Usted no se lo cree

“We were surprised by the intensity of the changes we saw, how rapidly oxygen is going down in the ocean and how large the effects on marine ecosystems are.” – Andreas Oschlies, 2019⁽⁶¹⁵⁾

Junto a las imponentes olas de calor marinas y la acidificación que hemos visto en sendos capítulos anteriores son también poco conocidos los efectos de la notable pérdida de oxígeno de los océanos (hipoxia). Esta situación resulta letal para muchas especies y altera los ecosistemas marinos de modo fundamental. En rigor se habla de zonas OMZ (Oxigen Minimum Zones), definidas como aquellos volúmenes oceánicos cuya concentración de oxígeno disuelto es inferior a 2 mg/litro. Pero amplias zonas del este del Pacífico y del norte del Océano Índico son ya casi completamente anóxicas.

El calentamiento, la acidificación y la desoxigenación que, entre otras consecuencias, afectan a la producción primaria del fitoplancton, son considerados históricamente los principales agentes agresores del medio marino⁽⁶¹⁶⁾, con la particularidad de que en nuestro tiempo se están dando todos a la vez y acelerándose. Todo ello, junto a la pesca industrial, ha conducido ya a los denominados desiertos marinos, zonas hipóxicas o anóxicas que solo albergan una vida anaeróbica bastante elemental.

Desoxigenación subestimada en alcance y velocidad de expansión

El oxígeno disuelto en los océanos ha disminuido durante el siglo XX⁽⁶¹⁷⁾. A nivel global se ha perdido ya un 2% del contenido en oxígeno solo en los últimos 50 años, si bien la reducción de la solubilidad del oxígeno debido al calentamiento no parece haber sido por ahora el vector dominante de agresión⁽⁶¹⁸⁾]. Esta desoxigenación parece estar produciéndose, como no, más deprisa de lo que se creía⁽⁶¹⁹⁾ (0.5-3,3% en los primeros 1000 m)⁽⁶²⁰⁾. Se está acelerando, proceso que resulta favorecido por lo menos por la contaminación por aerosoles⁽⁶²¹⁾. Debido a fenómenos de eutrofización que veremos a continuación la desoxigenación es mayor en las zonas costeras que en mar abierto⁽⁶²²⁾, siendo en este último caso las zonas tropicales de ambos hemisferios⁽⁶²³⁾ las más afectadas⁽⁶²⁴⁾. Dentro de este siglo, los efectos combinados del cambio climático y la pérdida de oxígeno van a reducir el metabolismo de las capas superiores de los océanos en un 20% a nivel global y hasta en un 50% en latitudes altas⁽⁶²⁵⁾. En 2010 las zonas hipóxicas habían ya aumentado en ese período en una superficie equivalente a la de toda Europa, solo en las zonas tropicales⁽⁶²⁶⁾.

Declive del oxígeno oceánico en zonas costeras y en mar abierto (fFuente: Science,2018 – doi:10.1126/science.aam7240)

El oxígeno marino, necesario para la vida aeróbica tanto superficial como profunda, procede de los flujos atmósfera-océano y de la fotosíntesis del fitoplancton. Si la respiración de los distintos organismos es superior al aporte, se produce la zona hipóxica. Ocurre que desde 1950 han sido más de 500 las zonas costeras catalogadas como hipóxicas, mientras se estima que antes de esa fecha solo se veían afectadas no más de 50. En todo caso se cree que esa cifra de 500 es muy conservadora, pues muchas alteraciones ubicadas en países pobres no son monitorizadas⁽⁶²⁷⁾ y, en cambio, si se ha visto que llegan a ser de hasta el 40% en algunas zonas tropicales desde hace solo 50 años⁽⁶²⁸⁾. Ya en 2008 se consideraba que tanto su extensión como su evolución futura estaban siendo subestimadas, pues el umbral de hipoxia definido ya suponía la superación de límites letales o subletales para muchas especies y por tanto para la biodiversidad y equilibrio de sus ecosistemas, teniendo incluso en cuenta la variabilidad de sus capacidades de adaptación⁽⁶²⁹⁾.

Estas OMZ pueden, por cierto, ser mucho mayores de lo que hasta ahora se tenía por cierto según un trabajo publicado en diciembre de 2019 en Global Biochemical Cycles. No solo son más grandes de lo que hasta ahora se creía sino que, además, se están expandiendo más rápidamente de lo esperado⁽⁶³⁰⁾. Estos desiertos marinos, de seguir ampliándose, podrían llegar a tener el mismo efecto de barrera que la deforestación en los bosques, con los consiguientes efectos de extinción en cascada, para entonces ya globales.

Extinciones en cascada

Como en tantas áreas de las ciencias del clima, también aquí el estudio del pasado oceánico nos revela importantes claves de su comportamiento⁽⁶³¹⁾ que nos permiten comprender el presente, validar los modelos y anticipar el futuro⁽⁶³²⁾. No es difícil encontrar similitudes con los distintos forzamientos actuales⁽⁶³³⁾, aunque la diferencia reside en que ahora se están dando todos simultáneamente⁽⁶³⁴⁾ y sinergísticamente. Y, al igual que otros muchos parámetros como la acidificación, a mayor velocidad que nunca.

En todo caso episodios previos de anoxia en aguas profundas han sido asociados con extinciones masivas. Tras la extinción del Pérmico, hace unos 252 millones de años, los océanos devinieron casi completamente anóxicos, es decir, sin oxígeno disuelto que permitiera la mayor parte de la vida marina⁽⁶³⁵⁾. El 95% de las especies del planeta resultaron extintas. La analogía con un pasado con menores forzamientos que los del presengte lleva a muchos a asegurar que una nueva extinción masiva es inevitable⁽⁶³⁶⁾. La sexta extinción ya en curso⁽⁶³⁷⁾, de la que hablaremos en capítulos por venir – y discutiremos si nosotros estaríamos incluidos en ella.

Estratificación y eutrofización, los conceptos clave

La hipoxia tiene varios causantes. Los enemigos del océano en términos de pérdida de oxígeno son el exceso de calor, el exceso de nitrógeno y el exceso de CO₂, si bien por ahora parece dominar el segundo, desde luego en las zonas costeras.

Estratificación

El calentamiento de las aguas, y con mayor motivo las olas de calor oceánicas, no solo reduce la solubilidad del oxígeno sino que intensifica la estratificación^[1] al aumentar el gradiente de densidad entre capas⁽⁶³⁸⁾ y dificultar así la exportación hacia las profundidades del ya menor oxígeno disuelto en las capas superficiales. Esta mayor estratificación se ve aumentada en latitudes elevadas, debido a la desalinización provocada por la fusión de los casquetes polares, una mayor precipitación y la descarga de muchos ríos y glaciares⁽⁶³⁹⁾.

La hipoxia en los mares se manifiesta también por un aumento de la concentración de oxígeno en la atmósfera. La propia acidificación contribuye a su vez a la hipoxia a través de una notable diversidad de mecanismos amplificadores bioquímicos y fisiológicos⁽⁶⁴⁰⁾. La hipoxia, aparece por ejemplo, consecutiva a las proliferaciones excesivas de algas eutrofizadas las cuales, al fenecer y decaer al fondo, son consumidas por microbios que emplean oxígeno para ello⁽⁶⁴¹⁾.

La simultaneidad y efecto sinérgico de potenciación mutua de todos estos efectos resulta especialmente letal. Solo la creciente estratificación es por si misma suficiente para empeorar cualquier estado hipóxico previo⁽⁶⁴²⁾. Todos estos procesos combinados tienen consecuencias a muy largo plazo y son difícilmente reversibles: bajo las peores condiciones, algunos estudios concluyen que no se van a recuperar antes de 100.000 años⁽⁶⁴³⁾, pues el estado anóxico resulta ser un atractor sistémico que se autosostiene⁽⁶⁴⁴⁾. A su vez, el declive de la concentración de oxígeno hace que la acidificación llegue a mayores profundidades⁽⁶⁴⁵⁾.

Eutrofización

Elementos que favorecen y limitan la desoxigenación por eutrofización (Fuente: Oceans on the edge of anoxia. Science, 2016 – 10.1126/science.aaj2321)

El proceso de hipoxia, que ocurre también ocasionalmente de forma natural, resulta exacerbado en las proximidades de las zonas costeras por la actividad humana, especialmente cuando vierte distintos residuos y, notablemente, nitrógeno y fósforo. El nitrógeno llega al mar en grandes cantidades a través de los ríos, que transportan fertilizantes nitrogenados originados en la agricultura industrial o no ecológica, y también por la vía de las emisiones de óxidos de nitrógeno consecutivas a la quema de combustibles fósiles, sobretodo gasolina y diésel, este último el combustible naval por excelencia. Este aporte adicional de nutrientes dispara procesos de eutrofización^[2] que incrementan desmedidamente la demanda de oxígeno. Antes que los efectos del calentamiento global y de los propios océanos, en términos de hipoxia por ahora el problema central es la llegada de nutrientes al mar.

Si fuera posible detener el uso en tierra de estos compuestos o su fluencia a través de los ríos, éstos seguirían llegando a los océanos durante muchas décadas, a través de los sedimentos y las aguas freáticas afectadas⁽⁶⁴⁶⁾. Aun cuando pudieran ser detenidos por completo, la no linealidad de los sistemas ecológicos impide que éstos vuelvan al estado anterior (aunque eso pueda ocurrir de forma ocasional cuando el daño ha sido todavía leve), como suelen suponer indebidamente las agencias de protección. Esto no es solo un resultado teórico (conocido como histéresis), sino que ha sido demostrado en zonas actualmente protegidas que fueron objeto de insumos importantes de nutrientes en los años 70 y 80: Return to Neverland ⁽⁶⁴⁷⁾.

Huida y extinción

El proceso de hipoxia provoca la huida de los organismos que pueden hacerlo y la muerte masiva de los que no pueden moverse, por ejemplo muchos de los que moran en el fondo, comenzando por los crustáceos. Concentraciones por debajo de 20 mmol.kg⁻¹ son letales para prácticamente todos los organismos superiores⁽⁶⁴⁸⁾, motivo por el cual se habla entonces de desiertos marinos. También se les llama a veces zonas muertas, si bien de forma impropia porque en esos desiertos proliferan grandes comunidades de microbios con gran actividad metabólica anaeróbica que, a su vez, tienen influencia en el clima a través de su papel en los ciclos de carbono, nitrógeno y azufre, emitiendo óxido nitroso⁽⁶⁴⁹⁾ y metano⁽⁶⁵⁰⁾.

Y venga óxido nitroso

En particular, se ha detectado una cantidad inesperada de N₂O emergiendo de las áreas costeras del Perú por surgencia⁽⁶⁵¹⁾. Las emisiones oceánicas de N₂O son un orden de magnitud superior en las zonas hipóxicas que en las bien oxigenadas⁽⁶⁵²⁾: junto a los efectos de la acidificación que, como hemos visto, también favorecen el aumento las emisiones de N₂O, estas podrían ser mucho mayores de lo esperado a nivel global si se comprobara que esta subestimación local resulta ser un hecho generalizado. Difícilmente una sorpresa, pues ya sabemos que las antropogénicas directas lo son, y lo son en gran medida.

Podría pensarse que la doble agresión hipoxia-acidificación no alcanzaría a los peces adultos costeros y que su resiliencia sería mayor por lo menos respecto a la segunda, pero resulta que tampoco es así: también muchos peces están amenazados, pues a igualdad de oxígeno disponible mueren antes en presencia de la acidificación. La hipoxia resulta ser todavía más dañina al reducirse el dinamismo de los opérculos y resultar así más vulnerables a los predadores⁽⁶⁵³⁾. Algunas especies pueden adaptarse temporalmente dentro de ciertos límites, aunque el hecho de que el proceso de adaptación sea precisamente exigente en términos energéticos, y quedar esa energía reducida por la merma de oxígeno, hace este proceso especialmente difícil. Además el aumento de la temperatura aumenta los requerimientos metabólicos y reduce así todavía más la disponibilidad de oxígeno. Estos mecanismos hacen prever reducciones muy importantes de hábitats apropiados y la expansión de las zonas hipóxicas. Los peces e invertebrados migran hacia los polos a razón de decenas o centenares de kilómetros por década, los que pueden soportan mayor presión se sumergen hacia aguas más profundas y las extinciones locales cada vez más extensas⁽⁶⁵⁴⁾.

Previsiones oficiales

Dado que estos episodios se producen también de forma natural, aislar la influencia del cambio climático no resulta fácil. Pero esto es lo que hicieron investigadores estadunidenses pertenecientes a distintas instituciones científicas de alto nivel, encontrando que la reducción de oxígeno solo por esta causa es ya perfectamente discernible en amplias zonas del océano y será de todo punto evidente de forma generalizada, e imparable, entre 2030 y 2040⁽⁶⁵⁵⁾, salvo improbable reducción de la concentración atmosférica de CO₂. El IPCC asume este dato levemente corregido, anunciando que entre el 59 y el 80% de las profundidades entre 100 y 600 m estarán sufriendo ya hipoxia entre 2031 y 2050⁽⁶⁵⁶⁾, siendo la creciente estratificación ya por entonces el principal responsable.

El IPCC prevé que el nivel de oxígeno oceánico se reducirá más todavía a lo largo de este siglo, entre un 3 y un 6%; alrededor de un 2% por cada grado de calentamiento⁽⁶⁵⁷⁾, aunque no hay todavía acuerdo firme acerca de su previsible distribución geográfica. Globalmente se está empleando una relación prácticamente lineal, pero con la particularidad no menor de ir siempre con un retraso de nada menos que 1.000 años: ahora iniciado, el pico de desoxigenación se producirá transcurrido un milenio tras la estabilización de la temperatura del globo y el sistema oceánico no se estabilizará en las nuevas condiciones que correspondan hasta transcurridos unos 6 milenios⁽⁶⁵⁸⁾.

Notas

[1] Estratificación de los océanos: Fenómeno por el cual se generan capas de distintas propiedades, entre ellas la densidad, que dificultan o impiden la mezcla de la columna de agua, pudiendo provocar la anoxia de las capas más profundas
[2] Eutrofización: enriquecimiento excesivo de nutrientes en un ecosistema acuático. En nuestro caso, la eutrofización tiene lugar cuando llegan al mar nutrientes (fósforo y nitrógeno) procedentes de la agricultura o de los residuos y la deposición de nitrógeno por la combustión fósil, resultando en grandes proliferaciones de algas que decauen al fondo al morir y son consumidas por microorganismos que emplean oxígeno en el proceso

Índice tentativo de la serie

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