Contenido de gases de efecto invernadero en sistemas marinos polares, el caso de CH4 y N2O y de los procesos biogeoquímicos que los reciclan.

Abstract

origen biogénico, donde el metano (CH4) y óxido nitroso (N2O) juegan un rol fundamental. Ambos poseen efecto invernadero y ejercen un fuerte impacto como forzantes radiativo del Planeta Tierra. El incremento de ambos gases en la atmosfera es el motor principal del cambio climático. Al respecto, los sistemas polares se han visto fuertemente afectados por los efectos del cambio climático, donde la Península Antártica registra una fuerte tendencia al incremento de la temperatura atmosférica, mostrando un retroceso en la cobertura de hielo; la misma tendencia ha sido observada en el Océano Ártico, donde la cobertura de hielo ha disminuido drásticamente las últimas décadas. Los microorganismos son mediadores importantes de los procesos de consumo/producción de estos gases biogénicos, donde actúan como piezas claves en el ciclo del carbono (CH4) y nitrógeno (N2O). Estudios de gases con efecto invernadero (GEI) en la Península Antártica son muy escasos, similar situación ocurre en el Océano Ártico, donde la mayoría de los estudios se basan en la capa superficial de la columna de agua. Dicho esto, se planteó estudiar la distribución de GEI en ambos sistemas, Ártico y Península Antártica, el primero durante el verano boreal de 2012, abarcando las cuencas más profundas pero permanentemente cubiertas de hielo del Océano Ártico, i.e., Amundsen y Nansen (4300 m de profundidad). En contraste, en aguas superficiales de Bahía Chile, Islas Shetland (Península Antártica) se realizó un estudio temporal de variables ambientales (incluido GEI) durante febrero-marzo de 2014, sin cobertura de hielo. Bahía Chile presentó sub-saturaciones (60%) o niveles cercanos al equilibrio (100%) de N2O durante febrero-marzo, lo cual fue consistente con los experimentos de reciclaje de este gas, donde se observaron tasas de consumo neto de N2O, de hasta 4.9 nmol L-1 d-1. La tasa de producción de CH4 mostró valores de hasta 85.8 ±4.4 nmol L-1 d-1. Durante el periodo estudiado la variaciones de salinidad y temperatura no explicaron las variaciones de gases observadas, no obstante los niveles de NO3 - y PO4 3- decrecieron desde 27.2 a 20.8 y 2.2 a 1.6 μmol L-1, respectivamente. Este patrón podría estar asociado a un florecimiento algas dominado por diatomeas en cadena (Thalassiosira minúscula, Pseudo-nitzchia delicatissima y Chaetoceros sp.) acompañado por un aumento en los niveles de clorofila total y fraccionada (< 20 μm) de hasta 2.5 y 1.0 mg Chl-a m3, respectivamente. El Océano Ártico mostró una gran variabilidad vertical y espacial de GEI. La capa superficial y haloclina presentaron una distribución heterogénea de GEI, con una alta sobresaturación de CH4 (120 a 650%), particularmente en la cuenca de Nansen; parte del contenido de CH4 en la capa superficial podría deberse a la metanogénesis aeróbica del DMSPt, el cual fluctuó entre 3.5 y 58.9 nmol L-1, encontrándose los mayores valores en la cuenca Nansen. El N2O presentó niveles entre sub- y ligeramente saturada (90-111%) en la cuenca de Amundsen. La capa intermedia y aguas profundas mostraron fluctuaciones de N2O y CH4 de 52 a 106% y 28 a 340% de saturación, respectivamente, pero las diferencias entre las cuencas de Nansen y Amundsen, se debe posiblemente al vuelco de la circulación de las masas de agua. Se propone que parte del contenido de estos gases es probable que provenga de la zona asociada de formación de aguas profundas y de fuente termogénica (CH4). En ambos ecosistemas polares el N2O parece estar siendo consumido a través la asimilación biológica de N2O. De hecho, experimentos de fijación biológica de 15N-N2O marcado isotópicamente, mostraron tasas diarias de consumo muy altas entre 22.9 y 162.5 nmol L-1 d-1, sustentando los bajas saturaciones encontradas de N2O en el Océano Ártico, lo cual nos sugiere una nueva entrada de N al sistema, hasta ahora desconocida. Respecto al CH4, los ecosistemas polares se comportan como fuente de origen biogénico y probablemente termogénico, aunque las sub-saturaciones demuestran que este gas también puede ser consumido por actividad metanotrófica.