Os giros subtropicais são enormes, correntes sustentadas que abrangem milhares de quilômetros nos oceanos Pacífico e Atlântico, onde muito pouco cresce.

Com nutrientes em falta, fitoplâncton, as plantas microscópicas que formam a base da cadeia alimentar marinha, luta para prosperar.

Contudo, algum fitoplâncton vive dentro do ambiente hostil desses giros, e exatamente como eles obtêm seus nutrientes sempre foi um mistério.

Agora, pesquisa de Edward Doddridge, um pós-doutorado no Departamento da Terra, Ciências Atmosféricas e Planetárias no MIT, descobriu que o crescimento do fitoplâncton em giros subtropicais é afetado por uma camada de água bem abaixo da superfície do oceano, o que permite que os nutrientes sejam reciclados de volta à superfície.

Trabalhando com David Marshall na Universidade de Oxford, Doddridge desenvolveu um modelo para investigar o mecanismo por trás do crescimento do fitoplâncton dentro dos giros, que aparece no Journal of Geophysical Research:Oceans .

De acordo com os livros didáticos, os ventos empurram as águas superficiais para o centro dos giros e depois para baixo, retirando nutrientes da zona iluminada pelo sol e, portanto, evitando que o fitoplâncton prospere.

Mas pesquisas anteriores de Doddridge sugeriram que essa visão é muito simplista, e que o movimento dos redemoinhos - o equivalente oceânico dos sistemas meteorológicos - dentro dos giros atua contra esse movimento, evitando que a água seja empurrada para baixo.

Para investigar isso mais a fundo, os pesquisadores desenvolveram um modelo de computador simples, em que eles dividem o oceano em duas camadas:a camada iluminada pelo sol e uma camada de água homogênea abaixo dela, chamado modo água. Abaixo desta camada de água modal está o abismo, que não foi incluída no modelo.

Dentro do modelo, os pesquisadores incluíram o processo de convergência da água conduzido pelo vento dos lados do giro e depois para baixo, e a forma como os redemoinhos devem agir contra esse movimento.

Quando eles executaram o modelo, seus resultados refletiram amplamente as observações dos próprios giros, com maior concentração de nutrientes e produtividade fitoplanctônica nas bordas dos giros, e menor produtividade no centro.

Eles então começaram a variar os diferentes parâmetros do modelo, para investigar que efeito isso teria sobre os níveis de nutrientes e a produtividade do fitoplâncton.

Eles primeiro variaram um mecanismo proposto anteriormente por pesquisadores e conhecido como bombeamento de redemoinhos, em que o movimento giratório de correntes circulares fica mais frio, água rica em nutrientes vindo de baixo.

"Mudamos a quantidade de fluido que esse mecanismo poderia trocar entre a camada iluminada pelo sol e a camada homogênea abaixo, e descobrimos que, à medida que aumentamos o bombeamento de redemoinhos, a concentração de nutrientes subiu, como sugerido por pesquisas anteriores, "diz Doddridge.

Contudo, o efeito desse bombeamento de redemoinho começou a se estabilizar em níveis mais altos. Quanto mais os pesquisadores aumentaram o mecanismo de bombeamento de redemoinhos, quanto menor se tornava o aumento na concentração de nutrientes.

Eles então variaram o processo de convergência horizontal da água e bombeamento para baixo dentro dos giros, conhecido como transporte Ekman residual. Eles descobriram que esse processo teve um impacto considerável na concentração de nutrientes.

Finalmente, os pesquisadores variaram a espessura da camada de água homogênea abaixo da camada iluminada pelo sol, que eles também descobriram ter um impacto significativo na concentração de nutrientes.

Pesquisas anteriores haviam sugerido que, à medida que essa camada de água modal fica mais espessa, ele bloqueia os nutrientes que vêm de baixo, resultando em níveis de produtividade mais baixos na zona iluminada pelo sol. Contudo, os resultados do modelo sugerem que o oposto é o caso, com uma camada de modo mais espessa levando a uma maior concentração de nutrientes. Este foi particularmente o caso quando o nível de transporte Ekman estava baixo, Doddridge diz.

"Quando o fitoplâncton e outras coisas que vivem na camada iluminada pelo sol morrem, ou ser comido e excretado, eles começam a cair no oceano, e seus nutrientes são absorvidos de volta para a água, "Doddridge diz.

"Portanto, quanto mais espessa for essa camada homogênea, quanto mais tempo leva para essas partículas caírem, e quanto mais de seus nutrientes são absorvidos pelo fluido, para ser reciclado como alimento. "

Enquanto os nutrientes permanecem na camada homogênea, não é preciso muita energia para eles serem misturados de volta à superfície, Doddridge diz. Mas se eles caírem rapidamente no abismo - porque a camada homogênea é fina, por exemplo, os nutrientes são essencialmente cortados da água superficial acima, ele diz.

Quando os pesquisadores testaram os resultados do modelo usando dados de satélites, robôs autônomos, e navios, eles descobriram que isso apoiava suas descobertas, sugerindo que o modo de água mais espesso realmente aumenta o crescimento do fitoplâncton dentro dos giros subtropicais.

No futuro, Doddridge gostaria de realizar mais experimentos usando modelos mais complexos, para obter mais informações sobre a maneira como os nutrientes são alimentados e reciclados nos giros subtropicais.

As águas do alto oceano pobres em nutrientes do giro subtropical desempenham papéis globalmente importantes na absorção de carbono pelos oceanos, com processos biológicos mediando uma grande fração dessa absorção de carbono, mas os processos de fornecimento de nutrientes necessários para apoiar a produção biológica líquida nesses ecossistemas permanecem obscuros, de acordo com Matthew Church da Universidade de Montana, que não participou da pesquisa.

"O artigo destaca o papel fundamental dos processos físicos (especificamente redemoinhos) na regulação do suprimento ascendente de nutrientes, e o fluxo descendente de matéria orgânica que afunda, "Diz a Igreja." Os autores concluem que este último termo, especificamente a profundidade em que as partículas orgânicas são remineralizadas, estabelece restrições à produtividade das águas superficiais. Esta conclusão derivada do modelo apresenta uma hipótese testável em campo. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.