Análise pioneira revela importância das tempestades na troca de carbono entre o ar e o mar no Oceano Antártico

O oceano tem uma grande influência no clima e no tempo. Cientistas estimam que ele absorveu mais de 90% do calor e 25% do excesso de carbono liberado na atmosfera pelas atividades humanas.

À medida que a crise climática se agrava, é cada vez mais urgente que entendamos a troca de carbono entre a atmosfera e o oceano, especialmente no Oceano Antártico, onde acreditamos que ocorre quase metade da absorção de carbono.

Cientistas do MBARI do projeto Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM) — em colaboração com o National Center of Atmospheric Research (NCAR) e uma equipe de pesquisadores da Université du Québec à Montréal, NOAA, Southern Ocean Carbon and Climate Observatory e da University of Arizona — usaram dados de uma rede de flutuadores de perfis biogeoquímicos para fornecer informações vitais sobre como as tempestades afetam a capacidade do oceano de absorver dióxido de carbono.

A equipe compartilhou suas descobertas em uma publicação de pesquisa recente no periódico npj Clima e Ciência Atmosférica. O trabalho deles permitirá que os pesquisadores modelem melhor as mudanças futuras no oceano e no nosso clima.

“O Oceano Antártico desempenha um papel importante no clima da Terra. Esta região remota absorve uma grande quantidade de dióxido de carbono da atmosfera. À medida que a crise climática piora, precisamos entender quanto carbono o Oceano Antártico absorve.

“Usando dados de perfis de flutuadores, aprendemos que as tempestades alteram a troca de carbono entre o ar e o mar no Oceano Antártico, desencadeando a liberação de carbono”, disse a pesquisadora associada do MBARI, Magdalena Carranza, principal autora do estudo.

A atmosfera e o oceano estão intimamente ligados. Na superfície do oceano, o dióxido de carbono flui e reflui entre a atmosfera e as profundezas abaixo. O dióxido de carbono no oceano passa por uma variedade de transformações por reação química ou pela biologia da vida marinha, e se move com a circulação oceânica e turbulência.

Sob algumas condições, o dióxido de carbono também pode ser liberado de volta para a atmosfera, um processo conhecido como desgaseificação. Entender como o carbono flui entre o oceano e a atmosfera é essencial para modelar a capacidade do oceano de absorver carbono e prever os impactos das mudanças climáticas no futuro.

O oceano e os microrganismos que vivem nele são nossos aliados anônimos na luta contra as mudanças climáticas. Ao longo da era industrial, o oceano absorveu mais de 25% do dióxido de carbono emitido por ações humanas, nos protegendo dos impactos das mudanças climáticas. Historicamente, o Oceano Antártico — as águas geladas que cercam a Antártida — tem sido considerado um grande sumidouro de dióxido de carbono.

Por causa do ambiente severo do Oceano Antártico, medições tradicionais das condições oceânicas feitas por navios são poucas e distantes entre si. Os navios também evitam tempestades e, portanto, omitem o registro de sua influência.

Estudos de modelagem, no entanto, sugerem que essa região remota desempenha um papel importante nos ciclos de carbono e clima do planeta. Modelos climáticos sugerem que o Oceano Antártico é responsável por aproximadamente 40% de toda a absorção oceânica de dióxido de carbono gerado por humanos.

O projeto SOCCOM foi lançado em 2014 para implantar uma série de flutuadores robóticos e sensores químicos avançados no Oceano Antártico. Sediado na Universidade de Princeton, o SOCCOM é um programa multi-institucional focado em desvendar os mistérios do Oceano Antártico e determinar sua influência no clima.

As observações biogeoquímicas e a modelagem de ponta realizadas no projeto SOCCOM ajudarão os pesquisadores a entender melhor o funcionamento interno do Oceano Antártico e como ele afeta o clima da Terra.

A rede de flutuadores de perfil do SOCCOM registra continuamente dados sobre o Oceano Antártico. Os flutuadores biogeoquímicos (BGC) Argo atravessam a coluna de água, reunindo observações importantes a cada 10 dias sob todas as condições climáticas, incluindo abaixo de tempestades.

Criticamente, os flutuadores BGC Argo podem medir a acidez do oceano usando um sensor de pH desenvolvido por cientistas do MBARI. Ao medir a acidez do oceano, os pesquisadores podem estimar o conteúdo de carbono do oceano e inferir a troca de dióxido de carbono ar-mar.

Observações recentes dos flutuadores BGC Argo sugeriram que o Oceano Antártico pode liberar mais dióxido de carbono para a atmosfera no inverno do que se pensava anteriormente. Dados do conjunto de flutuadores SOCCOM revelaram forte liberação sazonal de gases em latitudes mais altas da Antártida, colocando em questão a força do sumidouro de carbono do Oceano Antártico.

Carranza e colaboradores do SOCCOM investigaram se os dados de flutuação vistos em conjunto da perspectiva de uma tempestade poderiam revelar insights sobre a troca de carbono no Oceano Antártico causada por tempestades.

Tempestades frequentemente passam pelo Oceano Antártico durante todo o ano. Em média, qualquer local nessa região experimentará uma tempestade por semana com ventos fortes que duram alguns dias. Tempestades afetam a troca de dióxido de carbono na superfície do oceano. Os ventos fortes misturam as águas superficiais, trazendo água mais profunda e fria de baixo para cima em direção à superfície.

Águas mais frias podem absorver mais carbono, mas águas mais profundas já contêm mais carbono dissolvido da remineralização de matéria orgânica do que águas superficiais. Como essas forças concorrentes afetam a troca de carbono entre o ar e o mar?

Uma análise inédita de observações da rede de flutuadores do SOCCOM revelou que tempestades desencadeiam uma liberação de dióxido de carbono no Oceano Antártico.

Reanálises atmosféricas combinam observações passadas com modelos para dar uma descrição detalhada do clima e do tempo observados, incluindo tempestades. Elas são usadas para forçar modelos oceânicos, permitindo que pesquisadores estudem a história da troca de carbono entre o oceano e a atmosfera.

A equipe de pesquisa também usou reanálises atmosféricas para identificar e rastrear tempestades. O pareamento de dados de tempestades atmosféricas com dados sobre as condições oceânicas coletados pelos flutuadores BGC Argo forneceu estimativas observacionais da troca de carbono oceano-atmosfera registrada durante uma tempestade e em suas consequências.

A identificação e o rastreamento de tempestades são mais comumente usados ​​em ciências atmosféricas para estudar como as tempestades impactam o calor, a umidade, os padrões de chuva e outras condições meteorológicas, mas esse tipo de análise ainda não foi amplamente aplicado para pesquisa oceanográfica. Na verdade, este estudo foi o primeiro a usar tal análise para examinar a dinâmica oceânica no Oceano Antártico durante tempestades.

Modelos oceânicos com biogeoquímica podem potencialmente prever como as tempestades impactam as vias de carbono no oceano superior e a troca de carbono ar-mar. Mas observações agregadas das condições oceânicas nas proximidades de uma tempestade do conjunto de flutuadores do SOCCOM permitiram que os pesquisadores detectassem a liberação de dióxido de carbono natural do oceano profundo para a atmosfera após uma tempestade. A liberação de gases da tempestade não é bem refletida nos modelos oceânicos atuais forçados com reanálise atmosférica.

Durante uma tempestade, o Oceano Antártico libera parte do carbono que armazenou porque a água rica em carbono sobe à superfície e é misturada ao oceano superior por meio dos efeitos da turbulência induzida por ventos fortes. A liberação de gases é mais alta em um dia após a passagem de uma tempestade. A quantidade de liberação de gases inferida a partir de observações é maior do que o esperado a partir de modelos oceânicos forçados.

“Tempestades misturam a coluna de água, causando efeitos imediatos e de longo prazo na troca de carbono ar-mar. Aprendemos que o impacto líquido é a liberação de carbono bloqueado no oceano de volta para a atmosfera”, disse Carranza.

“Este trabalho está ajudando a preencher lacunas em nossa compreensão dos fluxos de carbono no Oceano Antártico. Fomos capazes de quantificar a contribuição das tempestades para a troca anual. Acontece que as tempestades desempenham um grande papel nas observações, respondendo por aproximadamente 25% do fluxo anual, mas seu efeito é muito subestimado em modelos oceânicos forçados.

“Como as tempestades são tão prevalentes no Oceano Antártico, isso pode alterar as estimativas atuais da contribuição da região para o sumidouro líquido anual de carbono. Os efeitos das tempestades precisam ser melhor representados em modelos oceânicos para reduzir a incerteza nas previsões do clima futuro.”

Este trabalho ressalta o valor da tecnologia robótica como uma ferramenta vital para avaliar e rastrear o carbono oceânico. Os modelos dependem de dados para validação — modelos oceânicos sozinhos não podem representar totalmente a forte influência das tempestades na troca de carbono no Oceano Antártico.

Observações do mundo real da rede de flutuadores BGC Argo do SOCCOM podem ajudar a melhorar nossa compreensão da troca de carbono entre o ar e o mar para construir modelos melhores que podem prever com mais precisão como o oceano está mudando.

A implantação de tecnologia avançada e a manutenção do conjunto de flutuadores BGC Argo no Oceano Antártico e ao redor do mundo são essenciais para entender as mudanças nos oceanos e no clima futuro.