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jueves, 18 de octubre de 2018

Verter Hierro en los Océanos: ¿Receta para un Desastre o Solución Ambiental? (III)

En la primera parte de esta serie, se cuenta como se estableció inicialmente el papel del hierro en la actividad del fitoplancton del océano, mientras que en la segunda parte se cuenta como los avances en química analítica y oceanografía llevaron al consenso científico sobre el tema. "La hipótesis del hierro" había sido establecida, y el escenario estaba listo para poner a prueba esta hipótesis en el océano mismo.



Los primeros experimentos de fertilización con hierro habían sido realizados en cultivos de algas o muestras de agua de mar (Harvey, 1933; 1939; Martin et al, 1990a; 1990b). La pequeña escala de estos experimentos impedía evaluar adecuadamente las consecuencias de la fertilización con hierro a escala oceánica y sus interacciónes con la atmosfera y los seres vivos (Martin, 1990; Coale et al, 1998). Por este motivo se sugería realizar pruebas de fertilización a mayor escala, directamente en el océano (Martin, 1990; Martin et al, 1990a; 1990b; Chisholm & Morel, 1991). El primero de estos ensayos fué el experimento IronEx-I, mencionado en la primera entrada de esta serie. Este ensayo fue llevado a cabo de manera conjunta por Investigadores de diversas áreas, provenientes de varias Instituciones (Martin et al, 1994; Coale, et al, 1998). John Martin, cuyas ideas llevaron al desarrollo del IronEx-I, nunca llegó a conocer sus resultados de este experimento, pues un cáncer avanzado terminó con su vida pocos meses antes de ser realizado. El área cercana a las islas galápagos donde se realizó el estudio fue elegida por los investigadores por ubicarse en una zona de “nutrientes altos/baja clorofila”, la cual además estaba muy bien caracterizada por numerosos estudios oceanográficos y biológicos. También, las buenas condiciones de radiación solar y altas temperaturas de la zona favorecerían el crecimiento rápido de las algas microscópicas (Martin et al, 1994; Coale, et al, 1998).

El sitio del ensayo IronEx-I, al sur de las Islas Galápagos (Coale et al, 1998).

Para el desarrollo del IronEx-I, se eligió un área de 64 kilómetros cuadrados, la cual fue recorrida por la embarcación mientras vertía 15600 litros de una solución con 443 kilogramos de sulfato acídico de hierro (FeSO4), junto con 2000 Litros de una solución de agua de mar saturada con Hexafluoruro de Azufre (SF6). La solución contenía ademas ácido clorhídrico (HCl) para aumentar la disolución del FeSO4 (Martin et al, 1994; Coale, et al, 1998). El SF6 es un compuesto inerte que se utiliza como marcador para rastrear el agua de mar (Upstill-Goddard et al, 1991; Law, 2008). El objetivo era crear un “parche” de agua con mayor contenido de hierro disuelto y monitorear su forma y posición con ayuda del SF6. Los investigadores midieron los parámetros químicos del agua y la respuesta del fitoplancton al Fe, al mismo tiempo que, modo de control, monitoreaban dos áreas por fuera del “parche”. Una de estas áreas, ubicada al oeste de las Islas Galápagos, recibe directamente el flujo de la corriente sur-ecuatorial, la cual es rica en nutrientes, lo cual estimula una mayor productividad primaria y una alta concentración de clorofila. En otras palabras, en esta área se encuentra de manera natural gran cantidad de fitoplancton. La segunda área se ubica al este de las Galápagos, dentro de una zona de “nutrientes altos/baja clorofila” (Martin et al, 1994; Coale, et al, 1998). En ambas zonas se midieron los mismos parámetros químicos y biológicos que en el “parche” experimental, junto con las concentraciones de hierro y otros metales traza presentes de manera natural en ambas áreas. Esto permitiría establecer una comparación entre el “parche” del experimento y dos tipos de condiciones naturales.

El sistema de vertimiento de hierro utilizado en el IronEx-I, explicado de manera esquemática (Coale et al, 1998)

Luego del enriquecimiento de hierro causado por el IronEx-I la concentración de clorofila se incrementó al triple, y la biomasa de algas al doble (Martin et al, 1994; Coale, et al, 1996; 1988). Sin embargo, los nutrientes primarios como el nitrógeno y el fósforo no llegaron a agotarse en el “parche”, indicando que gran parte del hierro se oxidó antes de ser consumido, haciéndose insoluble y nuevamente limitando el desarrollo del fitoplancton. Al comparar con las dos áreas de control, el área al oeste de las islas mostró valores de productividad comparables a los del “parche”, al mismo tiempo que mostraba una concentración de hierro disuelto más alta, probablemente debida a la influencia de la corriente sur-ecuatorial. Las concentraciones de Fe  resultaron ser mucho menores en el área de baja concentración de clorofila. El experimento IronEx-I había mostrado que era posible hacer una prueba de enriquecimiento de hierro a gran escala y monitorearla durante semanas. Esto llevó a otros equipos de investigadores a realizar nuevos ensayos de fertilización, de los cuales se han llevado a cabo alrededor de una docena hasta la fecha (Coale et al 1996; Secretariat of the Convention on Biological Diversity, 2009; Smetacek, et al, 2012).


Las mediciones a diferentes profundidades (líneas quebradas), en los dias siguientes al vertimiento de hierro muestran que al séptimo día (línea 7) nutrientes como el nitrato fueron rápidamente consumidos (izquierda), mientras que la clorofila aumentó rápidamente (derecha). Estas mediciones muestran que en efecto el crecimiento de las algas microscópicas aumentó dramáticamente luego del vertimiento de hierro (Coale et al, 1996).

Los experimentos de campo mostraron que el hierro podía incrementar la producción  de biomasa y la captación de dióxido de carbono. Una era de experimentos de fertilización del océano había comenzado. Sin embargo, las optimistas propuestas para usar del hierro en una manipulación a gran escala el océano y la atmosfera son un tema mucho mas controversial. De eso trataremos en la siguiente entrada de esta serie.

Referencias

  • Chisholm, S. W., Morel, F. M. M. 1991. What controls phytoplankton production in nutrient-rich areas of the open sea? American Society of Limnology and Oceanography Symposium, 22–24 February 1991, San-Marcos, California,Limnology and Oceanography 36(8):U1507–U1511.
  • Coale, K. H., Johnson, K. S., Fitzwater, S. E., Gordon, R. M., Tanner, S., Chavez, F. P., Ferioli, L., Sakamoto, C., Rogers, P., Millero, F., Steinberg, P., Nightingale, P., Cooper, D., Cochlan, W. P., Landry, M. R., & Kudela, R. 1996. A massive Phytoplankton bloom induced by an ecosystem-scale iron fertilization experiment in the equatorial Pcific Ocean. Nature, 383:495-501.
  • Coale, K. H., Johnson, K. S., Fitzwater, S. E., Blain, S. P. G., Stanton, T. P., Coley, T. L. 1998. IronEx-I, an in situ iron-enrichment experiment: Experimental desing, Implementation and results. Deep-Sea Research II 45:919-945.
  • Harvey, H. W. 1933. On the rate of diatom growth. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom. 19(1):253—276.
  • Harvey, H. W. 1939. Substances Controlling the Growth of a Diatom. Journal of the Marine Biological Association of the United Kingdom, 23(2):499-520.
  • Martin, J. H. 1990. Glacial-Interglacial CO2 change: The Iron Hypothesis. Paleoceanography, 5(1):1-13.
  • Martin, J. H., Fitzwater, S. E., & Gordon, R. M. 1990a. Iron Deficiency limits Phytoplankton Growth in Antartic Waters. Global Biogeochemical Cycles, 4(1):5-12.
  • Martin, J. H., Gordon, R. M., & Fitzwater, S. E. 1990b. Iron in Antartic Waters. Nature, 345:156-158.
  • Secretariat of the Convention on Biological Diversity. 2009. Scienti  c Synthesis of the Impacts of
  • Ocean Fertilization on Marine Biodiversity. Montreal, Technical Series No. 45, 53 pages.
  • Smetacek, V., Klaas, C., Strass, V. H., Assmy, P., Montresor, M., Cisewski, B., Savoye, N., Webb, A., d'Ovidio, F., Arrieta, J. M., Bathmann, U., Bellerby, R., Berg, G. M., Croot, P., Gonzalez, S., Henjes, J., Herndl, G. J., Hoffmann, L. J., Leach, H., Losch, M., Mills, M. M., Neill, C., Peeken, I., Röttgers, R., Sachs, O., Sauter, E., Schmidt, M. M., Schwarz, J., Terbrüggen. A., & Wolf-Gladrow, D. 2012. Deep carbon export from a Southern Ocean iron-fertilized diatom bloom. Nature, 487:313-319.
  • Upstill-Goddard, R.C., Watson, A.J., Wood, J., Liddicoat, M.I., 1991. Sulphur hexafluoride and helium-3 as sea-water tracers: deployment techniques and continuous underway analysis for sulphur hexafluoride. Analytica Chimica Acta
  • 249, 555—562.


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