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Cientistas constroem novo atlas das águas oceânicas carentes de oxigênio
Os mapas 3D podem ajudar os pesquisadores a rastrear e prever a resposta do oceano às mudanças climáticas.
Por Jennifer Chu - 27/12/2021


Intensidade da zona com deficiência de oxigênio no leste do Oceano Pacífico, onde as cores de cobre representam os locais de concentrações de oxigênio consistentemente mais baixas e o azul-petróleo profundo indica regiões sem oxigênio dissolvido suficientemente baixo. Crédito: Jarek Kwiecinski e Andrew Babbin

A vida está fervilhando em quase todos os lugares dos oceanos, exceto em certos bolsões onde o oxigênio cai naturalmente e as águas se tornam inviáveis ​​para a maioria dos organismos aeróbicos. Essas piscinas desoladas são “zonas deficientes de oxigênio” ou ODZs. E embora representem menos de 1% do volume total do oceano, são uma fonte significativa de óxido nitroso, um potente gás de efeito estufa. Seus limites também podem limitar a extensão da pesca e dos ecossistemas marinhos.

Agora, os cientistas do MIT geraram o “atlas” tridimensional mais detalhado dos maiores ODZs do mundo. O novo atlas fornece mapas de alta resolução dos dois principais corpos d'água carentes de oxigênio no Pacífico tropical. Esses mapas revelam o volume, a extensão e as profundidades variáveis ​​de cada ODZ, junto com recursos em escala fina, como faixas de água oxigenada que invadem zonas de outra forma esgotadas.

A equipe usou um novo método para processar dados oceânicos de mais de 40 anos, compreendendo quase 15 milhões de medições feitas por muitos cruzeiros de pesquisa e robôs autônomos implantados em todo o Pacífico tropical. Os pesquisadores compilaram então analisaram esses dados vastos e refinados para gerar mapas de zonas com deficiência de oxigênio em várias profundidades, semelhantes às muitas fatias de uma varredura tridimensional.

A partir desses mapas, os pesquisadores estimaram o volume total das duas principais ODZs no Pacífico tropical, com mais precisão do que os esforços anteriores. A primeira zona, que se estende desde a costa da América do Sul, mede cerca de 600.000 quilômetros cúbicos - aproximadamente o volume de água que encheria 240 bilhões de piscinas olímpicas. A segunda zona, na costa da América Central, é cerca de três vezes maior.

O atlas serve como uma referência para onde se encontram os ODZs hoje. A equipe espera que os cientistas possam fazer acréscimos a este atlas com medições contínuas, para rastrear melhor as mudanças nessas zonas e prever como elas podem mudar com o aquecimento do clima.

“É amplamente esperado que os oceanos percam oxigênio à medida que o clima esquenta. Mas a situação é mais complicada nos trópicos, onde há grandes zonas com deficiência de oxigênio ”, diz Jarek Kwiecinski '21, que desenvolveu o atlas junto com Andrew Babbin, o professor de desenvolvimento de carreira verde Cecil e Ida no Departamento de Terra, Atmosfera e Ciências Planetárias. “É importante criar um mapa detalhado dessas zonas para que tenhamos um ponto de comparação para mudanças futuras.”

O estudo da equipe aparece hoje na revista Global Biogeochemical Cycles.

Exibindo artefatos

As zonas com deficiência de oxigênio são regiões grandes e persistentes do oceano que ocorrem naturalmente, como consequência dos micróbios marinhos devorando o fitoplâncton afundando junto com todo o oxigênio disponível nas redondezas. Essas zonas ficam em regiões que deixam de passar as correntes oceânicas, que normalmente reabasteceriam as regiões com água oxigenada. Como resultado, os ODZs são locais de águas relativamente permanentes e pobres em oxigênio, e podem existir em profundidades meso-oceânicas de cerca de 35 a 1.000 metros abaixo da superfície. Para alguma perspectiva, os oceanos têm, em média, cerca de 4.000 metros de profundidade.

Nos últimos 40 anos, os cruzeiros de pesquisa exploraram essas regiões, jogando garrafas em várias profundidades e puxando a água do mar que os cientistas mediram em busca de oxigênio.

“Mas existem muitos artefatos que vêm da medição de uma garrafa quando você está tentando medir o oxigênio realmente zero”, diz Babbin. “Todo o plástico que implantamos em profundidade está cheio de oxigênio que pode vazar para a amostra. Quando tudo estiver dito e feito, o oxigênio artificial infla o verdadeiro valor do oceano. ”

Em vez de depender de medições de amostras de garrafas, a equipe analisou dados de sensores anexados ao exterior das garrafas ou integrados a plataformas robóticas que podem alterar sua flutuabilidade para medir água em diferentes profundidades. Esses sensores medem uma variedade de sinais, incluindo mudanças nas correntes elétricas ou na intensidade da luz emitida por um corante fotossensível para estimar a quantidade de oxigênio dissolvido na água. Em contraste com as amostras de água do mar que representam uma única profundidade discreta, os sensores gravam sinais continuamente conforme eles descem pela coluna de água.

Os cientistas tentaram usar esses dados do sensor para estimar o valor real das concentrações de oxigênio em ODZs, mas descobriram que é incrivelmente complicado converter esses sinais com precisão, especialmente em concentrações próximas de zero.

“Adotamos uma abordagem muito diferente, usando medições não para olhar seu valor real, mas sim como esse valor muda dentro da coluna d'água”, disse Kwiecinski. “Dessa forma, podemos identificar águas anóxicas, independentemente do que um sensor específico diga.”

Afundando

A equipe raciocinou que, se os sensores mostrassem um valor constante e imutável de oxigênio em uma seção vertical contínua do oceano, independentemente do valor verdadeiro, então provavelmente seria um sinal de que o oxigênio havia chegado ao fundo do poço e que a seção fazia parte de uma zona deficiente em oxigênio.

Os pesquisadores reuniram cerca de 15 milhões de medições de sensores coletadas ao longo de 40 anos por vários cruzeiros de pesquisa e flutuadores robóticos e mapearam as regiões onde o oxigênio não mudou com a profundidade.

“Agora podemos ver como a distribuição de água anóxica no Pacífico muda em três dimensões”, diz Babbin. 

A equipe mapeou os limites, o volume e a forma de dois ODZs principais no Pacífico tropical, um no hemisfério norte e outro no hemisfério sul. Eles também puderam ver pequenos detalhes dentro de cada zona. Por exemplo, as águas pobres em oxigênio são “mais espessas” ou mais concentradas no meio e parecem afinar em direção às bordas de cada zona.

“Também podíamos ver lacunas, onde parecia que grandes mordidas foram tiradas de águas anóxicas em profundidades rasas”, diz Babbin. “Há algum mecanismo que leva oxigênio para esta região, tornando-a oxigenada em comparação com a água ao seu redor.”

Essas observações das zonas de deficiência de oxigênio do Pacífico tropical são mais detalhadas do que o que foi medido até agora.

“A forma como as fronteiras dessas ODZs são moldadas e até que ponto elas se estendem não poderia ser resolvido anteriormente”, diz Babbin. “Agora temos uma ideia melhor de como essas duas zonas se comparam em termos de extensão e profundidade da área.”

“Isso dá a você um esboço do que poderia estar acontecendo”, diz Kwiecinski. “Há muito mais que se pode fazer com essa compilação de dados para entender como o suprimento de oxigênio do oceano é controlado.”

Esta pesquisa é apoiada, em parte, pela Fundação Simons.

 

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