Os giros subtropicais são enormes correntes oceânicas rotativas que geram circulações sustentadas nas regiões subtropicais da Terra ao norte e ao sul do equador. Esses giros são redemoinhos de movimento lento que circulam dentro de bacias enormes ao redor do mundo, coletando nutrientes, organismos e, às vezes, lixo, à medida que as correntes giram de costa a costa.
Durante anos, os oceanógrafos ficaram intrigados com observações conflitantes dentro dos giros subtropicais. Na superfície, essas correntes maciças parecem hospedar populações saudáveis ​​de fitoplâncton – micróbios que alimentam o resto da cadeia alimentar oceânica e são responsáveis ​​por sugar uma porção significativa do dióxido de carbono da atmosfera.

Mas, a julgar pelo que os cientistas sabem sobre a dinâmica dos giros, eles estimaram que as próprias correntes não seriam capazes de manter nutrientes suficientes para sustentar o fitoplâncton que estavam vendo. Como, então, os micróbios foram capazes de prosperar?

Agora, os pesquisadores do MIT descobriram que o fitoplâncton pode receber entregas de nutrientes de fora dos giros e que o veículo de entrega está na forma de redemoinhos – correntes muito menores que giram nas bordas de um giro. Esses redemoinhos puxam nutrientes de regiões equatoriais ricas em nutrientes e os empurram para o centro de um giro, onde os nutrientes são então absorvidos por outras correntes e bombeados para a superfície para alimentar o fitoplâncton.

Os redemoinhos oceânicos, a equipe descobriu, parecem ser uma importante fonte de nutrientes em giros subtropicais. Seu efeito de reabastecimento, que os pesquisadores chamam de "retransmissão de nutrientes", ajuda a manter as populações de fitoplâncton, que desempenham um papel central na capacidade do oceano de sequestrar carbono da atmosfera. Embora os modelos climáticos tendam a projetar um declínio na capacidade do oceano de sequestrar carbono nas próximas décadas, esse “retransmissor de nutrientes” pode ajudar a sustentar o armazenamento de carbono nos oceanos subtropicais.

“Há muita incerteza sobre como o ciclo de carbono do oceano evoluirá à medida que o clima continua a mudar”, diz Mukund Gupta, pós-doutorando na Caltech que liderou o estudo como estudante de pós-graduação no MIT. “Como nosso artigo mostra, obter a distribuição correta de carbono não é simples e depende da compreensão do papel dos redemoinhos e outros movimentos de pequena escala no oceano”.

Gupta e seus colegas relatam suas descobertas esta semana nos Proceedings of the National Academy of Sciences . Os coautores do estudo são Jonathan Lauderdale, Oliver Jahn, Christopher Hill, Stephanie Dutkiewicz e Michael Follows no MIT e Richard Williams na Universidade de Liverpool.

Um quebra-cabeça de neve

Uma seção transversal de um giro oceânico se assemelha a uma pilha de tigelas de nidificação que é estratificada por densidade:camadas mais quentes e leves ficam na superfície, enquanto águas mais frias e densas formam camadas mais profundas. O fitoplâncton vive dentro das camadas superiores do oceano iluminadas pelo sol, onde os micróbios precisam de luz solar, temperaturas quentes e nutrientes para crescer.

Quando o fitoplâncton morre, ele afunda nas camadas do oceano como "neve marinha". Parte dessa neve libera nutrientes de volta à corrente, onde são bombeados de volta para alimentar novos micróbios. O resto da neve afunda para fora do giro, até as camadas mais profundas do oceano. Quanto mais a neve afundar, mais difícil será bombeá-la de volta à superfície. A neve é ​​então aprisionada, ou sequestrada, junto com qualquer carbono e nutrientes não liberados.

Os oceanógrafos pensavam que a principal fonte de nutrientes nos giros subtropicais vinha da recirculação da neve marinha. Mas como uma parte dessa neve inevitavelmente afunda no fundo, deve haver outra fonte de nutrientes para explicar as populações saudáveis ​​de fitoplâncton na superfície. Exatamente o que é essa fonte "deixou a comunidade oceanográfica um pouco intrigada por algum tempo", diz Gupta.

Redemoinhos na borda

Em seu novo estudo, a equipe procurou simular um giro subtropical para ver que outras dinâmicas podem estar em ação. Eles se concentraram no giro do Pacífico Norte, um dos cinco maiores giros da Terra, que circula pela maior parte do Oceano Pacífico Norte e se estende por mais de 20 milhões de quilômetros quadrados.

A equipe começou com o MITgcm, um modelo de circulação geral que simula os padrões de circulação física na atmosfera e nos oceanos. Para reproduzir a dinâmica do giro do Pacífico Norte da forma mais realista possível, a equipe usou um algoritmo MITgcm, desenvolvido anteriormente na NASA e no MIT, que ajusta o modelo para corresponder a observações reais do oceano, como correntes oceânicas registradas por satélites, temperatura e salinidade medições feitas por navios e drifters.

“Usamos uma simulação do oceano físico que é o mais realista possível, dada a maquinaria do modelo e as observações disponíveis”, diz Lauderdale.

O modelo realista capturou detalhes mais finos, com resolução inferior a 20 quilômetros por pixel, em comparação com outros modelos que possuem resolução mais limitada. A equipe combinou a simulação do comportamento físico do oceano com o modelo de Darwin – uma simulação de comunidades de micróbios, como o fitoplâncton, e como elas crescem e evoluem com as condições do oceano.

A equipe executou a simulação combinada do giro do Pacífico Norte ao longo de uma década e criou animações para visualizar o padrão das correntes e os nutrientes que eles carregavam, dentro e ao redor do giro. O que emergiu foram pequenos redemoinhos que corriam ao longo das bordas do enorme giro e pareciam ser ricos em nutrientes.

“Estávamos captando pequenos movimentos de redemoinho, basicamente como sistemas climáticos no oceano”, diz Lauderdale. "Esses redemoinhos estavam carregando pacotes de águas ricas em nutrientes, do equador, ao norte, no centro do giro e para baixo ao longo dos lados das bacias. Nós nos perguntamos se essas transferências de redemoinhos eram um importante mecanismo de entrega."

Surpreendentemente, os nutrientes primeiro se movem mais profundamente, longe da luz do sol, antes de serem devolvidos para cima, onde o fitoplâncton vive. A equipe descobriu que os redemoinhos oceânicos podem fornecer até 50% dos nutrientes nos giros subtropicais.

"Isso é muito significativo", diz Gupta. "O processo vertical que recicla nutrientes da neve marinha é apenas metade da história. A outra metade é o efeito de reposição desses redemoinhos. Como os giros subtropicais contribuem com uma parte significativa dos oceanos do mundo, achamos que esse relé de nutrientes é de importância global." + Explorar mais

Como o fitoplâncton sobrevive em giros oceânicos com baixo suprimento de nutrientes