L’oceà i el canvi global

Figura 2. Profileració massiva de l’alga Alexandrium taylori a la platja de la Fosca de Palamós durant l’estiu de 2001. Imatge de les actuacions de vigilància aèria de l’Agència Catalana de l’Aigua

Oceans and global change. The oceans cover two thirds of the Earth’s surface. Such an enormous mass of salty water plays a key role in regulating the balance and distribution of heat, momentum, oxygen and CO2 and, hence, in regulating climate. But the oceans are more than salty water: they host a huge and diverse biosphere that is responsible for the exchange of climatically active substances with the atmosphere. Global Change is affecting the sea’s breathing in a way which is still largely unknown. It also affects marine biodiversity and threatens the survival of ancient ecosystems and exploitable resources. Predicting not only the effects of Global Change on the oceans but also their timing and their feedback responses on climate, requires the improvement of our observational systems and the integration of observations into holistic (Earth System) research approaches.

Habitem un planeta blau. Ens ho havien dit els pocs i afortunats que l’havien vist des de naus espacials, i ara podem veure’l a cada instant gràcies als satèl·lits, el més recent l’europeu Envisat, que enregistren a cada moment el seu batec. I és blau per què l’oceà cobreix el 70% de la superfície del planeta. D’aquesta xifra se’n dedueix que l’oceà és un dels principals protagonistes del canvi global, sigui com a receptor dels canvis que poden alterar-ne la dinàmica, sigui com a promotor o tamponador dels efectes que els canvis podrien tenir.

«L’oceà és un dels principals protagonistes del canvi global, sigui com a receptor dels canvis que poden alterar-ne la dinàmica, sigui com a promotor o tamponador dels efectes que els canvis podrien tenir»

Molt més que aigua salada

Pel fet de ser una massa d’aigua tan enorme, l’oceà representa un paper extraordinari com a acumulador i transmissor de calor de les zones més càlides (tròpics) a les més fredes (subpolars). L’aigua oceànica també dissol el diòxid de carboni atmosfèric (CO2), el gas hivernacle que és la principal causa de l’escalfament del planeta. Però l’oceà no és tan sols una massa d’aigua salada i prou, sinó que és ple de vida. Amb l’ajut d’un microscopi podem veure el plàncton de l’oceà: principalment les algues unicel·lulars i els cianobacteris (fitoplàncton) que fan la fotosíntesi, els animalons i protozous (zooplàncton) que es mengen les algues, i els bacteris (bacterioplàncton) que es nodreixen dels exsudats i de les restes de les algues i dels altres organismes. Entre una tercera part i la meitat de la producció primària fotosintètica de tot el planeta té lloc al mar, malgrat que menys de l’1% de la massa d’organismes productors a la terra és al mar. Tanmateix, la majoria del CO2 fixat en la fotosíntesi marina és respirat i retornat ràpidament a l’atmosfera, en un cicle més o menys estable. Però una part petita sedimenta cap a aigües més fondes i s’hi queda entre 500 i 1.000 anys, i una part més petita arriba als sediments i hi queda retinguda durant temps encara més llargs. Quan els oceanògrafs parlem de la bomba biològica de CO2 a l’oceà, volem dir que són els organismes que hi viuen els que fan que part del gas que hi entra no en surti a curt termini. De fet, la proporció de producció primària que esdevé “segrestada” a llarg termini al fons de l’oceà depèn essencialment de l’estructura de la comunitat de plàncton, estructura que varia en l’espai i en el temps en funció de les condicions climàtiques. Per tant, la capacitat de la biosfera oceànica per reduir el CO2 atmosfèric i passar-lo a formes més conservades, és a dir per interactuar amb el clima, varia en funció del mateix clima. Dit d’altra manera, el lligam entre plàncton i clima és estret i funciona en tots dos sentits.

L’alè del mar

«Les marees roges han augmentat els darrers anys gràcies a les creixents modificacions del litoral i a l’increment de nutrients a la costa»

El paper de l’oceà davant el canvi climàtic va més enllà de la capacitat de segrestar CO2. El mar emet un gran nombre de substàncies que també 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 a la troposfera, compostos halogenats que intervenen en la destrucció de l’ozó a l’estratosfera, etc. La llista de substàncies que formen part de l’alè del mar és llarga; totes elles representen un paper en les propietats de l’atmosfera i la regulació del clima. El dimetilsulfur, per exemple, és un gas de sofre produït pel plàncton que els oceans exhalen en petites quantitats però de forma continuada. A l’atmosfera, s’oxida per formar partícules que reflecteixen la radiació solar tant de forma directa com a base d’augmentar la densitat de gotes d’aigua que formen els núvols. Com que, si hi ha més núvols, hi ha menys radiació solar que arriba al mar, el sofre d’origen oceànic té 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 (retroalimentació negativa) o acceleració (retroalimentació positiva) de l’escalfament global.

La mar de canvis

L’escalfament de l’atmosfera incrementa la temperatura de l’aigua del mar (vegeu capsa sobre l’Antàrtida). Segons els models actuals de canvi climàtic, això fa canviar el règim de barreja vertical en moltes regions de l’oceà, amb conseqüències importants per a la disponibilitat de nutrients per al fitoplàncton i, a la llarga per a la producció pesquera, i per a l’exposició dels organismes a la radiació solar. L’augment de CO2 a l’atmosfera suposa un increment de CO2 dissolt a l’aigua del mar. Això fa l’aigua lleugerament més àcida, la qual cosa és perjudicial per als organismes que produeixen esquelets o closquetes de carbonat càlcic. Per posar un exemple, la formació d’esculls coralins equatorials, i probablement també la formació de corall vermell a la Mediterrània, es poden veure afectats per aquest augment de l’acidesa. Cal esperar, també, que els fenòmens tempestuosos siguin més freqüents. Tots aquests canvis són subtils i s’esdevenen de forma progressiva; tanmateix afecten, encara no sabem ben bé com, la composició, la distribució geogràfica i el funcionament de les comunitats de plàncton de l’oceà, i, de retruc, la capacitat de la biosfera marina com a moduladora del clima (figura 1).

Figura 1. Interrelacions positives i negatives entre la mar i l’atmosfera.

L’antropocè

El canvi global és més que un canvi climàtic: els humans hem afectat de forma important i molt diversa els sistemes naturals en els darrers segles. Els sistemes marins no en són una excepció. No tots aquests efectes són de tipus climàtic, també n’hi ha de directes sobre l’extensió i funcionament del sistema. Per això sovint parlem de canvi global més que de canvi climàtic. Per exemple, la sobreexplotació pesquera sobre el bacallà del Mar del Nord impedeix que hi hagi exemplars adults que poden aguantar bé la variabilitat climàtica d’un any a un altre, de manera que la població actual és més sensible als efectes adversos que els increments de temperatura tenen sobre el reclutament de les poblacions. Però hi ha més efectes directes dels humans sobre l’ecosistema oceànic: l’increment de nutrients que arriben al mar (l’eutrofització), els canvis en la utilització del sòl i les aigües continentals que es tradueixen en canvis en el transport de partícules a l’oceà i per tant en l’alteració de les línies de costa i la regressió dels deltes, la pressió urbanística sobre la costa que comporta la destrucció de la vegetació i que repercuteix sobre l’ecosistema marí costaner, la sobreexplotació dels recursos pesquers, la pèrdua d’hàbitats i de biodiversitat, etc. L’impacte que les activitats humanes estan tenint en el conjunt del planeta, incloent-hi els oceans, és tan divers i significatiu que el químic de l’atmosfera i premi Nobel Paul Crutzen 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, l’inici de la industrialització amb combustibles fòssils, i l’inici de l’increment de les concentracions de CO2 i de metà a l’atmosfera.

«L’augment de CO2 a l’atmosfera suposa un increment de CO2 dissolt a l’aigua del mar, que afecta la formació d’esculls coralins a les zones equatorials i, probablement, la formació de corall vermell a la Mediterrània»

Un exemple proper a nosaltres de l’efecte combinat i sinèrgic de l’increment de la pressió humana i els canvis climàtics és el de l’increment detectat en els darrers anys de la presència de les anomenades “purgues de mar”, “marees roges” o “discoloracions marines” a les costes de la Mediterrània i d’arreu (figura 2). Aquestes taques de fitoplàncton que tenyeixen el mar poden arribar a contenir toxicitat i malmetre la producció de les piscifactories. Els darrers anys han augmentat per culpa de les creixents modificacions del litoral –particularment la construcció de ports esportius i altres estructures que retenen l’aigua– i gràcies a l’increment de nutrients a la costa. Però hi ha prou proves també que lliguen alguns d’aquests fets amb els canvis climàtics que han pogut ser enregistrats en els darrers anys: canvis en els sistemes de pressió de l’Atlàntic Nord i el Pacífic Nord que també es reflecteixen en els cicles d’El Niño i de la NAO (oscil·lació de l’Atlàntic Nord) i increments de la temperatura global. Així mateix, les epidèmies de còlera a la badia de Benga s’han correlacionat amb aquestes oscil·lacions, amb els increments de temperatura que se’n deriven, i amb l’increment de nutrients d’origen antropogènic detectats a la costa. També s’ha detectat un augment de les plagues de meduses que arribe a les costes, cosa que afecta greument el sector turístic. Les plagues de meduses apareixen en els anys secs, quan les poques pluges, fan que les aigües properes a la costa estiguin a una temperatura similar a les aigües de mar obert i no es formi cap barrera hidrogràfica que les separi. Així, les meduses que creixen a 20-40 milles de la costa són arrossegades cap a les platges pels vents de mar a terra (brises). L’increment de la pressió pesquera també genera l’increment de poblacions de zooplàncton gelatinós (meduses, sifonòfors, etc.), carnívors que substitueixen els peixos en les cadenes tròfiques.

L’escalfament de les aigües també afecta les comunitats bentòniques i provoca, per exemple, la degradació dels esculls de corall. S’ha vist que l’increment de només un grau de temperatura provoca canvis en la fisiologia dels coralls, que els fa perdre les algues simbionts i n’impedeix el creixement. Aquest blanqueig (bleaching) que s’observa en molts esculls de corall (figura 3) sembla que serà quasi irrecuperable a curt termini. L’aportació de sediments a les aigües costaneres a causa de l’increment de la pressió urbanística i als incendis en la franja litoral fa que la quantitat de llum que arriba als coralls sigui molt baixa i provoqui la seva mortalitat massiva. Aquests fenòmens climàtics amb un fort component antropogènic han debilitat els coralls i han afavorit el desenvolupament dels seus depredadors, com ara l’estrella Acantaster planci (corona d’espines) que pot devastar esculls complets en poques setmanes (figura 3). Tot plegat fa que s’estimi que un de cada tres esculls coral·lins del món hi està afectat seriosament.

Figura 3. Escull de corall de l’oceà Índic on es pot veure: a dalt, un escull d’Acropora aspera on part de les colònies encara són vives i al­tres presenten blanqueig; al mig, una colònia d’Acropora completament buida de teixit i morta; i a baix, una altra colònia d’Acropora que és devorada per l’estrella de mar Acantaster planci. Fotos: J. M. Gili

Refem el trencaclosques

L’estudi de la implicació de l’oceà en el canvi global no és fàcil. Demana aproximacions pluridisciplinars que abracin des de la determinació de les molècules que hi ha dissoltes en una gota d’aigua fins a la mesura dels grans corrents marins, des de la genètica dels microbis fins a l’observació de la Terra des de l’espai. I demana, sobretot, que l’integrem en una aproximació holística del planeta. En els últims deu o quinze anys hem anat construint una nova ciència anomenada del sistema Terra. Ja des de l’inici de la ciència moderna hi havia hagut personatges que defensaven que el funcionament i evolució de la Terra només es podia entendre si es considerava com a sistema singular, tal i com s’havia fet amb, posem per cas, el cos humà. Però la veritable eclosió de la ciència del sistema Terra ha vingut amb el desenvolupament dels satèl·lits d’observació global, de la supercomputació aplicada a la integració de dades i a la construcció de models globals, i de les eines de reconstrucció dels climes i l’atmosfera del passat. Avui entenem que hem de posar l’esforç no només en el coneixement de la dinàmica de cada un dels grans compartiments del planeta (atmosfera, geosfera, hidrosfera, criosfera, biosfera) sinó en l’estudi de les relacions, sempre bidireccionals, que hi ha entre tots ells. Només així podrem acostar-nos a una predicció dels canvis que ens esperen.

    Els models que actualment s’utilitzen per simular les condicions ambientals del futur tot just comencen a incorporar tot aquest entrellat d’interrelacions. La resposta del clima al forçament antropogènic no és unidireccional, sinó que és plena de sinergies i retroalimentacions en les quals la biosfera té un paper determinant però encara molt desconegut. A l’oceà, per exemple, encara no coneixem prou bé què regula la composició i la dinàmica del plàncton com per poder simular amb garanties quina resposta tindrà amb l’escalfament global. Tampoc no sabem quina velocitat han de tenir els canvis perquè puguin ser (o no ser) assimilats pels organismes marins. Això afegeix un llast d’incertesa a les prediccions de la intensitat i el tempo del canvi global i dels seus efectes.

Conèixer per predir

Juntament amb la necessitat de realitzar aquests estudis integrats del sistema Terra, és necessari tenir el millor coneixement possible de l’oceà abans de poder predir com serà afectat i com respondrà en un futur canviant. Malament podem predir els efectes d’un increment de temperatura sobre, per exemple, la diversitat de les algues marines si no coneixem aquesta diversitat. És feina d’oceanògrafs i de biòlegs, geòlegs, físics i químics marins avançar en el coneixement dels mars que ens envolten, alhora que cerquem informació sobre el passat de la terra escrit en roques i sediments, i intentem predir el futur amb models i amb experiments de laboratori. Certament això dóna sentit a la nostra feina de cada dia.

Els mars antàrtics: claus del passat, interrogants del futur

Els paisatges de l’Àrtic i l’Antàrtida són, a més d’extraordinàriament bells, els menys alterats per l’activitat humana. I no són irrellevants a escala planetària: sumen el 13% de la superfície de la Terra –extensió semblant a la dels deserts o la tundra–, i els 32,4 milions de km³ de gel representen el 70% de l’aigua dolça del món. Les seves aigües fredíssimes són una font d’inspiració contínua per a la recerca oceanogràfica, entre altres motius perquè són curulles de vida. Els models de predicció diuen que les regions polars són unes de les més sensibles al canvi global. Segons els models, canviarà l’extensió del mar gelat, la temperatura i la densitat de l’aigua, i l’exposició dels microorganismes a la radiació ultraviolada, per l’eixamplament del forat de la capa d’ozó i la persitència de capes superficials d’aigua menys densa. El canvi climàtic, pel fet de reduir les àrees amb gel marí al voltant del continent, ja afecta les zones de reproducció del krill, base de totes les cadenes alimentàries marines i terrestres de l’ecosistema antàrtic, amb conseqüències per a la xarxa tròfica marina però també amb conseqüències econòmiques importants. El desglaç d’àmplies zones de la plataforma de gel alterarà les zones on creix el bentos antàrtic perquè elimina les àrees de plataforma continental amb formació de gel marí al damunt, però també pot forçar canvis en els hàbits alimentaris dels mamífers marins. Encara que els desglaços són freqüents, i la formació d’icebergs no té res d’estrany, l’aparició d’una colla d’icebergs gegantins ara fa un parell d’anys, el desglaç d’àrees immenses o l’aïllament dels pingüins han arribat a ser notícia rellevant fins i tot als noticiaris de les televisions de casa nostra. Tot plegat, sens dubte, són alteracions en uns ecosistemes marins (de superfície i de fons) que tot just ara comencem a conèixer.

Per saber més coses
http://www.icm.csic.es/bio/outreach_c.htm
http://envisat.esa.int
http://seawifs.gsfc.nasa.gov/SEAWIFS.html
http://earthobservatory.nasa.gov/
http://www.igbp.kva.se
http://earthobservatory.nasa.gov/Features/Coral/

© Mètode 2013 - 34. Canvi global - Estiu 2002