Actividad solar,
biota terrestre y cambio climático
Jaime
Osorio Rosales
Instituto
de Geofísica, UNAM
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.
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).
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)