Estudo mostra que circulação oceânica mais fraca pode aumentar o acúmulo de CO₂ na atmosfera

À medida que a mudança climática avança, prevê-se que a circulação de reviravolta do oceano enfraqueça substancialmente. Com tal desaceleração, os cientistas estimam que o oceano puxará menos dióxido de carbono da atmosfera.

No entanto, uma circulação mais lenta também deve dragar menos carbono do oceano profundo que, de outra forma, seria liberado de volta para a atmosfera. No balanço, o oceano deve manter seu papel na redução das emissões de carbono da atmosfera, ainda que em um ritmo mais lento.

Um novo estudo de um pesquisador do MIT publicado em Comunicações da Natureza descobre que os cientistas podem ter que repensar a relação entre a circulação do oceano e sua capacidade de longo prazo de armazenar carbono. À medida que o oceano fica mais fraco, ele pode liberar mais carbono do oceano profundo para a atmosfera.

O motivo tem a ver com um feedback até então não caracterizado entre o ferro disponível no oceano, o carbono e os nutrientes ascendentes, os microrganismos da superfície e uma classe pouco conhecida de moléculas conhecidas geralmente como “ligantes”.

Quando o oceano circula mais lentamente, todos esses atores interagem em um ciclo autoperpetuante que, em última análise, aumenta a quantidade de carbono que o oceano libera de volta para a atmosfera.

“Ao isolar o impacto desse feedback, vemos uma relação fundamentalmente diferente entre a circulação oceânica e os níveis de carbono atmosférico, com implicações para o clima”, diz o autor do estudo Jonathan Lauderdale, cientista pesquisador do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT.

“O que pensávamos que estava acontecendo no oceano está completamente revertido.”

Lauderdale diz que as descobertas mostram que “não podemos contar com o oceano para armazenar carbono no oceano profundo em resposta a futuras mudanças na circulação. Devemos ser proativos em cortar emissões agora, em vez de depender desses processos naturais para ganhar tempo para mitigar as mudanças climáticas.”

Fluxo de caixa

Em 2020, Lauderdale liderou um estudo que explorou nutrientes oceânicos, organismos marinhos e ferro, e como suas interações influenciam o crescimento do fitoplâncton ao redor do mundo.

O fitoplâncton é um organismo microscópico, semelhante a uma planta, que vive na superfície do oceano e consome uma dieta de carbono e nutrientes que vêm do fundo do oceano, além de ferro que vem da poeira do deserto.

Quanto mais fitoplâncton puder crescer, mais dióxido de carbono ele poderá absorver da atmosfera por meio da fotossíntese, e isso desempenha um papel importante na capacidade do oceano de sequestrar carbono.

Para o estudo de 2020, a equipe desenvolveu um modelo simples de “caixa”, representando as condições em diferentes partes do oceano como caixas gerais, cada uma com um equilíbrio diferente de nutrientes, ferro e ligantes — moléculas orgânicas que são consideradas subprodutos do fitoplâncton.

A equipe modelou um fluxo geral entre as caixas para representar a circulação maior do oceano — a maneira como a água do mar afunda e depois é impulsionada de volta à superfície em diferentes partes do mundo.

Essa modelagem revelou que, mesmo que os cientistas “semeassem” os oceanos com ferro extra, esse ferro não teria muito efeito no crescimento global do fitoplâncton. O motivo era devido a um limite definido por ligantes.

Acontece que, se deixado sozinho, o ferro é insolúvel no oceano e, portanto, indisponível para o fitoplâncton. O ferro só se torna solúvel em níveis “úteis” quando ligado a ligantes, que mantêm o ferro em uma forma que o plâncton pode consumir.

Lauderdale descobriu que adicionar ferro a uma região oceânica para consumir nutrientes adicionais rouba de outras regiões os nutrientes que o fitoplâncton precisa para crescer. Isso reduz a produção de ligantes e o fornecimento de ferro de volta à região oceânica original, limitando a quantidade de carbono extra que seria retirada da atmosfera.

Mudança inesperada

Depois que a equipe publicou seu estudo, Lauderdale trabalhou o modelo de caixa em um formato que ele pudesse tornar acessível publicamente, incluindo a troca de carbono do oceano e da atmosfera e estendendo as caixas para representar ambientes mais diversos, como condições semelhantes às do Pacífico, do Atlântico Norte e do Oceano Antártico.

No processo, ele testou outras interações dentro do modelo, incluindo o efeito da variação da circulação oceânica.

Ele executou o modelo com diferentes intensidades de circulação, esperando ver menos dióxido de carbono atmosférico com reviravolta oceânica mais fraca — uma relação que estudos anteriores apoiaram, datando da década de 1980. Mas o que ele encontrou foi uma tendência clara e oposta: quanto mais fraca a circulação oceânica, mais CO₂ acumulado na atmosfera.

“Achei que havia algum engano”, relembra Lauderdale. “Por que os níveis de carbono atmosférico estavam tendendo na direção errada?”

Quando ele verificou o modelo, ele descobriu que o parâmetro que descreve os ligantes oceânicos tinha sido deixado “on” como uma variável. Em outras palavras, o modelo estava calculando as concentrações de ligantes como mudanças de uma região oceânica para outra.

Em um palpite, Lauderdale desligou esse parâmetro, o que definiu as concentrações de ligantes como constantes em cada ambiente oceânico modelado, uma suposição que muitos modelos oceânicos normalmente fazem. Essa mudança reverteu a tendência, de volta à relação assumida: uma circulação mais fraca levou à redução do dióxido de carbono atmosférico. Mas qual tendência estava mais próxima da verdade?

Lauderdale olhou para os escassos dados disponíveis sobre ligantes oceânicos para ver se suas concentrações eram mais constantes ou variáveis ​​no oceano real. Ele encontrou confirmação no GEOTRACES, um estudo internacional que coordena medições de elementos traço e isótopos nos oceanos do mundo, que os cientistas podem usar para comparar concentrações de região para região.

De fato, as concentrações das moléculas variaram. Se as concentrações de ligantes mudam de uma região para outra, então seu novo resultado surpreendente provavelmente foi representativo do oceano real: uma circulação mais fraca leva a mais dióxido de carbono na atmosfera.

“É esse truque estranho que mudou tudo”, diz Lauderdale. “A troca de ligante revelou essa relação completamente diferente entre a circulação oceânica e o CO atmosférico₂ que pensávamos entender muito bem.”

Ciclo lento

Para ver o que poderia explicar a tendência invertida, Lauderdale analisou a atividade biológica e as concentrações de carbono, nutrientes, ferro e ligantes do modelo oceânico sob diferentes intensidades de circulação, comparando cenários em que os ligantes eram variáveis ​​ou constantes nas várias caixas.

Isso revelou um novo feedback: quanto mais fraca a circulação do oceano, menos carbono e nutrientes o oceano puxa das profundezas. Qualquer fitoplâncton na superfície teria então menos recursos para crescer e produziria menos subprodutos (incluindo ligantes) como resultado.

Com menos ligantes disponíveis, menos ferro na superfície seria utilizável, reduzindo ainda mais a população de fitoplâncton. Haveria então menos fitoplâncton disponível para absorver dióxido de carbono da atmosfera e consumir carbono ressurgido do oceano profundo.

“Meu trabalho mostra que precisamos olhar mais cuidadosamente para como a biologia oceânica pode afetar o clima”, aponta Lauderdale. “Alguns modelos climáticos preveem uma desaceleração de 30% na circulação oceânica devido ao derretimento das camadas de gelo, particularmente ao redor da Antártida.

“Esta enorme desaceleração na circulação de reversão pode, na verdade, ser um grande problema: além de uma série de outros problemas climáticos, o oceano não só absorveria menos CO antropogênico₂ da atmosfera, mas isso pode ser amplificado por uma libertação líquida de carbono do oceano profundo, levando a um aumento inesperado do CO atmosférico₂ e um aquecimento climático inesperado e adicional.”

Esta história foi republicada como cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisa, inovação e ensino do MIT.