Semear ferro nos oceanos pode não afetar as mudanças climáticas

Semear ferro nos oceanos
Crédito: CC0 Public Domain

Historicamente, os oceanos fizeram grande parte do trabalho pesado do planeta quando se trata de seqüestrar dióxido de carbono da atmosfera. Organismos microscópicos conhecidos coletivamente como fitoplâncton, que crescem nos oceanos da superfície iluminada pelo sol e absorvem dióxido de carbono por meio da fotossíntese, são os principais atores.

Para ajudar a conter as crescentes emissões de dióxido de carbono produzidas pela queima de combustíveis fósseis, alguns cientistas propuseram semear ferro nos oceanos – um ingrediente essencial que pode estimular o crescimento do fitoplâncton. Essa “fertilização com ferro” cultivaria vastos novos campos de fitoplâncton, particularmente em áreas normalmente desprovidas de vida marinha.

Um novo estudo do MIT sugere que a fertilização com ferro pode não ter um impacto significativo no crescimento do fitoplâncton, pelo menos em escala global.

Os pesquisadores estudaram as interações entre fitoplâncton, ferro e outros nutrientes no oceano que ajudam o fitoplâncton a crescer. Suas simulações sugerem que, em escala global, a vida marinha afinou a química do oceano por meio dessas interações, evoluindo para manter um nível de ferro oceânico que suporta um delicado equilíbrio de nutrientes em várias regiões do mundo.

“De acordo com nossa estrutura, a fertilização com ferro não pode ter um efeito geral significativo sobre a quantidade de carbono no oceano, porque a quantidade total de ferro que os micróbios precisam já está correta”, diz o principal autor Jonathan Lauderdale, cientista pesquisador do Departamento de MIT. da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias.

Os co-autores do artigo são Rogier Braakman, Gael Forget, Stephanie Dutkiewicz e Mick Follows no MIT.

Sopa de ligantes

O ferro do qual o fitoplâncton depende para crescer vem em grande parte da poeira que varre os continentes e acaba se instalando nas águas do oceano. Embora grandes quantidades de ferro possam ser depositadas dessa maneira, a maioria desse ferro afunda rapidamente, sem uso, no fundo do mar.

“O problema fundamental é que os micróbios marinhos precisam de ferro para crescer, mas o ferro não permanece por aí. Sua concentração no oceano é tão minúscula que é um recurso precioso”, diz Lauderdale.

Portanto, os cientistas propuseram a fertilização com ferro como uma maneira de introduzir mais ferro no sistema. Mas a disponibilidade de ferro para o fitoplâncton é muito maior se estiver ligada a certos compostos orgânicos que mantêm o ferro na superfície do oceano e são eles próprios produzidos pelo fitoplâncton. Esses compostos, conhecidos como ligantes, constituem o que Lauderdale descreve como uma “sopa de ingredientes” que normalmente provém de resíduos orgânicos, células mortas ou sideróforos – moléculas que os micróbios evoluíram para se ligar especificamente ao ferro.

Não se sabe muito sobre esses ligantes de captura de ferro na escala do ecossistema, e a equipe questionou qual o papel das moléculas na regulação da capacidade do oceano de promover o crescimento do fitoplâncton e, finalmente, absorver o dióxido de carbono.

“As pessoas entenderam como os ligantes ligam o ferro, mas não quais são as propriedades emergentes de tal sistema em escala global e o que isso significa para a biosfera como um todo”, diz Braakman. “Isso é o que tentamos modelar aqui.”

Ponto doce de ferro

Os pesquisadores se propuseram a caracterizar as interações entre ferro, ligantes e macronutrientes, como nitrogênio e fosfato, e como essas interações afetam a população global de fitoplâncton e, simultaneamente, a capacidade do oceano de armazenar dióxido de carbono.

A equipe desenvolveu um modelo simples de três caixas, com cada caixa representando um ambiente geral do oceano com um equilíbrio particular de ferro versus macronutrientes. A primeira caixa representa águas remotas, como o Oceano Antártico, que normalmente possuem uma concentração decente de macronutrientes que ressurgem do fundo do oceano. Eles também têm um baixo teor de ferro, dada a grande distância de qualquer fonte de poeira continental.

A segunda caixa representa o Atlântico Norte e outras águas que têm um equilíbrio oposto: alto em ferro devido à proximidade com continentes empoeirados e baixo em macronutrientes. A terceira caixa é um substituto para o oceano profundo, que é uma fonte rica de macronutrientes, como fosfatos e nitratos.

Os pesquisadores simularam um padrão geral de circulação entre as três caixas para representar as correntes globais que conectam todos os oceanos do mundo: a circulação começa no Atlântico Norte e mergulha no fundo do oceano, depois afunda no Oceano Antártico e retorna ao norte. Atlântico.

A equipe estabeleceu concentrações relativas de ferro e macronutrientes em cada caixa e, em seguida, executou o modelo para ver como o crescimento do fitoplâncton evoluiu em cada caixa ao longo de 10.000 anos. Eles executaram 10.000 simulações, cada uma com diferentes propriedades do ligante.

Fora de suas simulações, os pesquisadores identificaram um loop de feedback positivo crucial entre ligantes e ferro. Oceanos com maiores concentrações de ligantes também possuíam maiores concentrações de ferro disponíveis para o fitoplâncton crescer e produzir mais ligantes. Quando os micróbios têm mais do que suficiente ferro para se alimentar, eles consomem o máximo de outros nutrientes que precisam, como nitrogênio e fosfato, até que esses nutrientes estejam completamente esgotados.

O oposto é verdadeiro para oceanos com baixas concentrações de ligantes: eles têm menos ferro disponível para o crescimento do fitoplâncton e, portanto, têm muito pouca atividade biológica em geral, levando a um menor consumo de macronutrientes.

Os pesquisadores também observaram em suas simulações uma faixa estreita de concentrações de ligantes que resultaram em um ponto ideal, onde havia a quantidade certa de ligante para disponibilizar ferro suficiente para o crescimento do fitoplâncton, deixando também a quantidade certa de macronutrientes sobrando para sustentar um novo ciclo de crescimento em todas as três caixas oceânicas.

Quando compararam suas simulações às medições das concentrações de nutrientes, ferro e ligantes obtidas no mundo real, descobriram que o intervalo simulado de ponto doce era a combinação mais próxima. Ou seja, os oceanos do mundo parecem ter a quantidade certa de ligantes e, portanto, de ferro, disponíveis para maximizar o crescimento do fitoplâncton e consumir idealmente macronutrientes, em um equilíbrio de recursos auto-reforçado e auto-sustentável.

Se os cientistas fertilizassem amplamente o Oceano Antártico ou quaisquer outras águas com ferro empobrecido, o esforço estimularia temporariamente o fitoplâncton a crescer e absorver todos os macronutrientes disponíveis naquela região. Mas, eventualmente, não haveria macronutrientes circulando para outras regiões como o Atlântico Norte, que depende desses macronutrientes, juntamente com o ferro dos depósitos de poeira, para o crescimento do fitoplâncton. O resultado líquido seria uma eventual diminuição do fitoplâncton no Atlântico Norte e nenhum aumento significativo na redução do dióxido de carbono em todo o mundo.

Lauderdale ressalta que também pode haver outros efeitos indesejados na fertilização do ferro com o oceano austral.

“Temos que considerar todo o oceano como esse sistema interconectado”, diz Lauderdale, que acrescenta que, se o fitoplâncton no Atlântico Norte despencasse, o mesmo ocorreria com toda a vida marinha na cadeia alimentar que depende dos organismos microscópicos.

“Algo como 75% da produção ao norte do Oceano Antártico é alimentado por nutrientes do Oceano Antártico, e os oceanos do norte são onde está a maioria das pescarias e onde ocorrem muitos benefícios ao ecossistema para as pessoas”, diz Lauderdale. “Antes de despejar cargas de ferro e extrair nutrientes no Oceano Antártico, devemos considerar consequências indesejadas rio abaixo que potencialmente tornam a situação ambiental muito pior”.