Bomba biológica
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La bomba biológica, también denominada bomba de carbono marino, se refiere a la fijación de carbono proveniente de la atmósfera y de la escorrentía terrestre por el océano. Este mecanismo natural de fijación de carbono es impulsado biológicamente, ya que organismos marinos durante todo su ciclo de vida consumen carbono y lo incorporan a sus tejidos. Al alimentarse, defecar o morir, estos organismos transportan el carbono desde la superficie de los océanos hacia su interior y eventualmente el carbono será depositado en el lecho marino.[1][2]
La bomba biológica es parte del ciclo del carbono oceánico a través del cual la materia orgánica, formada principalmente por el fitoplancton durante la fotosíntesis (bomba de tejido blando), es transportada desde aguas superficiales hacia las profundidades del océano. La bomba biológica también forma parte del ciclo del carbonato de calcio (CaCO3), el cual es utilizado por ciertos organismos como el plancton y los moluscos para formar conchas y caparazones (bomba de carbonato).[3]
El cálculo de la eficiencia de la bomba biológica de carbono se basa en la proporción de carbono que es parte de la sedimentación (exportación de carbono) y que forma parte de la remineralización (liberación a la atmósfera).
La bomba biológica incluye varios procesos, cada uno de los cuales puede influir en la eficacia del bombeo biológico. En general, cada año la bomba transfiere alrededor de 11 gigatoneladas de carbono al interior del océano. El carbono capturado por los océanos se mantendrá fuera de contacto con la atmósfera durante varios miles de años o incluso más tiempo. Si el océano no contara con una bomba biológica, entonces los niveles de dióxido de carbono atmosférico serían alrededor de 400 ppm más altos que en la actualidad.
La bomba biológica depende de la proporción de materia orgánica primaria producida que sobrevive a la degradación en la zona eufótica (parte del océano que es iluminada por el sol) y que se exporta desde las aguas superficiales hacia el interior del océano, donde se mineraliza a carbono inorgánico. Como resultado el carbono se transporta contra el gradiente de carbono inorgánico disuelto (CID) desde la superficie hasta las profundidades del océano. Esta transferencia se produce mediante la mezcla física y el transporte de carbono orgánico disuelto y particulado (COP), las migraciones verticales de organismos (zooplancton, peces) y mediante la sedimentación gravitacional de carbono orgánico particulado.[5][6][7]
La bomba biológica se puede dividir en tres fases distintas, la primera de las cuales es la producción de carbono fijo por fotótrofos planctónicos en la zona eufótica del océano. En estas aguas superficiales, el fitoplancton usa dióxido de carbono (CO2), nitrógeno (N), fósforo (P) y otros oligoelementos (bario, hierro, zinc, etc.) durante la fotosíntesis para producir carbohidratos, lípidos y proteínas. Algunos tipos de plancton (por ejemplo, cocolitóforos y foraminíferos) combinan calcio (Ca) y carbonatos disueltos (ácido carbónico y bicarbonato) para formar una capa protectora de carbonato de calcio (CaCO3).[8]
Una vez que este carbono se fija en el tejido blando o duro, los organismos permanecen en la zona eufótica para ser reciclados como parte del ciclo de nutrientes regenerativos o, una vez que mueren, continúan con la segunda fase de la bomba biológica y comienzan a hundirse en el suelo del océano. Las partículas que se hunden a menudo forman agregados a medida que se hunden, lo que aumenta considerablemente la velocidad de hundimiento. Es esta agregación la que le da a las partículas una mejor oportunidad de escapar de la depredación y descomposición en la columna de agua y eventualmente llegar al fondo del mar.[8]
El carbono fijo que es descompuesto por las bacterias ya sea en el camino hacia abajo o una vez en el fondo del mar ingresa a la fase final de la bomba y se remineraliza para ser utilizado nuevamente en la producción primaria. Las partículas que escapan de estos procesos por completo quedan atrapadas en el sedimento y pueden permanecer allí durante millones de años. Es este carbono secuestrado el responsable de, en última instancia, reducir el CO2 atmosférico.[8]
El diagrama a la izquierda ilustra los componentes de la bomba biológica. La biología, la física y la gravedad interactúan para bombear carbono orgánico a las profundidades marinas. Los procesos de fijación de carbono inorgánico en materia orgánica durante la fotosíntesis, su transformación por procesos de la red alimentaria (trofodinámica), mezcla física, transporte y asentamiento gravitacional se denominan colectivamente bomba biológica.[9]
La bomba biológica es responsable de transformar el carbono inorgánico disuelto (CID) en biomasa orgánica y bombearlo en forma particulada o disuelta al océano profundo. Los nutrientes inorgánicos y el dióxido de carbono son fijados durante la fotosíntesis por el fitoplancton, que liberan materia orgánica disuelta (MOD) y son consumidos por el zooplancton herbívoro. El zooplancton más grande, como los copépodos, ingieren gránulos fecales que se pueden volver a ingerir y hundirse o acumularse con otros detritos orgánicos en agregados más grandes que se hunden más rápidamente. MOD es parcialmente consumido por bacterias (puntos negros) y respira; el MOD refractario restante se adveciona y se mezcla en las profundidades marinas. El MOD y los agregados exportados a las aguas profundas se consumen y respiran, devolviendo así el carbono orgánico al enorme depósito oceánico profundo de CID. Aproximadamente el 1% de las partículas que salen de la superficie del océano llegan al lecho marino y se consumen, respiran o se entierran en los sedimentos. Allí, el carbono se almacena durante millones de años. El efecto neto de estos procesos es eliminar el carbono en forma orgánica de la superficie y devolverlo a CID a mayores profundidades, manteniendo el gradiente oceánico de superficie a profundo de CID. La circulación termohalina devuelve el CID de los océanos profundos a la atmósfera en escalas de tiempo milenarias.[9]
Producción Primaria
El primer paso de la bomba biológica es la síntesis de compuestos orgánicos e inorgánicos por el fitoplancton en las aguas superficiales que son iluminadas por el sol. Compuestos orgánicos en forma de azúcares, carbohidratos, lípidos y proteínas son sintetizados durante el proceso de la fotosíntesis:
CO2 + H2O + luz → CH2O + O2
Adicionalmente al carbono, la materia orgánica del fitoplancton está compuesta de nitrógeno, fósforo y varios oligoelementos metálicos. La proporción de carbono, nitrógeno y fósforo varía de acuerdo a la ubicación geográfica, pero en promedio la proporción es cercana a 106C:16N:1P. Esta proporción es conocida como la Relación de Redfield. Oligoelementos metálicos como el magnesio, cadmio, hierro, calcio, bario y cobre se los encuentra en concentraciones muchísimo menores en el material ogánico del fitoplancton. Sin embargo, estos metales son necesarios durante ciertos procesos metabólicos, por lo que pueden convertirse en nutrientes limitantes durante la fotosíntesis debido a su baja abundancia en la columna del agua.
Cerca de la mitad de la fijación de carbono a nivel global es fruto de la producción primaria del océano. A pesar de que el fitoplancton marino representa menos del 1% de la biomasa total de organismos fotosintéticos en el mundo, ellos fijan aproximadamente 50–60 Pg de carbono cada año. La mayor parte de la fijación de carbono (aprox. 80%) es llevada a cabo en el mar abierto, mientras que el resto ocurre en regiones de afloramiento, las cuales son áreas marinas altamente productivas. Esto significa que las regiones de afloramiento fijan 2 o 3 veces más carbono por área que las áreas de mar abierto, las cuales representan más del 90% del área total del océano, lo cual hace de esta región el mayor contribuyente a la fijación de carbono.
