Actividad Solar, Biota Terrestre y Cambio Climático

Jaime Osorio Rosales

Instituto de Geofísica, UNAM

jaime@geofisica.unam.mx

 

Actualmente se acepta la noción de que la biota (animales, plantas y otros organismos) de la Tierra no sólo se adapta pasivamente a las condiciones ambientales, sino que también influye en ellas por medio de regulaciones en la composición química de la atmósfera.

En la década de los ochenta algunos investigadores1 propusieron que si llegara más radiación a la superficie de los océanos por efecto del calentamiento global, la fotosíntesis realizada por el fitoplancton produciría más dimetilsulfuro (DMS), lo que generaría un mayor albedo2 en la atmósfera y, en consecuencia, menor radiación solar en la superficie de los océanos. Esto podría verse como un proceso por el cual la biota autorregula la temperatura y el clima del planeta, manteniendo una condición estable.

Al oxidarse el DMS en la atmósfera, se convierte en diminutas partículas que contribuyen a crear núcleos de condensación que promueven la formación de nubes. Estos núcleos absorben y dispersan la radiación solar de regreso al espacio, provocando un enfriamiento en el clima del planeta.

Por otro lado, la variabilidad solar también se ha propuesto como moduladora del clima a través de, por ejemplo, la irradiancia solar y la modulación que ejerce sobre los rayos cósmicos. La biota, a su vez, es afectada por la variabilidad solar.

A partir de investigaciones en todo el mundo, se ha logrado formar una base de datos con registros de DMS, la cual ha sido particularmente útil en la creación de modelos y algoritmos que predicen sus concentraciones en todo el planeta. Los datos provienen de distintas regiones y épocas del año; sin embargo, aún hay zonas con muy pocos registros, y los algoritmos propuestos a veces son inexactos para vastas regiones oceánicas.

El DMS se difunde a través de la superficie oceánica a la atmósfera, donde se oxida y produce ácido metanosulfúrico (MSA) en escalas de tiempo de algunas horas a pocos días, con lo cual la fuente exclusiva de este ácido es el DMS. El MSA es, por tanto, también producto de la actividad biológica en el océano e indicador del DMS. Debido a que la concentración de DMS es elevada en latitudes altas, el MSA también será abundante en las mismas latitudes.

El DMS forma aerosoles sulfatados (SO4) que se encuentran en toda la interfase agua-aire. Las partículas de este aerosol biogénico juegan un papel importante en el balance global de radiación, directamente a través de la dispersión de la radiación solar, e indirectamente como núcleos de condensación nubosa (NCN) en la atmósfera marina, como se observa en la Figura 1.

Los cambios en la concentración de gases invernadero y aerosoles atmosféricos, así como de la radiación solar y las propiedades de la superficie de la Tierra, alteran el balance de energía del sistema climático. Estos cambios se expresan en función del forzamiento radiativo3, que se emplea para comparar cómo diversos factores humanos y naturales influyen en el calentamiento o enfriamiento del clima global.

En estos procesos atmósfera-océano-tierra hay dos participantes principales: el fitoplancton marino y el DMS. El fitoplancton, formado por pequeños organismos con capacidad fotosintética, como algas y algunas bacterias, se encuentra en la base de la cadena alimenticia de los ecosistemas oceánicos, ya que sirve de alimento a organismos mayores. Además, es responsable de 98% del oxígeno de la atmósfera, así como de la liberación del Dimetilsulfopropionato (DMSP).4-6

El DMS es liberado a la atmósfera, donde reacciona formando aerosoles sulfatados (SO4) que se encuentran en toda la interfase agua-aire. Las partículas de este aerosol biogénico juegan un papel en el balance global de radiación, directamente a través de la dispersión de la radiación solar, e indirectamente como núcleos de condensación nubosa (NCN) en la atmósfera marina, como se observa en la Figura 1.

 

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Fig. 1 Ciclo del DMS, gas de considerable importancia climática en la formación de nubes, con potencial para regular la temperatura global.

 

La relación entre el fitoplancton y las nubes se puede esquematizar como sigue: el fitoplancton produce un compuesto sulfurado en el mar que se libera a la atmósfera como aerosol, el cual incrementa la dispersión de luz y forma núcleos de condensación nubosa. Una mayor formación de nubes se postula como un posible mecanismo de amortiguamiento del calentamiento global (ver Fig. 2).

 

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 Fig. 2 Esquema del ciclo del DMS y su papel en el clima terrestre.

 

De la relación entre DMS e irradiancia solar se puede proponer la regulación biológica del clima a través de los efectos de la luz solar en las concentraciones de DMS. En un primer intento para encontrar una correlación entre DMS e irradiancia7 se usó una base de datos global de las concentraciones de DMS, entre 1972 a la fecha, y varios parámetros más como velocidad del viento y temperatura superficial oceánica (TSO). Esto no fue exitoso, y los trabajos de investigación sobre el tema continúan en la actualidad.

Predecir las concentraciones de DMS en la superficie de los océanos permitiría elaborar modelos climáticos que consideren variaciones en el tiempo y las diversas regiones de la Tierra. Sin embargo, los procesos para determinar concentraciones ambientales en la superficie oceánica son complejos y, en muchas ocasiones, no concluyentes.

El calentamiento global, en términos llanos, se genera por un exceso de gases invernadero en la atmósfera, muchos de los cuales son producto directo de las actividades humanas. A fin de cuentas, la humanidad ha encontrado la forma de modificar el clima del planeta. Sin embargo, la posibilidad de encontrar microorganismos que de alguna manera se coordinan en sus redes bióticas para desacelerar el incremento de temperatura en su entorno, sería importante.

Cualquier variación en la energía recibida por la Tierra tiene efectos sobre el clima terrestre. La composición de la atmósfera incide directamente en el balance global de energía en la Tierra, pues los diferentes constituyentes atmosféricos reflejan o absorben la radiación solar proveniente del espacio, así como la radiación térmica reemitida por la superficie terrestre.

Por ello, la influencia de las variaciones en la actividad solar sobre algunos parámetros meteorológicos es de suma importancia para investigar y relacionar todos los parámetros que afectan el clima en la Tierra.

Referencias:

1. Charlson, R.J., Lovelock, J.F., Andreae, M.O., Warren, S.G. Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate, Nature (Lond) 326:655-661 (1987).

 2. Razón entre la energía luminosa que difunde por reflexión una superficie y la energía incidente.

 3. Cambio en el flujo neto de energía radiativa hacia la superficie de la Tierra, medido en el borde superior de la troposfera, como resultado de cambios internos en la composición de la atmósfera, o cambios en el aporte externo de energía solar. Se expresa en watts/metro cuadrado.

4. Bates, T.S., et al. The cycling of sulphur in surface seawater of the northeast Pacific. J. Geophys. Res., 99, 7835–7843 (1994).

5. Cantin, G., Lavasseur, M., Gossclin, M., Michaud, S. Role of zooplankton in the mesoscale distribution of surface dimethylsulfide concentrations in the Gulf of St., Lawrence, Canada. Ma. Ecol. Prog. Ser. 141, 103-117 (1996).

6. Dacey, J.W., Wakeham, S.G. Oceanic dimethylsulfide: production during zooplankton grazing on phytoplankton. Science (Wash. D.C.) 233: 1314-1316, 1986.

7. Kettle, A.J. et al. A global database of sea surface dimethylsulfide (DMS) measurements and a procedure to predict sea surface DMS as a function of latitude, longitude, and month. Global Biogeochem. Cycles 13, 399-444 (1999)

Una respuesta a “Actividad Solar, Biota Terrestre y Cambio Climático

  1. Muy interesante. Habría manera de medir el aumento de radiación reflejada por los DMS desde un satelite? Podría el fitoplancton jugar un papel cuando se inicia un periodo glaciar (frenandolo quizas)?

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