Como as mudanças climáticas estão afetando as águas oceânicas e os ecossistemas?

Ducklow em uma caverna de gelo glacial perto da Estação Palmer, Antártica, 2006. A geleira desmoronou e definhou um ou dois anos depois. Crédito:Hugh Ducklow

O oceanógrafo biológico Hugh Ducklow estuda a teia alimentar marinha e como ela interage com as propriedades físicas dos oceanos. Grande parte de seu trabalho é por meio do Programa de Pesquisa Ecológica de Longo Prazo dos EUA (LTER), no qual pesquisadores há décadas investigam tendências em 28 regiões terrestres e marinhas nos Estados Unidos, juntamente com alguns locais em outros lugares. Além do mar aberto, os estudos abrangem desertos, costas, rios, florestas e pastagens. De 2012 a 2018, enquanto baseado no Observatório Terrestre Lamont-Doherty da Universidade de Columbia, Ducklow liderou o site Palmer Station LTER, a base para cruzeiros anuais por 800 quilômetros de águas geladas da Península Antártica.
Para marcar o 40º aniversário do programa LTER, os pesquisadores acabaram de publicar uma série de artigos sobre como as mudanças climáticas estão afetando seus sites. Ducklow liderou a seção em ambientes oceânicos abertos, que, além da Antártida, abrange águas do Alasca, Califórnia e nordeste dos EUA. Conversamos com ele sobre o trabalho, as observações dele e de colegas e as perspectivas para o futuro.

Por que devemos nos preocupar com o que a mudança climática faz com os oceanos?

Além do fato de que os frutos do mar constituem a principal fonte de proteína para cerca de 3 bilhões de pessoas, o oceano absorve uma grande quantidade de excesso de calor e dióxido de carbono gerado pelo homem. Cerca de 90% de todo o excesso de calor produzido pelo efeito estufa desde a Revolução Industrial está no oceano. O oceano global também absorveu cerca de um quarto a um terço de nossas emissões de dióxido de carbono. Ambos os processos mantêm as temperaturas do ar mais baixas do que seriam de outra forma. Mas ambos vêm com custos. O oceano está aquecendo como resultado do calor adicionado. O sinal de aquecimento causado pelo homem é ainda detectável nas profundezas do Oceano Antártico. O aumento da absorção de dióxido de carbono está causando a acidificação dos oceanos. As consequências ecológicas do aquecimento e da acidificação estão apenas começando a ser compreendidas, e a capacidade futura de continuar a armazenar calor e CO₂ não é certo.

Quais são alguns dos efeitos físicos do clima nas águas oceânicas e onde os vemos mais fortemente?

Como eu disse, os oceanos estão aquecendo, mas o aquecimento e seus efeitos não são uniformes no espaço ou no tempo. As respostas às mudanças climáticas pelo sistema físico são mais fortes e mais evidentes logo na superfície. Isso é importante porque calor e CO₂ são trocados lá, e porque o fitoplâncton cresce lá. Dependendo dos ventos, tempestades e correntes, a camada superficial variará em profundidade de quase zero no verão a mais de 1.000 metros no inverno. A temperatura afeta a profundidade da camada superficial e, no caso de locais polares, o gelo marinho também. Perto dos pólos no inverno, há pouca ou nenhuma irradiação solar, e o gelo marinho cobre o oceano. Na primavera, à medida que o sol nasce, a superfície do oceano aquece e o gelo do mar derrete, adicionando água doce à superfície. Águas mais quentes e frescas são menos densas do que águas mais frias e salgadas e, portanto, a camada superficial fica mais rasa.

A profundidade da camada mista da superfície está ficando mais rasa na maioria dos locais da rede LTER - Palmer Antarctica, a plataforma continental nordeste dos EUA e o norte do Golfo do Alasca. No entanto, nenhuma mudança é evidente na Corrente da Califórnia, apesar de um registro ininterrupto de observações desde 1950 e do aquecimento da temperatura da água.

Que mudanças biológicas estão ocorrendo? Podemos vinculá-los claramente às tendências climáticas?

A profundidade da camada superficial do oceano controla a taxa de crescimento do fitoplâncton. Quando a camada superficial é rasa, o fitoplâncton é retido na luz solar, mas não tem acesso a nutrientes. Quando a camada superficial é profunda, o fitoplâncton pode acessar nutrientes, mas a luz solar é fraca ou ausente. Tendências em fitoplâncton foram documentadas em alguns, mas não em todos os sítios LTER. O fitoplâncton é o único organismo que pode ser detectado por satélite, mas as tendências em sua abundância não são tão claras quanto as mudanças físicas que acabei de descrever. A evidência de fitoplâncton está aumentando na Antártida, como esperado em uma camada superficial rasa, mas diminuindo na plataforma continental nordeste dos EUA, apesar do raso. Nenhuma mudança é evidente nos outros sites. O zooplâncton mostra tendências crescentes na Antártica, como esperado pelo aumento do fitoplâncton. Eles também estão aumentando no sistema da Corrente da Califórnia, embora o fitoplâncton não esteja.

Embora existam longos registros de mudanças na Corrente da Califórnia (70 anos), plataforma nordeste dos EUA (40 anos) e Palmer Antarctica (30 anos), ainda é difícil dizer com certeza que elas são causadas pelas mudanças climáticas. Simulações numéricas de imagens de satélite sugerem que cerca de 50 anos é o tempo mínimo necessário para atribuir as tendências observadas às mudanças climáticas. Algumas mudanças podem levar um século ou mais.

Existem coisas acontecendo na Antártida que a distinguem das outras regiões?

Uma característica distintiva simples dos mares Ártico e Antártico é que eles são cobertos por gelo marinho. Mas a duração e a extensão da cobertura de gelo estão diminuindo à medida que os oceanos polares se aquecem. Os ciclos de vida dos organismos do Ártico e da Antártida, como o krill e as aves marinhas, estão sintonizados com a cobertura sazonal de gelo e podem ser perturbados à medida que a cobertura diminui. O gelo marinho bloqueia a luz solar, influenciando o momento das florações de fitoplâncton. Embora o gelo marinho esteja diminuindo rapidamente em ambos os pólos, os efeitos são incertos. À medida que o gelo do mar diminui, novas áreas anteriormente cobertas de gelo são abertas para o crescimento do fitoplâncton, expandindo o ecossistema marinho polar. Mas à medida que a cobertura desaparece, sua contribuição de água doce diminuirá e diminuirá a camada fresca na superfície do oceano. O impacto líquido para o ecossistema futuro não é claro.

Outra característica distintiva dos ecossistemas antárticos parece ser a diversidade e o ritmo das mudanças ecológicas. Assumimos que a variabilidade e as mudanças climáticas afetam primeiro as propriedades físicas e, em seguida, as mudanças físicas causam respostas ecológicas. As respostas ecológicas podem ser organizadas naquelas que começam com o fitoplâncton na base da cadeia alimentar, ou seja, respostas de baixo para cima; e aqueles que afetam os principais predadores, como os pinguins, com mudanças que se espalham pela cadeia alimentar ou respostas de cima para baixo. Na Antártida, estamos vendo mudanças no clima e nos sistemas físicos e em toda a cadeia alimentar, de diatomáceas a krill e pinguins. Esses processos se encontram no meio, convergindo para o krill.

Estamos observando esses sites há tempo suficiente para ter uma boa ideia de onde as coisas estão indo no futuro?

Quanto tempo é necessário para saber para onde os ecossistemas estão indo depende de quais mudanças você está interessado. É mais fácil observar e documentar mudanças físicas, porque o sistema consiste apenas em calor, salinidade, correntes e mistura - e porque temos bons instrumentos para fazer medições precisas dessas variáveis. Em contraste, dezenas a centenas de medidas diferentes são necessárias para caracterizar a variabilidade nas respostas biológicas multiespécies, e apenas algumas podem ser amostradas e medidas remotamente. Com algumas exceções importantes, a detecção de mudanças para muitos grupos de organismos ainda depende de cientistas e estudantes individuais fazendo contagens visuais simples, demoradas e tediosas, um por um. Essas medições estão lentamente se tornando automatizadas. Drones, acústica montada em navios, câmeras de vídeo digitais submersíveis e planadores oceânicos instrumentados estão começando a fazer visões abrangentes e em tempo real dos oceanos. A cobertura de gelo marinho e os icebergs ainda são grandes obstáculos para deixar os instrumentos sem vigilância durante o inverno, então muitas medições são restritas aos meses de verão sem gelo.

Quais foram alguns dos desafios ao trabalhar na Antártida?

Existem os desafios óbvios:planejar o trabalho em um local remoto – a viagem leva sete dias de porta em porta em cada sentido – e antecipar tudo o que você pode precisar. Há tempestades, alto mar, cobertura de gelo. Ficamos presos no gelo por duas semanas em setembro de 2001. Depois, problemas na cadeia de suprimentos, recrutamento de pessoal e manutenção de uma série temporal de observações e medições de alta qualidade ao longo de décadas. O trabalho de preparação para o próximo ano começa literalmente antes de você partir para o navio este ano. O projeto não é simplesmente uma série temporal, mas uma pesquisa científica viva e em evolução com curvas erradas, becos sem saída e descobertas inesperadas. Apesar dos desafios, é um lugar bonito e empolgante para se trabalhar. + Explorar mais