Historicamente, os oceanos fizeram grande parte do trabalho pesado do planeta quando se trata de sequestrar dióxido de carbono da atmosfera. Organismos microscópicos conhecidos coletivamente como fitoplâncton, que crescem ao longo da superfície dos oceanos iluminados pelo sol e absorvem dióxido de carbono através da fotossíntese, são um jogador chave.

Para ajudar a conter as crescentes emissões de dióxido de carbono produzidas pela queima de combustíveis fósseis, alguns cientistas propuseram semear os oceanos com ferro - um ingrediente essencial que pode estimular o crescimento do fitoplâncton. Essa "fertilização com ferro" cultivaria vastos novos campos de fitoplâncton, particularmente em áreas normalmente desprovidas de vida marinha.

Um novo estudo do MIT sugere que a fertilização com ferro pode não ter um impacto significativo no crescimento do fitoplâncton, pelo menos em escala global.

Os pesquisadores estudaram as interações entre o fitoplâncton, ferro, e outros nutrientes no oceano que ajudam o fitoplâncton a crescer. Suas simulações sugerem que, em escala global, a vida marinha sintonizou a química dos oceanos por meio dessas interações, evoluindo para manter um nível de ferro oceânico que ofereça suporte a um delicado equilíbrio de nutrientes em várias regiões do mundo.

"De acordo com nossa estrutura, a fertilização com ferro não pode ter um efeito geral significativo sobre a quantidade de carbono no oceano porque a quantidade total de ferro de que os micróbios precisam já está certa, '' diz o autor principal Jonathan Lauderdale, um cientista pesquisador do Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias.

Os co-autores do artigo são Rogier Braakman, Gael Esqueça, Stephanie Dutkiewicz, e Mick Follows no MIT.

Sopa de ligando

O ferro de que o fitoplâncton depende para crescer vem em grande parte da poeira que varre os continentes e, por fim, se deposita nas águas do oceano. Embora grandes quantidades de ferro possam ser depositadas dessa forma, a maior parte deste ferro afunda rapidamente, não utilizado, para o fundo do mar.

"O problema fundamental é, micróbios marinhos precisam de ferro para crescer, mas o ferro não fica pendurado. Sua concentração no oceano é tão minúscula que é um recurso precioso, "Lauderdale diz.

Portanto, os cientistas propuseram a fertilização com ferro como uma forma de introduzir mais ferro no sistema. Mas a disponibilidade de ferro para o fitoplâncton é muito maior se estiver associada a certos compostos orgânicos que mantêm o ferro na superfície do oceano e são produzidos pelo fitoplâncton. Esses compostos, conhecidos como ligantes, constituem o que Lauderdale descreve como uma "sopa de ingredientes" que normalmente vêm de resíduos orgânicos, células mortas, ou sideróforos - moléculas que os micróbios evoluíram para se ligarem especificamente ao ferro.

Não se sabe muito sobre esses ligantes que prendem ferro na escala do ecossistema, e a equipe se perguntou qual papel as moléculas desempenham na regulação da capacidade do oceano de promover o crescimento do fitoplâncton e, por fim, absorver dióxido de carbono.

"As pessoas entenderam como ligantes ligam o ferro, mas não quais são as propriedades emergentes de tal sistema em escala global, e o que isso significa para a biosfera como um todo, "Braakman diz." Isso é o que tentamos modelar aqui. "

Ponto doce de ferro

Os pesquisadores se propuseram a caracterizar as interações entre o ferro, ligantes, e macronutrientes, como nitrogênio e fosfato, e como essas interações afetam a população global de fitoplâncton e, simultaneamente, a capacidade do oceano de armazenar dióxido de carbono.

A equipe desenvolveu um modelo simples de três caixas, com cada caixa representando um ambiente geral do oceano com um equilíbrio particular de ferro versus macronutrientes. A primeira caixa representa águas remotas, como o Oceano Antártico, que normalmente têm uma concentração decente de macronutrientes que vêm do fundo do oceano. Eles também têm um baixo teor de ferro devido à sua grande distância de qualquer fonte de poeira continental.

A segunda caixa representa o Atlântico Norte e outras águas que têm um equilíbrio oposto:alto em ferro devido à proximidade de continentes empoeirados, e baixo teor de macronutrientes. A terceira caixa é um substituto para o oceano profundo, que é uma fonte rica em macronutrientes, como fosfatos e nitratos.

Os pesquisadores simularam um padrão geral de circulação entre as três caixas para representar as correntes globais que conectam todos os oceanos do mundo:A circulação começa no Atlântico Norte e mergulha nas profundezas do oceano, então sobe para o Oceano Antártico e retorna ao Atlântico Norte.

A equipe definiu as concentrações relativas de ferro e macronutrientes em cada caixa, em seguida, executei o modelo para ver como o crescimento do fitoplâncton evoluiu em cada caixa ao longo de 10, 000 anos. Eles correram 10, 000 simulações, cada um com diferentes propriedades de ligante.

Fora de suas simulações, os pesquisadores identificaram um ciclo de feedback positivo crucial entre ligantes e ferro. Oceanos com maiores concentrações de ligantes também tinham maiores concentrações de ferro disponível para o fitoplâncton crescer e produzir mais ligantes. Quando os micróbios têm ferro mais do que suficiente para se banquetear, eles consomem o máximo de outros nutrientes de que precisam, como nitrogênio e fosfato, até que esses nutrientes tenham se esgotado completamente.

O oposto é verdadeiro para oceanos com baixas concentrações de ligantes:estes têm menos ferro disponível para o crescimento do fitoplâncton, e, portanto, têm muito pouca atividade biológica em geral, levando a um menor consumo de macronutrientes.

Os pesquisadores também observaram em suas simulações uma estreita faixa de concentrações de ligante que resultou em um ponto ideal, onde havia apenas a quantidade certa de ligante para disponibilizar ferro suficiente para o crescimento do fitoplâncton, ao mesmo tempo, deixando apenas a quantidade certa de macronutrientes para sustentar um novo ciclo de crescimento em todas as três caixas oceânicas.

Quando eles compararam suas simulações com medições de nutrientes, ferro, e as concentrações de ligantes obtidas no mundo real, eles descobriram que seu intervalo de ponto ideal simulado acabou sendo a correspondência mais próxima. Isso é, os oceanos do mundo parecem ter a quantidade certa de ligantes, e, portanto, ferro, disponível para maximizar o crescimento do fitoplâncton e consumir macronutrientes de forma otimizada, em um equilíbrio de recursos auto-reforçador e auto-sustentável.

Se os cientistas fertilizassem amplamente o Oceano Antártico ou quaisquer outras águas pobres em ferro com ferro, o esforço estimularia temporariamente o fitoplâncton a crescer e absorver todos os macronutrientes disponíveis na região. Mas eventualmente não sobraria nenhum macronutriente para circular em outras regiões como o Atlântico Norte, que depende desses macronutrientes, junto com o ferro de depósitos de poeira, para o crescimento do fitoplâncton. O resultado líquido seria uma eventual diminuição do fitoplâncton no Atlântico Norte e nenhum aumento significativo na redução do dióxido de carbono globalmente.

Lauderdale aponta que também pode haver outros efeitos indesejados para fertilizar o Oceano Antártico com ferro.

“Temos que considerar todo o oceano como este sistema interligado, "diz Lauderdale, que acrescenta que se o fitoplâncton no Atlântico Norte despencar, o mesmo aconteceria com toda a vida marinha na cadeia alimentar que depende dos organismos microscópicos.

"Algo como 75 por cento da produção ao norte do Oceano Antártico é alimentada por nutrientes do Oceano Antártico, e os oceanos do norte são onde estão a maioria dos pesqueiros e onde ocorrem muitos benefícios do ecossistema para as pessoas, "Lauderdale diz." Antes de despejarmos cargas de ferro e extrairmos nutrientes do Oceano Antártico, devemos considerar as consequências não intencionais a jusante que podem tornar a situação ambiental muito pior. "