sería posible sin los organismos unicelulares del fitoplancton, que flotan por miles en cada gota de agua en las capas superiores del mar.

El fitoplancton comprende dos grupos principales: las cianobacterias fotosintéticas y las algas unicelulares que se desplazan cerca de la superficie iluminadas por el sol de los océanos. La hacen en la denominada zona eufótica, que puede alcanzar una profundidad de hasta 200 metros en las zonas tropicales.

Como escribí en un artículo anterior, las plantas con estructuras mayores y más complejas son las que tienen un balance de producción de oxígeno menor. O lo que es lo mismo, aquellas con una estructura sencilla (mucho “verde” y poco “tronco”, dicho sea por simplificar) son las que presentan una mayor producción de oxígeno neta.

Siguiendo ese razonamiento, parece lógico pensar que las grandes productoras de oxígeno son las praderas, los bosques jóvenes, los cultivos y casi todas las plantas en crecimiento que nos rodean, que desprenden más oxígeno del que consumen. No es así.

¿Dónde se encuentran las poblaciones vegetales que se multiplican continuamente y no cesan de crecer?

Los organismos responsables de que podamos respirar se encuentran en los océanos; los cuales, no lo olvidemos, cubren el 71 % de la superficie de la Tierra. El fitoplancton está en la base de la cadena trófica de los ecosistemas oceánicos. Sin los microorganismos autótrofos que lo componen, mares y océanos serían desiertos sin vida. Gracias a su trabajo fotosintético, estas microscópicas criaturas producen entre el 50 y el 85 % del oxígeno que se libera cada año a la atmósfera.



Volvox, uno de los géneros de algas que componen el fitoplancton. Shutterstock/Choksawatdikorn






Desde hace un par décadas, las imágenes de los satélites Nimbus de la Nasa y de la Agencia Meteorológica estadounidense mostraban que la productividad oceánica, evaluada en función de la clorofila concentrada en la superficie marina, podía ser superior a la productividad de los ecosistemas terrestres. Esto hizo suponer que el fitoplancton era el gran oxigenador del planeta.

La hipótesis fue confirmada en 2015 por el proyecto internacional Tara Oceans, cuyos resultados concluyeron que el fitoplancton genera al menos la mitad del oxígeno que respiramos (unos 270 000 millones de toneladas al año) y transfiere unas 10 gigatoneladas de carbono de la atmósfera a las profundidades del océano cada año.

Esto resulta esencial para mantener la vida sobre la Tierra y mitigar los efectos del cambio climático. El fitoplancton posee clorofila, el pigmento que hace posible la fotosíntesis. Además de esto, sirve como alimento al zooplancton, que a su vez alimenta a otros animales marinos. Miles de millones de plantas microscópicas que habitan el seno de los océanos realizan su ciclo de renovación y muerte en apenas unos días.

Ese infinito universo que nace y muere continuamente, el fitoplancton, es la bomba que produce la mayor parte del O₂ que respiramos. Pero, además de absorber la luz y de liberar O₂, la clorofila permite a estas minúsculas plantas retirar el CO₂ disuelto para fijarlo, en forma de carbohidratos, a sus estructuras biológicas.

Ahí reside el papel crucial del fitoplancton en el ciclo del carbono y, como consecuencia, en su colosal capacidad para purificar el aire. Gracias a la fotosíntesis, el fitoplancton consume CO₂ a una escala equivalente a los ecosistemas terrestres. Se calcula que cada año incorpora entre 45 y 50 millones de toneladas de carbono inorgánico. Las plantas terrestres incorporan unos 52 millones de toneladas de carbono al año, pero este regresa a la atmósfera a corto o medio plazo. Cuando el fitoplancton muere, parte del carbono captado cae a las profundidades del océano.

Todos los organismos vivos de la zona fótica se hunden cuando mueren, por lo que existe una constante lluvia de materia orgánica hacia aguas más profundas. Los nutrientes son devueltos a las capas superiores del agua, sobre todo en lugares donde hay fuertes corrientes ascendentes debido a la topografía del fondo y a los patrones de las corrientes oceánicas.

Un fabricante de oxígeno muy lento


El 85 % de la materia orgánica creada cada año por el fitoplancton se recicla entre los organismos que viven en las aguas iluminadas, mientras que 15 % restante se pierde en las profundidades del océano. Allí, donde los microorganismos han eliminado el oxígeno del agua, los restos de materia orgánica permanecen enterrados en condiciones anaeróbicas. Esta materia vegetal sepultada en el fondo del océano es la fuente del petróleo y el gas.

Solo una pequeña fracción, alrededor de la milésima parte de la fotosíntesis a nivel mundial, escapa a los procesos descritos y se agrega al oxígeno atmosférico. Pero desde la aparición de las cianobacterias, los primeros organismos fotosintéticos, hace entre 3 500 y 3 800 millones de años, el oxígeno residual dejado por el pequeño desequilibrio entre crecimiento y descomposición se ha acumulado para formar el depósito de oxígeno respirable del que depende toda la vida y cuyo volumen representa un 21 % del total de la atmósfera.

Por eso, aunque la fotosíntesis sea, en última instancia, responsable del oxígeno respirable, solo una pequeña fracción del crecimiento vegetal se añade cada año al almacenamiento de oxígeno atmosférico. Incluso si toda la materia orgánica terrestre se quemara a la vez, se consumiría menos del 1 % del oxígeno disponible en el mundo.

¿Cómo es posible que la masa de fitoplancton no se agote si la biomasa de organismos que lo depredan es bastante superior?

El balance se compensa con una elevada tasa de renovación. La alta tasa de reproducción del fitoplancton hace que sus poblaciones se renueven más rápidamente de lo que son consumidas. Un tiburón ballena que se alimenta de millones de estas pequeñas células fotosintéticas solo es capaz de parir una cría al año. En cambio, una diatomea es capaz de generar cada día un millón de descendientes.

De esta forma, las cuentas del equilibrio de la vida sí cuadran.The Conversation

Manuel Peinado Lorca, Catedrático de Universidad. Departamento de Ciencias de la Vida e Investigador del Instituto Franklin de Estudios Norteamericanos, Universidad de Alcalá

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

domingo, 13 de octubre de 2019

Saturno es ahora el planeta con más lunas en el sistema solar

El gigante gaseoso tiene 20 nuevas lunas, para un total de 82 lunas, pasándole, en número, a las 79 lunas conocidas de Júpiter.

Un grupo de astrónomos, encabezados por Scott S. Sheppard de la Carnegie Institution for Science , en Washington, D.C. ha encontrado, recientemente, 20 nuevas lunas orbitando a Saturno . Este descubrimiento fue anunciado a principios de octubre en el Centro de Planetas Menores de la Unión Astronómica Internacional.

Las 20 nuevas lunas, recién descubiertas, son de tamaños parecidos, alrededor de 5 km de diámetro, y 17 de ellas orbitan Saturno de forma retrógrada, o sea, en contra de la dirección de rotación del planeta sobre su eje.

Imagen artística de las 20 nuevas lunas de Saturno.
Fuente: 
Carnegie Science.


Las lunas más externas de Saturno parecen están agrupadas en 3 grupos diferentes en relación a los ángulos a que orbitan el planeta. Dos de las nuevas lunas con órbita progradas (en la dirección de la rotación del planeta) están en el grupo de lunas exteriores con inclinaciones de 46 grados. Es posible que éstas hayan sido una luna de mayor tamaño que se haya destruido en el pasado distante. La otra luna de órbita prograda tiene una inclinación alrededor de 36 grados, similar a otras lunas internas de órbitas progradas.

Las Lunas retrógradas tienen unas inclinaciones de órbitas similar a otras lunas retrógradas de Saturno. Lo que indican que también pudieran ser fragmentos de una luna madre mayor que se rompió en el pasado.

Estas dos imágenes del telescopio Subaru fueron tomadas a intervalo de una hora.
Las estrellas y galaxias no se mueven, pero la nueva luna,  indicada por las
barras amarillas, muestra un movimiento entre las dos imágenes.
Fuente: 
Carnegie Science.
Las lunas fueron descubiertas al analizar series de imágenes en secuencias, de varios años, obtenidas por el telescopio Subaru en la montaña Mauna Kea en Hawaii. Usando algoritmos especializados, imágenes de los alrededores de Saturno fueron evaluadas. En estas imágenes se observa que las estrellas y galaxias no se mueven, mientras que las nuevas lunas muestran movimiento entre una imagen y otra.


Cuando el sistema solar era joven el Sol estaba rodeado de un disco de gas y polvo, rotando alrededor del Sol, del cual nacieron los planetas. Se cree que un disco similar, de gas y polvo, rodeaba a Saturno durante su formación, hace ya mas de cuatro mil millones de años. El investigador principal del equipo que descubrió las lunas, Scott Sheppard, nos dice que “el hecho de que estas nuevas lunas pudieron continuar orbitando a Saturno después de que sus lunas madres se rompiera, indican que estas colisiones (las que rompieron las lunas madres) ocurrieron después que el proceso de formación del planeta estaba casi completo”.

El año pasado, el mismo equipo de Sheppard descubrió 12 nuevas lunas orbitando a Júpiter . Es muy probable que nuevos cuerpos celestes serán detectados en un futuro cercano, gracias a nuevas generaciones de astrónomos amateurs e investigadores y estudiantes. Los telescopios actuales sólo pueden encontrar lunas más grandes de unos 5 kilómetros alrededor de Saturno, y más grandes de 2 kilómetros alrededor de Júpiter. Nuevos telescopios que próximamente estarán disponibles en la década de los 2020’s permitirán detectar lunas menores que éstas.

viernes, 4 de octubre de 2019

El huracán Lorenzo nos recuerda los riesgos del cambio climático

Por Antonio Ruiz de Elvira SerraUniversidad de Alcalá
Vista del Atlántico europeo este jueves según el sistema 
EOSDIS de la NASA. Nasa Worldview


A finales de verano, y hasta el principio del invierno, los océanos boreales, Atlántico, Pacífico e Índico están muy calientes. Se calientan todavía más conforme el Sol baja de las altas latitudes hacia el ecuador.

El mar caliente produce mucho vapor de agua, que se eleva en torbellinos sobre su superficie. Estos torbellinos se van uniendo y formando uno más grande que succiona a todos los que tiene cerca de él. Así nace un huracán.

El aire asciende y por el giro de la Tierra, que produce una aceleración denominada de Coriolis, empieza a girar en el sentido contrario a las agujas de un reloj.

En esas fechas, el chorro polar, el “jet”, ha comenzado a inyectar aire frío en las latitudes medias. Como vimos en un artículo sobre las inundaciones del Levante español, con cierta frecuencia alcanza latitudes bajas.

Aire caliente abajo, y frío arriba, producen una fuerza vertical intensa. Además, y ésta es la característica de los huracanes, el vapor de agua, al ascender, se condensa en agua líquida y desprende una energía de 2,270 julios por gramo. O, lo que es lo mismo, 0.63 kilovatios hora por kilogramo de vapor convertido en agua.

Es una cantidad muy grande de energía si tenemos en cuenta que son millones de kilogramos de agua los que ascienden. De hecho, un huracán intercambia cada día unos 14 billones de kilovatios hora. Durante su tiempo de vida, el equivalente de 10,000 bombas nucleares. ¡Hay mucha energía en el océano y en la atmósfera!

El huracán Lorenzo es el huracán más fuerte que se ha producido en el Atlántico oriental. Se detectó en forma de tormenta tropical el lunes día 23 de Septiembre, al oeste de Senegal. Creció y el miércoles 25 era ya un huracán cuyos vientos alcanzaron los 250 km/h el sábado 29 por la noche.


Recorrido previsto del huracán-tormenta Lorenzo, entre el miércoles 2 de octubre y el viernes 4 de octubre de 2019. NOAA - NHC
Ya ha decrecido en intensidad, pero sigue siendo un huracán de fuerza 2, y se va convirtiendo en una tormenta muy fuerte en su avance desde las Azores hacia el norte de Irlanda.

Un extraño recorrido

El camino de este huracán-tormenta tropical está siendo muy extraño. Lo normal es que estos fenómenos oceánicos y meteorológicos se desplacen con los vientos alisios hacia el oeste, hacia el Caribe.

Lorenzo, tras formarse al oeste de África, empezó a avanzar hacia el oeste siguiendo su trayectoria normal. Pero entre su posición y el Caribe había otra tormenta tropical, no tan intensa, que actuaba de tapón. Los vientos en altura, al sur del chorro polar, comenzaron el día 27 a empujar la parte alta del huracán hacia el este. La combinación de su giro y esos vientos en altura (cizalla) lo han ido llevando primero hacia el norte y desde Azores hacia Irlanda.

Al ir ascendiendo en latitud, la temperatura del mar bajo del huracán ya no es tan alta, y el huracán ya no tiene tanto calor para mantener su energía, y se debilita. Sin embargo, en su trayectoria hacia el noreste conducida por el chorro polar, Lorenzo pasa por encima de la Corriente del Golfo, que le proporciona algo más de combustible, lo que lo mantiene como tormenta intensa hasta alcanzar la latitud de Irlanda.


Vorticidad atmosférica a 5 000 metros de altura. Lorenzo es el punto rojo oscuro del centro y bajo de la figura. GRADS/COLAprovista por el autor.

No tocará España


Lorenzo es un caso raro. No es una consecuencia directa del cambio climático. Pero cambio climático significa un cambio en la trayectoria de los vientos, en los meandros del chorro polar, en la temperatura de la superficie del océano.

En los años pasados hemos tenido minihuracanes en el Mediterráneo: no llegan a huracanes, pues este mar es muy pequeño, y en su movimiento al huracán no le da tiempo a cargar el vapor de agua necesario. Además, enseguida llegan a tierra, en donde ya no reciben más vapor de agua.

Pero en los próximos años veremos más tormentas tropicales convertidas en huracanes de fuerza 2 a fuerza 5 acercándose a las costas españolas. Lo veremos porque lo que no estamos viendo es una disminución de las emisiones de CO₂.

Un mar cada vez más caliente, y un chorro polar con meandros cada vez más fuertes representan una combinación peligrosa.The Conversation

Antonio Ruiz de Elvira Serra, Catedrático de Física Aplicada, Universidad de Alcalá
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.