Em algumas partes do oceano profundo, pode parecer que está nevando. Essa "neve marinha" é a poeira e os detritos que os organismos liberam ao morrer e se decompor. A neve marinha pode cair a vários quilômetros de profundidade, nas partes mais profundas do oceano, onde as partículas ficam enterradas no fundo do mar por milênios.

Agora, pesquisadores do MIT e seus colaboradores descobriram que, à medida que a neve marinha cai, minúsculos passageiros clandestinos podem limitar a profundidade que as partículas podem atingir antes de se dissolverem. A equipe demonstra que, quando bactérias se alojam em partículas de neve marinha, os micróbios podem consumir o carbonato de cálcio, um lastro essencial que ajuda as partículas a afundarem.

As descobertas, publicadas esta semana nos Anais da Academia Nacional de Ciências (Proceedings of the National Academy of Sciences), podem explicar como o carbonato de cálcio se dissolve em camadas superficiais do oceano, onde os cientistas presumiam que ele deveria permanecer intacto. Os resultados também podem mudar a compreensão dos cientistas sobre a rapidez com que o oceano consegue sequestrar carbono da atmosfera.

A neve marinha é um dos principais veículos pelos quais o oceano armazena carbono. Na superfície do oceano, o fitoplâncton absorve dióxido de carbono da atmosfera e converte o gás em outras formas de carbono, incluindo carbonato de cálcio — a mesma substância encontrada em conchas e corais. Quando morrem, fragmentos de fitoplâncton flutuam pelas profundezas do oceano como neve marinha, carregando o carbono consigo. Se as partículas chegarem às profundezas do oceano, o carbono que transportam pode ser enterrado e armazenado por centenas ou milhares de anos.

Mas o novo estudo sugere que as bactérias podem estar prejudicando a capacidade do oceano de sequestrar carbono. Ao erodir o carbonato de cálcio das partículas, as bactérias podem retardar significativamente o afundamento da neve marinha. Quanto mais tempo permanecem, maior a probabilidade de as partículas serem respiradas rapidamente, liberando dióxido de carbono no oceano raso e, possivelmente, de volta para a atmosfera.

“O que demonstramos é que o carbono pode não afundar tão profundamente ou tão rapidamente quanto se poderia esperar”, afirma o coautor do estudo, Andrew Babbin, professor associado do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias e diretor de missão do Projeto Clima do MIT. “À medida que a humanidade tenta encontrar soluções para o problema da grande quantidade de CO2 na atmosfera, precisamos levar em consideração esses mecanismos e retroalimentações microbianas naturais.”

O autor principal do estudo é Benedict Borer, ex-pós-doutorando do MIT e atualmente professor assistente de ciências marinhas e costeiras na Escola de Ciências Ambientais e Biológicas de Rutgers; os coautores incluem Adam Subhas e Matthew Hayden, da Instituição Oceanográfica de Woods Hole, e Ryan Woosley, pesquisador principal do Centro de Ciência e Estratégia para a Sustentabilidade do MIT.

A neve marinha funciona como a principal "bomba biológica" do oceano, o processo pelo qual o oceano transporta carbono da superfície para as profundezas. Cientistas estimam que a neve marinha seja responsável por absorver bilhões de toneladas de carbono a cada ano. A capacidade da neve marinha de afundar provém principalmente de minerais como o carbonato de cálcio incorporados às partículas. Esse mineral atua como um lastro denso que pesa a partícula. Quanto mais carbonato de cálcio uma partícula contém, mais rápido ela afunda.

Com base na termodinâmica, os cientistas presumiam que o carbonato de cálcio não deveria se dissolver nas camadas superiores do oceano, dadas as condições gerais de temperatura e pH na superfície oceânica. Qualquer carbonato de cálcio presente na neve marinha deveria, portanto, afundar com segurança a profundidades superiores a 1.000 metros sem se dissolver durante o percurso.

Mas os oceanógrafos há muito observam sinais de carbonato de cálcio dissolvido nas camadas superiores do oceano, sugerindo que algo além das condições macroscópicas do oceano estava dissolvendo o mineral e diminuindo a velocidade da bomba biológica oceânica.

E, de fato, a equipe do MIT descobriu que o que dissolve o carbonato de cálcio em águas rasas é um processo em microescala que ocorre no ambiente imediato de uma partícula individual.

Em seu novo estudo, os pesquisadores criaram um experimento para simular uma partícula de neve marinha afundando e suas interações em microescala. A equipe sintetizou partículas semelhantes à neve marinha a partir de concentrações variáveis de carbonato de cálcio e bactérias — organismos que frequentemente se alimentam dessas partículas no oceano.

“O oceano é um meio bastante diluído em relação à matéria orgânica”, diz Babbin. “Portanto, organismos como as bactérias precisam procurar alimento. E as partículas de neve marinha são como hambúrgueres para as bactérias.”

A equipe projetou um pequeno chip microfluídico para conter as partículas e fez circular água do mar através do chip em diferentes taxas para simular diferentes velocidades de afundamento no oceano. Seus experimentos revelaram que, sempre que as partículas abrigavam bactérias, elas também perdiam rapidamente parte do carbonato de cálcio, que se dissolvia na água do mar circundante. À medida que as bactérias se alimentam do material orgânico das partículas, os micróbios excretam resíduos ácidos que atuam dissolvendo o carbonato de cálcio inorgânico, que serve de lastro para as partículas.

Os pesquisadores também descobriram que a quantidade de carbonato de cálcio que se dissolve depende da velocidade com que as partículas afundam. Eles fizeram circular água do mar ao redor das partículas em velocidades lenta, intermediária e rápida e descobriram que tanto o afundamento lento quanto o rápido limitam a quantidade de carbonato de cálcio dissolvido. Com o afundamento lento, as partículas não recebem tanto oxigênio do ambiente, o que essencialmente sufoca qualquer bactéria que esteja aderindo a elas. Quando as partículas afundam rapidamente, as bactérias podem ser suficientemente oxigenadas, mas quaisquer resíduos que elas produzam podem ser facilmente eliminados antes que consigam dissolver o carbonato de cálcio das partículas.

Em velocidades intermediárias, existe um ponto ideal: as bactérias estão suficientemente oxigenadas e também conseguem acumular resíduos em quantidade suficiente, permitindo que os micróbios dissolvam o carbonato de cálcio de forma eficiente.

Em geral, o estudo demonstra que as bactérias podem ter um efeito significativo na capacidade da neve marinha de afundar e sequestrar carbono nas profundezas do oceano. As bactérias podem ser encontradas em todos os lugares, e particularmente nas regiões oceânicas mais rasas. Mesmo que as condições em macroescala nessas camadas superiores não devam dissolver o carbonato de cálcio, o estudo indica que as bactérias que atuam em microescala provavelmente o fazem.

As descobertas podem explicar as observações dos oceanógrafos sobre a presença de carbonato de cálcio dissolvido em regiões oceânicas rasas. Elas também ilustram que bactérias e outros micróbios podem estar atuando contra a capacidade natural do oceano de sequestrar carbono, dissolvendo o lastro da neve marinha e retardando sua descida para as profundezas oceânicas. À medida que os seres humanos consideram soluções climáticas que envolvem o fortalecimento da bomba biológica oceânica, os pesquisadores enfatizam que o papel das bactérias deve ser levado em conta.

“As informações obtidas com este trabalho são vitais para prever como os ecossistemas responderão às tentativas de remoção de dióxido de carbono marinho e, de forma geral, como os oceanos mudarão em resposta aos cenários climáticos futuros”, afirma Benedict Borer, que realizou os experimentos do estudo como pós-doutorando no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT.

Este trabalho foi financiado, em parte, pela Fundação Simons, pela Fundação Nacional de Ciência e pelo Projeto Climático do MIT.