#5 – El canvi climàtic: la importància de l’oceà i dels pols per al manteniment del clima del planeta

El canvi climàtic provocat per l’activitat humana

A hores d’ara tots hem sentit a parlar del canvi climàtic i també n’hem patit les conseqüències: aquests estius tan tòrrids dels darrers anys, la sequera, els temporals de mar de principis d’any que no només s’emporten la sorra de les platges sinó que també malmeten les infraestructures de vora del mar i inunden el delta de l’Ebre amb aigua marina,… Però, que és el canvi climàtic?

Un canvi climàtic és una alteració en el clima i les temperatures de la Terra que afecta els ecosistemes. Sabem que al llarg de la història del planeta hi ha hagut diversos canvis climàtics, èpoques de glaciacions i èpoques interglacials degudes principalment a les variacions de l’òrbita terrestre. Els canvis de temperatura també poden ser deguts a les variacions en el camp magnètic solar i, per tant, en les emissions de vent solar (i la seva influència sobre els rajos còsmics que arriben a la Terra), a erupcions volcàniques, a l’impacte de meteorits de grans dimensions (l’últim va succeir fa 65 milions d’anys i va extingir als dinosaures i a la majoria d’espècies d’aquell moment).

Però quan parlem d’el canvi climàtic ens referim concretament a la variació sobre el clima de la Terra que, en els últims anys, està provocant l’activitat humana. Com? L’increment de temperatures s’associa a l’increment de gasos d’efecte hivernacle a l’atmosfera (vapor d’aigua, diòxid de carboni, metà, ozó, òxids de nitrogen …) produïts per la crema de combustibles fòssils i l’activitat industrial. Els gasos d’efecte hivernacle permeten el pas de radiació solar d’ona curta (visible i ultraviolada) des de fora cap a dins de l’atmosfera; en canvi, retenen la sortida cap a l’exterior de la radiació d’ona llarga o infraroja, és a dir, el calor queda atrapat per l’atmosfera, provocant l’augment de temperatures. 

Es calcula que el diòxid de carboni (CO₂) és el responsable del 63% de l’escalfament global causat per l’ésser humà. La concentració actual a l’atmosfera (420 ppm l’any 2022) és al voltant d’un 40% més elevada que a l’inici de la industrialització (280 ppm el 1750). El premi Nobel Paul Crutzen, químic de l’atmosfera, s’ha atrevit a proposar que som de ple en una nova era geològica anomenada Antropocè, que hauria començat a finals del segle XVIII amb la invenció de la màquina de vapor i posteriorment la crema de combustibles fòssils, comportat un increment incessant de les concentracions de gasos d’efecte hivernacle a l’atmosfera. En la corba es pot observar l’increment continuat de les concentracions de CO₂ des de 1960 fins l’actualitat.

L’oceà regula el clima del planeta

Solem dir que el nostre planeta te 5 oceans però, en realitat, és un sol oceà on totes les grans masses d’aigua del planeta estan connectades i on l’aigua es mou sense cap barrera que les separi. Hi ha un corrent profund gegantí que es coneix com a cinta transportadora oceànica o circulació termohalina (termo per temperatura, halí per salinitat), que transporta energia i matèria. Aquest corrent triga uns mil anys en donar la volta completa al planeta. Aquesta circulació es complementa amb tot un seguit de corrents superficials supeditats als vents dominants.

Els corrents oceànics actuen com a reguladors del clima a la Terra, escalfant o refredant les regions per les quals passen. Al tractar-se d’un cinturó que connecta les aigües de tots els oceans no té un inici ni un final determinat; tot i així, hi ha dos punts que tenen especial importància perquè és allà on es formen les aigües profundes: els pols.

Paradoxalment, la circulació profunda té el seu origen en superfície, allà on un gran volum d’aigua canvia radicalment les seves característiques de temperatura i/o de salinitat i, per tant, la seva densitat.

La salinitat superficial pot incrementar per l’evaporació (en zones pròximes als tròpics) o per la formació de gel (en zones polars), mentre que la temperatura superficial disminueix per refredament, generalment a altes latituds.

Al planeta hi ha dos punts de formació d’aigües profundes: l’un al pol nord, prop de Groenlàndia i l’altre al pol sud, al mar de Weddell, a l’Antàrtida. Quan el mar es congela, al formar la banquisa, el gel expulsa bona part de la sal i, per tant, augmenta la salinitat i la densitat de l’aigua que l’envolta. Si hi afegim que les aigües polars son molt fredes (< 0°C), entendrem que es forma una aigua molt densa, que pesa més que la del voltant i, per tant, s’enfonsa. Al pol nord, l’aigua que s’ha enfonsat comença un llarg recorregut a través de l’Atlàntic fins al sud, on voreja el cap de Bona Esperança i penetra en els oceans Índic i Pacífic. Al pol sud se li suma l’aigua profunda, salada i freda formada en el mar de Weddell pel procés descrit més amunt. Quan el corrent arriba a latituds més baixes, a les regions equatorials, s’escalfa de mica en mica, i això fa que ascendeixi de nou cap a la superfície, reprenent el seu camí cap a l’Atlàntic nord, on comença el cicle de nou.

D’aquesta manera, durant el recorregut de la cinta transportadora oceànica pel planeta, les grans masses d’aigua transporten energia en forma de calor i matèria en forma de sòlids, gasos i substàncies dissoltes. Això fa que aquesta circulació sigui, en bona part, la responsable de la distribució dels grans climes del planeta i explica perquè New York i Lisboa, situades a latituds similars, tenen hiverns tant diferents. Fixeu-vos en la figura de la cinta transportadora, quina és la ciutat que té a prop un corrent fred (blau) i quina la que té un corrent càlid (vermell)?

L’oceà frena l’increment de CO₂ atmosfèric

A banda de la distribució de calor i nutrients, l’oceà té una gran paper davant del canvi climàtic que és la capacitat de segrestar CO₂. Quan les algues microscòpiques de l’oceà fan la fotosíntesi, utilitzen el Carboni que ve del CO₂ atmosfèric per sintetitzar matèria orgànica. Part d’aquesta matèria orgànica (inclòs el Carboni) va circulant per la xarxa tròfica o xarxa alimentària quan el fitoplàncton és consumit per organismes filtradors, i aquests per depredadors. Una altra part del Carboni sedimenta cap al fons de l’oceà, on s’hi acumula durant milers d’anys i per tant, a escala humana, no retorna a l’atmosfera en forma de CO₂. Aquest fenomen és conegut com a bomba biològica del carboni i té una importància cabdal perquè redueix la concentració de CO₂ a l’atmosfera, i per tant, ajuda a frenar l’escalfament global del planeta. Les concentracions de CO₂ que tenim actualment a l’atmosfera serien molt superiors sense el paper regulador de l’oceà.

El problema és que aquest procés té una contrapartida negativa: quan l’aigua de mar absorbeix el CO₂ es produeixen reaccions químiques que disminueixen el pH de l’aigua de mar: és el que coneixem com acidificació oceànica. El pH de les aigües oceàniques superficials s’ha fet més àcid des del començament de la Revolució Industrial i s’espera que es continuï acidificant degut al constant increment de les emissions de CO_2.

Un oceà més àcid pot tenir un efecte negatiu sobre els organismes marins que tenen esquelets o closques fetes de carbonat de carbonat de calci (CaCO₃), com els mol·luscs -ostres i cloïsses-, els equinoderms -eriçons i estrelles de mar-, els coralls i també organismes planctònics com coccolitoforals, foraminífers i pteròpodes. Tots ells son organismes calcificadors i l’acidificació actua dissolvent les seves closques o esquelets o bé dificultant la seva formació.

Les conseqüències de la disminució del pH és imprevisible, però el que és evident és que no només afectarà als organismes amb estructures de carbonat de calci, sinó que es produirà un efecte en cascada que incidirà de manera global en la xarxa tròfica marina i en l’estructura dels ecosistemes marins.

L’oceà exhala aerosols que acabaran formant els núvols

Però a banda de l’intercanvi de gasos, com el CO₂ i el O₂, que esdevé entre l’oceà i l’atmosfera com a conseqüència de la respiració i la fotosíntesi, el mar també emet un gran nombre de substàncies que són importants en l’activitat de l’atmosfera i en la regulació del clima: el metà, l’òxid nitrós, compostos de sofre, de nitrogen i hidrocarburs que formen aerosols. El dimetilsulfur (DMS), per exemple, és un gas de sofre produït pel plàncton que els oceans exhalen en petites quantitats però de forma continuada. A l’atmosfera, el DMS pateix unes reaccions químiques i forma partícules que reflecteixen la radiació solar, i actua com a “llavor” on es condensa el vapor d’aigua per formar núvols. Com que, si hi ha més núvols, hi ha menys radiació solar que arriba al mar, el sofre i altres compostos químics d’origen oceànic tenen un efecte refredant contrari a l’efecte hivernacle. La qüestió que ens cal resoldre és si, arran del canvi climàtic, canviarà la intensitat i la composició de l’alè dels oceans, i si això contribuirà a un alentiment o acceleració de l’escalfament global. Els núvols cobreixen dues terceres parts de la superfície de la Terra, reflecteixen i filtren la radiació solar i, tot i que també atrapen l’escalfor que irradia la superfície del planeta, en conjunt són el principal factor de refredament del clima, especialment sobre els oceans.

La Queralt, una estudiant de doctorat de l’ICM que està fent experiments a bord de l‘Hespérides ens explica la petita contribució de POLAR CHANGE per combatre el canvi climàtic:

La interacció oceà-atmosfera es pot entendre com una conversa entre dues entitats. Però per entendre bé una conversa cal conèixer les entitats que articulen les paraules i l’idioma que s’utilitza.

Una entitat, l’atmosfera, és la proveïdora d’energia tant en forma de llum i calor com en forma d’energia mecànica transmesa pel vent. Un dels personatges de l’atmosfera, l’aire, suplementa als oceans elements essencials per la vida com el ferro i el nitrogen. Alhora també pot ser una font de contaminants. L’altra entitat, l’oceà, té mil i una maneres d’influenciar l’atmosfera. Proveeix de vapor d’aigua, emet substàncies amb implicacions òptiques i és responsable de l’intercanvi de calor i gasos d’efecte hivernacle.

Un dels personatges principals d’aquesta conversa és el fitoplàncton marí. El llenguatge que utilitza està format per una llarga llista de compostos químics. Els compostes de sofre són una part important d’aquesta conversa, produïts pel fitoplàncton però importants per l’activitat de l’atmosfera i la regulació del clima. El fitoplàncton utilitza aquests compostos per tal de mantenir el bon funcionament de la cèl·lula i resistir a diferents situacions d’estrès que comporta la vida a l’oceà. La conversa oceà – atmosfera comença doncs quan aquests compostos són alliberats de l’interior cel·lular al medi marí. En aquest nou escenari, els compostos es transformen i es degraden generant noves substàncies, algunes de les quals es volatilitzen a l’atmosfera. Un clar exemple és el dimetilsulfur (DMS). Un cop a l’atmosfera, aquest gas de sofre s’oxida i forma partícules que participen en augmentar la densitat de gotes d’aigua als núvols i per tant en reflectir la radiació solar. Aquest procés disminueix la radiació solar que arriba a l’oceà i, per tant, genera un efecte refredant. Una disminució de la radiació solar també comporta alhora menys producció del fitoplàncton i per tant un alliberament menor de compostos de sofre. Podem definir aquests procés com una retroalimentació negativa, un cicle que s’autoregula i que ens permet postular el plàncton com un regulador del clima.

El canvi climàtic té la capacitat de canviar converses, llenguatges i personatges. Així doncs, el que ens cal investigar és com es donarà aquest canvi i com contribuirà a l’escalfament global, decantant la balança cap a un alentiment o cap a una acceleració.

La investigació inclou les dues parts d’aquesta conversa. Per una banda, com més coneixement adquirim del plàncton més sabrem sobre els processos biològics i la seva influència a l’atmosfera. I per altra banda, cal continuar amb la recerca sobre les reaccions que es donen a l’atmosfera per entendre el seu potencial com a agents climàtics.

Aquesta feina de químics atmosfèrics i ambientals, físics i biòlegs marins treballant conjuntament permet avançar en el coneixement d’una interacció tan complexa, innovadora i poc coneguda com és la interacció oceà, gel i atmosfera.

I fins aquí la nostra proposta “Rumb a l’Antàrtida: 5 setmanes, 5 reptes”.

Per acabar ens encantaria que ens envieu paraules que expressin el que heu sentit, el que heu après o el què us ha arribat de tot el que us hem explicat i transmès.

Si aquest blog us ha fet descobrir la màgia de l’Antàrtida ens donem per satisfetes.

Conèixer és estimar

Estimar és protegir

Adeu exploradors polars, fins a la propera!!

A nosaltres ens ha encantat acompanyar-vos en aquesta exploració!!!