Novas pesquisas mostram que as ondas de calor marinhas podem remodelar as cadeias alimentares marinhas, retardando o transporte de carbono para as profundezas do oceano e reduzindo a capacidade do oceano de amortecer as alterações climáticas. O estudo foi publicado na revista Science comunicações da natureza em 6 de outubro por uma equipe de pesquisa interdisciplinar do MBARI, da Escola Rosenstiel de Ciências Marinhas, Atmosféricas e da Terra da Universidade de Miami, do Instituto Hakai, da Universidade de Xiamen, da Universidade da Colúmbia Britânica, da Universidade do Sul da Dinamarca e da Fisheries and Oceans Canada.
Para explorar o impacto das ondas de calor marinhas nas cadeias alimentares marinhas e nos fluxos de carbono, a equipe combinou vários conjuntos de dados que rastreiam as condições biológicas na coluna de água do Golfo do Alasca ao longo de mais de uma década. Durante este período, a região sofreu duas ondas de calor marinhas consecutivas, uma em 2013 a 2015, conhecida como “Blob”, e outra em 2019 a 2020.
“O oceano tem uma bomba biológica de carbono, que normalmente atua como uma correia transportadora, transportando carbono da superfície do oceano para o oceano profundo. Este processo é alimentado pelos microrganismos que formam a base da cadeia alimentar do oceano, incluindo bactérias e plâncton, “disse a autora principal Mariana Bif, ex-especialista em pesquisa do MBARI e agora professora assistente no Departamento de Ciências Marinhas do Rosenstiel College. “Neste estudo, queríamos acompanhar como as ondas de calor marinhas afetam esses microrganismos e ver se esses efeitos estão relacionados com a quantidade de carbono produzido e exportado para as profundezas do oceano”.
A equipe de pesquisa usou informações coletadas pelo Global Ocean Biogeochemistry (GO-BGC) Array, um projeto colaborativo financiado pela National Science Foundation e liderado pelo MBARI que usa bóias robóticas para monitorar a saúde dos oceanos. O projeto GO-BGC implanta centenas de bóias autônomas Biogeoquímicas Argo (BGC-Argo) para medir as condições do oceano, como temperatura, salinidade, nitratos, oxigênio, clorofila e carbono orgânico particulado (POC), subindo e descendo a coluna de água a cada 5 a 10 dias. A equipe também analisou dados sazonais de pesquisas realizadas em navios que rastreiam a composição da comunidade planctônica, incluindo a química dos pigmentos e o sequenciamento do DNA ambiental (eDNA) em amostras de água do mar coletadas durante o programa da Linha P administrado pela Fisheries and Oceans Canada.
O estudo descobriu que as ondas de calor marinhas afectam as bases das cadeias alimentares marinhas, e estes efeitos estão ligados a mudanças na forma como o carbono é circulado através da água. No entanto, as mudanças na cadeia alimentar durante as duas ondas de calor não foram consistentes.
Em condições típicas, o fitoplâncton semelhante a uma planta converte o dióxido de carbono em matéria orgânica. Esses microrganismos são a base da cadeia alimentar marinha. Quando são consumidos por animais maiores e excretados como resíduos, são convertidos em partículas orgânicas de carbono que descem da superfície para o oceano profundo através do meio do oceano ou da zona crepuscular (200 a 1.000 metros, cerca de 660 a 3.300 pés). Este processo retém o carbono atmosférico nos oceanos durante milhares de anos.
Durante a onda de calor de 2013-2015, a produção superficial de carbono pelo plâncton fotossintético foi elevada no ano seguinte, mas em vez de afundarem rapidamente nas profundezas do oceano, as pequenas partículas de carbono acumularam-se a cerca de 200 metros (cerca de 660 pés) debaixo de água.
Durante a onda de calor de 2019-2020, a acumulação de partículas de carbono à superfície no primeiro ano atingiu níveis recordes, o que não pode ser atribuído apenas à produção de carbono pelo fitoplâncton. Em vez disso, esta acumulação pode dever-se à reciclagem de carbono pelos organismos marinhos e à acumulação de resíduos detríticos. Este pulso de carbono afundou então na zona crepuscular, mas permaneceu em profundidades de 200 a 400 metros (cerca de 660 a 1.320 pés), em vez de afundar nas profundezas do oceano.
A equipe atribuiu a diferença no transporte de carbono entre as duas ondas de calor às mudanças nas populações de fitoplâncton. Estas mudanças propagam-se em cascata através da cadeia alimentar, levando a um aumento na abundância de pequenos herbívoros que não produzem partículas de resíduos que se afundam rapidamente, pelo que o carbono é retido e reciclado na superfície e na zona crepuscular superior, em vez de afundar para profundidades maiores.
“Nosso estudo descobriu que essas duas grandes ondas de calor marinhas alteraram as comunidades de plâncton e interromperam a bomba biológica de carbono do oceano”, disse Biff. “A correia transportadora que transporta o carbono da superfície para as profundezas do oceano ficou obstruída, aumentando o risco de o carbono retornar à atmosfera em vez de ficar preso nas profundezas do oceano”.
Este estudo mostra que nem todas as ondas de calor marinhas são iguais. Diferentes linhagens de plâncton diminuem e fluem durante estes eventos de aquecimento, destacando a necessidade de monitorização coordenada e a longo prazo das condições biológicas e químicas marinhas para modelar com precisão os diversos e abrangentes impactos ecológicos das ondas de calor marinhas.
“Este estudo marca um novo e excitante capítulo na monitorização dos oceanos. Para compreender verdadeiramente como as ondas de calor afectam os ecossistemas marinhos e os processos oceânicos, precisamos de dados observacionais antes, durante e depois da ocorrência das ondas de calor. Este estudo incluiu bóias robóticas, química de pigmentos e sequenciação genética, que se juntam para contar toda a história. Este é um excelente exemplo de como a colaboração pode ajudar-nos a responder a questões críticas sobre a saúde dos oceanos”, disse o autor principal Ken Johnson, cientista sénior do MBARI. Investigador principal do projeto GO-BGC e coautor do estudo.
Observações e modelos oceânicos mostram que as ondas de calor marinhas cresceram e se intensificaram nas últimas décadas. O oceano absorve um quarto das emissões de dióxido de carbono todos os anos, à medida que as partículas de carbono afundam da superfície para as profundezas do oceano. O aquecimento dos oceanos significa que menos carbono é armazenado, acelerando as alterações climáticas. Além das mudanças no transporte de carbono, as mudanças no plâncton, na base das cadeias alimentares marinhas, também têm repercussões na vida marinha e na indústria humana.
“As alterações climáticas estão a conduzir a ondas de calor marinhas mais frequentes e intensas, destacando a necessidade de uma monitorização contínua e a longo prazo dos oceanos para compreender e prever como as futuras ondas de calor marinhas irão impactar os ecossistemas, as pescas e o clima”, disse Biff.
Este trabalho foi apoiado pelo programa GO-BGC da National Science Foundation (apoio operacional do Prêmio NSF 1946578 e Prêmio NSF 2110258) e foi apoiado por David e Lucile Apoio adicional da Fundação Packard, da Fundação Nacional de Ciência da China (Grant No. 42406099), dos Fundos de Pesquisa Fundamental para as Universidades Centrais (Grant No. 20720240105), do Centro Dinamarquês para Pesquisa Abissal (Concessão No. DNRF145) e o Programa P de Pesca e Linha Oceânica.
