DMS y MSA

DIMETILSULFURO y ÁCIDO METANOSULFÚRICO

por Jaime Osorio Rosales

El que las algas formen parte del ciclo del sulfuro es un hecho bien conocido por los científicos, al igual que el intercambio con la atmósfera de diversos elementos y compuestos (oxígeno, nitrógeno y bióxido de carbono) a través de procesos como la fotosíntesis.

Como ya dijimos, para la formación de nubes se requieren NCN, además de vapor de agua. Se sabe también, que hay formación de aerosoles de manera espontánea a partir de transformaciones químicas y fotoquímicas en la atmósfera, y de compuestos orgánicos e inorgánicos provenientes del mar, en donde la oxidación de compuestos sulfurados juega un papel importante.

Sin embargo, todos estos conocimientos se empezaron a analizar de manera conjunta e interdisciplinaria a un nivel más amplio, a raíz de la aparición, en 1972, de un artículo de Lovelock y Maggs (1972). En este trabajo los autores llaman la atención sobre el dimetilsulfuro (DMS) y sugieren que representa el enlace agua-aire en el ciclo del sulfuro.

Posteriormente, tanto la discusión como los proyectos de investigación relacionados con este tema aumentaron notoriamente, en parte como reacción a la aparición en 1987 de la hipótesis de Charlson et al. (1987), que planteaba las interacciones entre el fitoplancton oceánico, el sulfuro atmosférico, las nubes y el albedo como mecanismos de regulación del clima. En estos procesos atmósfera-océano-tierra, hay dos participantes principales: el fitoplancton y el DMS.

El fitoplancton marino, formado por pequeños organismos que tienen capacidad fotosintética, como las 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).

El plancton, y particularmente el fitoplancton, constituye la base de una intrincada red trófica (serie de cadena alimentaria íntimamente relacionada por la que circulan energía y materiales en un ecosistema) que sostiene la vida en los mares y participa a distintas escalas en una serie de procesos biogeoquímicos centrales en la relación océano-atmósfera.

Por ubicarse en la superficie de todos los cuerpos de agua, la primera relación del plancton es con la óptica marina, ya que al igual que los compuestos inorgánicos disueltos en el agua, estos organismos absorben, reflejan y/o dispersan la luz.

Compuesto básicamente por diversas poblaciones de microalgas y bacterias fotosintéticas que habitan la capa iluminada de todos los mares, el fitoplancton constituye el eje biológico del flujo de energía en el ecosistema marino. Mediante la capacidad de sus pigmentos (particularmente la clorofila) para atrapar la radiación solar y transformarla en energía química, libera oxígeno y otros compuestos, captura bióxido de carbono, utiliza nutrimentos disponibles en el agua, participa en el reciclaje de diversos elementos, y presenta, gracias a su gran diversidad y ciclos cortos de vida, respuestas de corto plazo a las variables ambientales tanto de la atmósfera como de la columna de agua.

El DMS es un gas muy volátil, fuente principal de sulfuro reducido en la troposfera, presente en suficiente cantidad como para contribuir de manera importante al sulfuro atmosférico (Bates et al. 1994). En el océano el DMS es producido por el rompimiento enzimático del DMSP contenido en el fitoplancton, principalmente en cocolitofóridos, que son algas unicelulares. Dentro de todos los organismos que componen la comunidad fitoplánctica, los cocolitofóridos son los que probablemente tienen mayor potencial como indicadores climáticos y paleoclimáticos.

La amplia distribución  geográfica y el esqueleto de composición carbonácea de esta alga, le permite habitar la zona fótica de los océanos, que es la zona donde penetra la luz del Sol, y consecuentemente estar bajo un control climático directo. Los cocolitofóridos conforman el nanoplancton calcáreo en la comunidad plánctica. Estos organismos no solo responden a las variaciones ambientales, sino también promueven modificaciones en los ambientes, siendo los mayores productores de sedimentos calcáreos.

Se les considera como los principales elementos que transfieren el CO2 de la atmósfera hacia el fondo oceánico, por lo que este grupo puede ser considerado como un descontaminante natural.

Algunos estudios sugieren que el pastoreo del zooplancton sobre el fitoplancton (forma en que el zooplancton controla el crecimiento de microalgas) puede ser la ruta principal por la cual el DMSP es transformado a DMS, aunque también los procesos microbianos de descomposición pueden ser importantes (Dacey et al. 1986) (Cantin et al. 1996).

El DMS es liberado a la atmósfera en donde reacciona formando aerosoles sulfatados (SO4) que se encuentran en toda la interface 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 NCN en la atmósfera marina (Bates et al. 1997).

La fotosíntesis es el proceso central en el funcionamiento del fitoplancton desde el punto de vista ecofisiológico, ya que libera oxígeno al medio y consume bióxido de carbono a través de un sistema pigmentario que incluye clorofilas a, b y c, carotenoides (los carotenoides son pigmentos orgánicos que ocurren de forma natural en plantas y otros organismos fotosintéticos como algas, algunas clases de hongos y bacterias) y ficobiliproteínas (las ficobiliproteínas son los principales pigmentos accesorios colectores de la energía lumínica en las algas rojas y las cianobacterias) (Sathyendranath et al. 1987).

Según su metabolismo interno, las bacterias presentan requerimientos nutricionales diversos. Los fotoautótrofos son bacterias que obtienen la energía de la luz y su fuente de carbono es el CO2, por lo que son ampliamente utilizados como una forma de cuantificar la biomasa algal. La clorofila a es el pigmento principal y común a todos los fotoautótrofos productores de oxígeno (Geider et al. 1992).

Sin embargo, la relación clorofila/biomasa varía en respuesta a cambios en irradiancia, disponibilidad de nutrimentos y temperatura (Kirk, 1983). Paralelamente, la concentración de clorofila y su relación con otros pigmentos proporciona información sobre la composición taxonómica de una muestra y es un indicador de alteraciones en las comunidades algales que pueden repercutir en otras poblaciones marinas y en la actividad de las pesquerías (Sathyendranath, 1987).

La presencia de DMPS libre en el agua de mar, y el que los principales grupos algales que lo producen sean de tamaño pequeño, explica que las correlaciones con la concentración de clorofila no sean necesariamente altas (Malin, 1992).

La relación entre el fitoplancton (vida) y nubes se esquematiza como sigue: el fitoplancton produce un compuesto sulfurado en el mar que se libera a la atmósfera como aerosol, interfiere con la dispersión de luz y forma núcleos de condensación nubosa. Las nubes, a su vez, son elementos importantes del clima, ya que impiden el paso de una parte de la radiación solar, una mayor formación de nubes se postula como un posible mecanismo de amortiguamiento del calentamiento global.

De la relación entre DMS y la 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 irradiancia solar se usó una base de datos global de las concentraciones de DMS, entre 1972-1997, y varios parámetros, como velocidad del viento y temperatura superficial oceánica (TSO), este no fue exitoso (Kettle, 1999).

Estudios cuantitativos más recientes usando la base de datos mencionada anteriormente, y además otra base de datos entre 1972-2003 (Simó et al. 2007), concluyeron que a escalas de tiempo estacional el DMS y la radiación solar tienen una correlación positiva alta lo que favorece una retroalimentación negativa del clima: incrementos en la irradiancia solar que alcanza la superficie del océano incrementa el DMS, aumentando los NCN y el albedo, lo cual produce un decremento de la irradiancia que llega a la superficie del océano, todo esto conlleva a un decremento de la temperatura.

Sin embargo, otros estudios (Larsen, 2005), basados en un modelo conceptual, proponen una correlación negativa entre la irradiancia solar y el DMS lo cual favorece una retroalimentación positiva del clima; el incremento en la irradiancia solar produce un decremento de DMS, NCN y del albedo, resultando en un incremento de la irradiancia que llega a superficie y un aumento de la temperatura.

Además, varios estudios relacionan la producción de DMS y radiación UV (Toole et al. 2006). Algunos de estos estudios reportan incrementos significativos de DMS con exposición de UV (Toole et al.2004), pero, otros estudios encuentran un decremento de DMS con incrementos de UV (Kniventon et al. 2003). El aspecto cuantitativo de todos estos estudios involucra el cálculo de coeficientes de correlación lineal.


2 Respuestas a “DMS y MSA

  1. Me parece muy interesante la información brindada, respecto a este artículo cuyo autor es Jaime Osorio Rosales, ¿me podrían enviar la publicación o libro donde aparece para poderlo citar en otra publicación en la que vengo trabajando?

    Gracias,
    Avy Bernales

  2. Esta vieja teoría del dimetil sulfuro no tiene sustento científico en el siglo XXI, porque es la salinidad del agua de mar, las que genera los gases invernaderos.

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