Malaspina, tras la pista del carbono

Hace unos 4.500 millones de a?os, la atm¨®sfera terrestre se parec¨ªa a la de Venus, desprovista de ox¨ªgeno y con una elevad¨ªsima concentraci¨®n de CO2, entre un 20% y un 40%, en torno a 1.000 veces superior a la actual, que causaba un fuerte efecto invernadero resultante en temperaturas cercanas a los 100 grados cent¨ªgrados. Estas condiciones permitieron, a pesar de un Sol menos luminoso, la acumulaci¨®n de agua l¨ªquida ya hace unos 3.800 millones de a?os y, con ella, la aparici¨®n del oc¨¦ano. El siguiente paso crucial fue la aparici¨®n de la vida en el oc¨¦ano -por procesos que son a¨²n motivo de especulaci¨®n- basada en la fotos¨ªntesis que modific¨® radicalmente las condiciones de la atm¨®sfera, generando ox¨ªgeno y eliminando CO2 de la atm¨®sfera, atrapado en rocas carbonatadas y compuestos org¨¢nicos acumulados en los sedimentos del fondo de los oc¨¦anos.

El desarrollo del 'homo sapiens' ha roto el equilibrio del planeta

El papel del oc¨¦ano como sumidero del carbono es un proceso fundamental en la regulaci¨®n de la composici¨®n de la atm¨®sfera que sigue jugando un papel fundamental en la regulaci¨®n clim¨¢tica. La atm¨®sfera y la biomasa terrestre contienen unos 600 y 2.100 gigatoneladas de carbono mientras que las aguas del oc¨¦ano contienen unas 39.000 gigatoneladas, lo que da idea del papel dominante del oc¨¦ano en el ciclo de carbono actual.

Sin embargo, una nueva innovaci¨®n en la historia de la Tierra, el desarrollo tecnol¨®gico del homo sapiens y la movilizaci¨®n en tan solo unas pocas d¨¦cadas de parte del carbono que la fotos¨ªntesis hab¨ªa retirado de la atm¨®sfera durante millones de a?os, ha vuelto a romper el equilibrio del ciclo de carbono en el planeta. De nuevo, la clave para entender la respuesta del sistema Tierra a esta perturbaci¨®n se encuentra en el oc¨¦ano y la Expedici¨®n Malaspina 2010 contribuir¨¢ a evaluarla.

En nuestro periplo de circunnavegaci¨®n global, la expedici¨®n est¨¢ reevaluando los cambios en los inventarios de carbono org¨¢nico y disuelto en el oc¨¦ano, cuantificando sus intercambios con la atm¨®sfera y la actividad biol¨®gica que los sustenta. La aportaci¨®n innovadora de Malaspina 2010 a este problema reside en la dimensi¨®n planetaria de la investigaci¨®n y en la evaluaci¨®n no solo de las cantidades brutas sino tambi¨¦n de las fuentes y el destino del carbono en el oc¨¦ano.

El carbono, como muchos otros elementos, existe en varias formas at¨®micas de distinta masa (peso at¨®mico 12, 13 y 14), llamados is¨®topos. Las cantidades relativas de estos is¨®topos en distintos compuestos de carbono permite evaluar su origen. As¨ª la fotos¨ªntesis que tiene lugar en el oc¨¦ano, que supone cerca de dos terceras partes de la fotos¨ªntesis planetaria, genera carbono m¨¢s pesado que el carbono org¨¢nico, que transformado por proceso de descomposici¨®n, quemamos para generar energ¨ªa (petr¨®leo y gas). Adem¨¢s el carbono 14 es inestable y su proporci¨®n en la materia org¨¢nica nos permite calcular su antig¨¹edad. De esta forma, la evaluaci¨®n de las cantidades relativas de ¨¢tomos de carbono con masas at¨®micas 12, 13 y 14, nos permite dilucidar el origen (antropog¨¦nico, vegetaci¨®n terrestre o fotos¨ªntesis marina) del carbono org¨¢nico e inorg¨¢nico del oc¨¦ano.

Los an¨¢lisis de is¨®topos de carbono son tediosos, caros y requieren de instrumentaci¨®n -espectr¨®metros de masas- pesados y delicados que no pueden portarse a bordo de buques oceanogr¨¢ficos que presentan movimientos (?y qu¨¦ movimientos los que hemos tenido en los primeros cinco d¨ªas a bordo del Hesp¨¦rides!) que perturban a sus sensibles sistemas de detecci¨®n. Sin embargo, a bordo de este buque oceanogr¨¢fico portamos dos instrumentos basados en tecnolog¨ªa l¨¢ser dise?ados recientemente que permiten evaluar la composici¨®n isot¨®pica del carbono y del ox¨ªgeno e hidr¨®geno del vapor de agua atmosf¨¦rico. Curiosamente estos equipos se dise?aron originalmente para ir montados en los veh¨ªculos que en las misiones Mars Pathfinder y Phoenix exploraron la superficie de Marte. Llama la atenci¨®n y resulta muy revelador del grado de desinter¨¦s por el oc¨¦ano el que se dise?en equipos para la investigaci¨®n extraterrestre que jam¨¢s se han utilizado para investigar nuestro propio planeta.

Posiblemente la Expedici¨®n Malaspina 2010 sea pionera en portar estos instrumentos en un buque oceanogr¨¢fico a nivel mundial y, por tanto, en emprender una evaluaci¨®n global de estos is¨®topos en el oc¨¦ano. Estos equipos est¨¢n conectados a una l¨ªnea de agua de superficie y atm¨®sfera que circulan por los instrumentos permitiendo la medida de estas propiedades cada medio minuto, lo que supone un nivel de detalle en la distribuci¨®n de carbono y sus distintos is¨®topos sin precedente hasta la fecha.

En la semana que llevamos navegando desde la salida de C¨¢diz hasta alcanzar los 18? Norte hemos ya tomado m¨¢s de 20.000 medidas de composici¨®n isot¨®pica de CO2 en el agua de mar y la atm¨®sfera. Los resultados, a¨²n por analizar en detalle y en relaci¨®n con todas las dem¨¢s propiedades que vamos registrando, muestran una fuerte variabilidad en la cantidad de CO

2 y su composici¨®n isot¨®pica. Esto nos permitir¨¢ evaluar el destino del carbono antropog¨¦nico y el papel del oc¨¦ano como sumidero, con la potencia de los m¨¢s de medio mill¨®n de medidas que esperamos recoger cuando hayamos completado los siete meses de navegaci¨®n previstos.

Antonio Delgado y Carlos M. Duarte son investigadores del CSIC en, respectivamente, el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra del CSIC y la Universidad de Granada y el Instituto Mediterr¨¢neo de Estudios Avanzados, del CSIC y la Universidad de les Illes Balears.