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O passado profundo do Oceano Ártico fornece pistas para seu futuro iminente
Com a redução do gelo marinho, mais luz atinge a superfície do Oceano Ártico. Alguns previram que isso levaria a mais plâncton, que por sua vez sustentaria peixes e outros animais.
Por Princeton University - 17/08/2021


A mudança climática global está aquecendo o Oceano Ártico e diminuindo o gelo marinho. Aqui, a capa de gelo azul-esbranquiçada mostra a cobertura do gelo marinho em sua menor extensão no verão de 2020, e a linha amarela mostra a extensão mínima do gelo marinho típico do Ártico entre 1981 e 2010. Alguns propuseram que a superfície do mar recém-exposta levará a um boom populacional de plâncton e um ecossistema em expansão no oceano Ártico aberto, mas uma equipe de cientistas do Instituto de Química de Princeton e Max Planck dizem que isso não é provável. Eles examinaram a história e a taxa de suprimento de nitrogênio, um nutriente essencial. Seu trabalho recente descobriu que a estratificação das águas abertas do Ártico, especialmente nas áreas alimentadas pelo Oceano Pacífico através do Estreito de Bering, impedirá que o plâncton da superfície receba nitrogênio suficiente para crescer abundantemente. Crédito: Jesse Farmer, Universidade de Princeton; modificado de Rebecca Lindsey e Michon Scott, "Climate change: Arctic sea ice", NOAA Climate.gov

À medida que o Polo Norte, o Oceano Ártico e as terras árticas ao redor aquecem rapidamente, os cientistas estão correndo para entender os efeitos do aquecimento nos ecossistemas árticos. Com a redução do gelo marinho, mais luz atinge a superfície do Oceano Ártico. Alguns previram que isso levaria a mais plâncton, que por sua vez sustentaria peixes e outros animais.

Não tão rápido, diz uma equipe de cientistas liderada pela Universidade de Princeton e pelo Instituto Max Planck de Química.

Eles apontam para o nitrogênio , um nutriente vital. Os pesquisadores usaram plâncton fossilizado para estudar a história das fontes e taxas de fornecimento de nitrogênio para o oeste e centro do oceano Ártico aberto. Seu trabalho, detalhado em um artigo na edição atual da revista Nature Geoscience , sugere que sob um regime de aquecimento global, essas águas árticas abertas experimentarão limitação de nitrogênio mais intensa, provavelmente impedindo um aumento na produtividade.

"Olhando para o Oceano Ártico do espaço, é difícil ver a água, já que grande parte do Oceano Ártico é coberto por uma camada de gelo marinho", disse o autor principal Jesse Farmer, pesquisador associado do Departamento de Geociências de Princeton Universidade que também é bolsista visitante de pós-doutorado no Instituto Max Planck de Química em Mainz, Alemanha. Este gelo marinho se expande naturalmente durante os invernos e se contrai durante os verões. Nas últimas décadas, no entanto, o aquecimento global causou um rápido declínio na cobertura de gelo do mar no verão, com a cobertura de verão agora quase a metade da de 1979 .

À medida que o gelo marinho derrete, o plâncton fotossintetizante que forma a base das teias alimentares do Ártico deve se beneficiar da maior disponibilidade de luz. "Mas há um problema", disse a autora colaboradora Julie Granger, professora associada de ciências marinhas da Universidade de Connecticut. "Esse plâncton também precisa de nutrientes para crescer, e os nutrientes são abundantes apenas nas profundezas do oceano Ártico, um pouco além do alcance do plâncton." Se o plâncton pode adquirir esses nutrientes depende de quão estritamente o oceano superior é "estratificado" ou separado em camadas. Os 200 metros superiores (660 pés) do oceano consistem em camadas distintas de água com densidades diferentes, determinadas por sua temperatura e salinidade.

“Quando a parte superior do oceano é fortemente estratificada, com água muito leve flutuando sobre águas profundas e densas, o fornecimento de nutrientes para a superfície iluminada pelo sol é lento”, disse Farmer.
 
Uma nova pesquisa liderada por cientistas da Universidade de Princeton mostra como o suprimento de nitrogênio para o Ártico mudou desde a última era do gelo, o que revela a história da estratificação do Oceano Ártico. Usando núcleos de sedimentos do oeste e centro do oceano Ártico, os pesquisadores mediram a composição isotópica do nitrogênio orgânico preso nos fósseis de calcário de foraminíferos (plâncton que cresceu nas águas superficiais, morreu e afundou no fundo do mar). Suas medições revelam como as proporções de nitrogênio derivado do Atlântico e do Pacífico mudaram ao longo do tempo, enquanto também rastreiam as mudanças no grau de limitação de nitrogênio do plâncton na superfície. Ona Underwood, da classe de 2021, foi um membro-chave da equipe de pesquisa, analisando núcleos de sedimentos do oeste do Oceano Ártico para seu projeto júnior.

Onde os oceanos se encontram: as águas do Pacífico flutuam acima das águas mais salgadas e densas do Atlântico

O Oceano Ártico é o ponto de encontro de dois grandes oceanos: o Pacífico e o Atlântico. No oeste do Ártico, as águas do Oceano Pacífico fluem para o norte através do estreito de Bering que separa o Alasca da Sibéria. Chegando ao Oceano Ártico, a água relativamente doce do Pacífico flui sobre a água mais salgada do Atlântico. Como resultado, a coluna de água superior do Ártico ocidental é dominada pelo nitrogênio proveniente do Pacífico e é fortemente estratificada.

No entanto, nem sempre foi assim. "Durante a última era glacial, quando o crescimento das camadas de gelo baixou o nível do mar global, o Estreito de Bering não existia", disse Daniel Sigman, Professor de Ciências Geológicas e Geofísicas de Dusenbury de Princeton e um dos mentores de pesquisa de Farmer. Naquela época, o Estreito de Bering foi substituído pela Ponte Terrestre de Bering, uma conexão terrestre entre a Ásia e a América do Norte que permitia a migração de humanos para as Américas . Sem o estreito de Bering, o Ártico teria apenas água do Atlântico, e os dados de nitrogênio confirmam isso.

A coautora do estudo, Julie Granger, coletou amostras de água do Oceano Ártico a
bordo do navio quebra-gelo da Guarda Costeira dos EUA, Healy.
Crédito: Julie Granger, Universidade de Connecticut

Quando a era do gelo terminou, 11.500 anos atrás, com o derretimento dos lençóis de gelo e o aumento do nível do mar, os dados mostram o súbito aparecimento de nitrogênio do Pacífico na bacia ártica aberta a oeste, evidência dramática da abertura do Estreito de Bering.

"Esperávamos ver esse sinal nos dados, mas não tão claramente!" Sigman disse.

Esta foi apenas a primeira das surpresas. Analisando os dados, Farmer também percebeu que, antes da abertura do Estreito de Bering, o Ártico não estava fortemente estratificado como é hoje. Somente com a abertura do Estreito de Bering o Ártico ocidental tornou-se fortemente estratificado, conforme refletido pelo início da limitação de nitrogênio do plâncton nas águas superficiais.

Indo para o leste, longe do Estreito de Bering, a água proveniente do Pacífico é diluída, de modo que o Ártico central e oriental moderno é dominado pela água do Atlântico e uma estratificação relativamente fraca. Aqui, os pesquisadores descobriram que a limitação do nitrogênio e a estratificação da densidade variam com o clima. Como no Ártico ocidental, a estratificação foi fraca durante a última era glacial, quando o clima era mais frio. Após a idade do gelo, a estratificação do Ártico central se fortaleceu, atingindo um pico entre cerca de 10.000 e 6.000 anos atrás, um período de temperaturas do Ártico naturalmente mais altas, chamado de " Máximo Térmico Holoceno ". Desde aquela época, a estratificação central do Ártico enfraqueceu, permitindo que o nitrogênio profundo o suficiente alcance as águas superficiais e exceda as necessidades do plâncton.

O aquecimento global está retornando rapidamente o Ártico ao clima do Máximo Térmico Holoceno. À medida que esse aquecimento continua, alguns cientistas previram que a redução da cobertura de gelo aumentaria a produtividade do plâncton ártico, aumentando a quantidade de luz solar que atinge o oceano. As novas informações históricas obtidas por Farmer e seus colegas sugerem que tal mudança é improvável para as águas da bacia aberta do Ártico ocidental e central. O Ártico ocidental permanecerá fortemente estratificado devido ao fluxo persistente de água do Pacífico através do Estreito de Bering, enquanto o aquecimento fortalecerá a estratificação no Ártico central. Em ambas as regiões de oceano aberto, o fornecimento lento de nitrogênio provavelmente limitará a produtividade do plâncton , concluíram os pesquisadores.

"Um aumento na produtividade da bacia ártica aberta provavelmente teria sido visto como um benefício, por exemplo, aumentar a pesca", disse Farmer. "Mas, dados nossos dados, um aumento na produtividade do Ártico aberto parece improvável. A melhor esperança para um aumento futuro na produtividade do Ártico está provavelmente nas águas costeiras do Ártico."

 

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