Meio Ambiente

Grande perda de gelo cria fábricas de fertilizantes subaquáticas

4 meses ago

Correntes oceânicas giram em torno da América do Norte (centro à esquerda) e da Groenlândia (canto superior direito) nesta visualização de dados criada com o modelo ECCO da NASA. A computação avançada está ajudando oceanógrafos a decifrar os pontos críticos de crescimento do fitoplâncton.

À medida que o gelo da Groenlândia recua, ele alimenta minúsculos organismos oceânicos. Para testar o porquê, cientistas recorreram a um modelo computacional do JPL e do MIT, que já foi chamado de laboratório

O escoamento da camada de gelo da Groenlândia está elevando nutrientes das profundezas do oceano e impulsionando o crescimento do fitoplâncton, segundo um novo estudo apoiado pela NASA . Em reportagem na Nature Communications: Earth & Environment, os cientistas usaram computação de ponta para simular a vida marinha e a física colidindo em um fiorde turbulento. Oceanógrafos estão ansiosos para entender o que impulsiona esses minúsculos organismos semelhantes a plantas, que absorvem dióxido de carbono e alimentam a pesca mundial.

A camada de gelo da Groenlândia, com mais de 1,6 km de espessura, está desprendendo cerca de 293 bilhões de toneladas (266 bilhões de toneladas métricas) de gelo por ano. Durante o pico do degelo no verão, mais de 1.200 metros cúbicos de água doce escoam para o mar a cada segundo, vindos de baixo da Geleira Jakobshavn , também conhecida como Sermeq Kujalleq, a geleira mais ativa da camada de gelo. As águas se encontram e despencam centenas de metros abaixo da superfície.

O fitoplâncton de cor azul-petróleo floresce na costa da Groenlândia nesta imagem de satélite capturada em junho de 2024 pela missão PACE (Plankton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem) da NASA

A pluma de água derretida é doce e mais flutuante do que a água salgada ao redor. À medida que sobe, os cientistas levantaram a hipótese de que ela pode estar transportando nutrientes como ferro e nitrato — um ingrediente essencial em fertilizantes — para o fitoplâncton que flutua na superfície.

Pesquisadores rastreiam esses organismos microscópicos porque, embora muito menores que a cabeça de um alfinete, eles são titãs da teia alimentar oceânica. Habitando todos os oceanos, dos trópicos às regiões polares, eles alimentam o krill e outros herbívoros que, por sua vez, sustentam animais maiores, incluindo peixes e baleias.

“Sem fitoplâncton, talvez não consigamos respirar ou comer sushi”, disse Aimee Neeley, oceanógrafa da NASA em Goddard. Grandes florações verdes de fitoplâncton rodopiam nas águas escuras ao redor de Gotland, uma ilha sueca no Mar Báltico

Trabalhos anteriores utilizando dados de satélite da NASA constataram que a taxa de crescimento do fitoplâncton nas águas do Ártico aumentou 57% somente entre 1998 e 2018. Uma infusão de nitrato das profundezas seria especialmente crucial para o fitoplâncton da Groenlândia no verão, após a maioria dos nutrientes ter sido consumida pelas florações anteriores da primavera. Mas a hipótese tem sido difícil de testar ao longo da costa, onde o terreno remoto e os icebergs do tamanho de quarteirões dificultam observações de longo prazo.

“Enfrentamos o problema clássico de tentar entender um sistema tão remoto e enterrado sob o gelo”, disse Dustin Carroll, oceanógrafo da Universidade Estadual de San José, também afiliado ao Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, no sul da Califórnia. “Precisávamos de um modelo computacional de primeira linha para ajudar”.

Mar de Dados

Modelo de ecossistema oceânico de Darwin impulsionado pelos campos de circulação oceânica da ECCO. O modelo simula 35 espécies de fitoplâncton, variando em tamanho de 0,6 a mais de 200 µm em diâmetro esférico equivalente, e 16 zooplânctons, variando de 6 a mais de 2000 µm de diâmetro. As cores mostram diferentes agrupamentos de tipos funcionais de fitoplâncton. Essa ecologia oceânica realista, baseada na “sobrevivência do mais apto”, é a base do modelo de biogeoquímica oceânica ECCO-Darwin, que utiliza um ecossistema simplificado baseado nas espécies mais bem-sucedidas na simulação acima

Para recriar o que estava acontecendo nas águas ao redor da geleira mais ativa da Groenlândia, a equipe utilizou um modelo oceânico desenvolvido no JPL e no Instituto de Tecnologia de Massachusetts, em Cambridge. O modelo incorpora quase todas as medições oceânicas disponíveis, coletadas por instrumentos marítimos e por satélite nas últimas três décadas. Isso equivale a bilhões de pontos de dados, desde a temperatura e salinidade da água até a pressão no fundo do mar. O modelo é chamado de Estimativa da Circulação e do Clima do Oceano-Darwin (ECCO-Darwin, abreviação).

Um dos principais focos da ECCO-Darwin é representar melhor esses processos em uma estrutura de modelagem assimilativa de dados. O Contínuo Aquático Terra-Oceano (LOAC). Apesar de sua importância no balanço de carbono do sistema terrestre, os fluxos de carbono, água doce, nutrientes e sedimentos da terra para o oceano têm sido, até o momento, negligenciados nos modelos biogeoquímicos globais do oceano.

Simular “biologia, química e física se unindo” em apenas um bolsão ao longo dos 43.000 quilômetros de litoral da Groenlândia é um enorme problema matemático, observou o autor principal Michael Wood, oceanógrafo computacional da Universidade Estadual de San José. Para destrinchar, ele disse que a equipe construiu um “modelo dentro de um modelo dentro de um modelo” para ampliar os detalhes do fiorde ao pé da geleira.

Usando supercomputadores no Centro de Pesquisa Ames da NASA, no Vale do Silício, eles calcularam que os nutrientes de águas profundas impulsionados pelo escoamento glacial seriam suficientes para aumentar o crescimento do fitoplâncton no verão em 15 a 40% na área de estudo.

Mais mudanças na loja

O aumento do fitoplâncton pode ser benéfico para os animais marinhos e a pesca da Groenlândia? Carroll afirmou que desvendar os impactos no ecossistema levará tempo. O derretimento da camada de gelo da Groenlândia deverá acelerar nas próximas décadas, afetando tudo, desde o nível do mar e a vegetação terrestre até a salinidade das águas costeiras.

A visualização mostra os tipos dominantes de fitoplâncton de 1994 a 1998, gerados pelo Projeto Darwin, utilizando um modelo oceânico e de ecossistemas de alta resolução. O modelo contém campos de fluxo de 1994 a 1998 (gerados pelo modelo ECCO2), nutrientes inorgânicos, 78 espécies de fitoplâncton, zooplâncton, bem como partículas e matéria orgânica dissolvida. As cores representam o tipo mais dominante de fitoplâncton em um determinado local, com base em seu tamanho e capacidade de absorver nutrientes. Vermelho representa diatomáceas, amarelo representa flagelados, verde representa proclorococos e ciano representa sinequicocos

“Reconstruímos o que está acontecendo em um sistema-chave, mas há mais de 250 geleiras semelhantes ao redor da Groenlândia”, disse Carroll. Ele observou que a equipe planeja estender suas simulações para toda a costa da Groenlândia e além.

Algumas mudanças parecem estar impactando o ciclo do carbono tanto positiva quanto negativamente: a equipe calculou como o escoamento da geleira altera a temperatura e a química da água do mar no fiorde, tornando-a menos capaz de dissolver dióxido de carbono. Essa perda é compensada, no entanto, pelas maiores florações de fitoplâncton, que absorvem mais dióxido de carbono do ar durante a fotossíntese.

Wood acrescentou: “Não criamos essas ferramentas para uma aplicação específica. Nossa abordagem é aplicável a qualquer região, do Golfo do Texas ao Alasca. Como um canivete suíço, podemos aplicá-la a diversos cenários”.