O Oceano Antártico pode ser menos um sumidouro de carbono do que pensávamos

A água ao redor da Antártica pode estar arrotando mais CO ₂ do que em

AMIGO OU INIMIGO? A água ao redor da Antártica absorve grande parte do carbono que os humanos produzem. Mas dicas de que a capacidade de limpeza do oceano pode estar aquém estão chegando dos carros alegóricos de medição de CO _{2 que} estão caindo dos navios.
Hannah Zanowski / Projeto SOCCOM / Flickr ( CC BY 2.0 )

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Por Alexandra Witze

2 de junho de 2019 às 6:00

 

A vasta faixa de água gelada que separa a Antártica de outros continentes é um mistério sombrio para a maioria das pessoas. O explorador polar Ernest Shackleton, um dos poucos que estiveram no Oceano Antártico, considerou seus mares tempestuosos com medo e reverência. Depois que os blocos de gelo prenderam e esmagaram o Endurance de três mastros em 1915, Shackleton fez uma tentativa épica de resgate, navegando 1.300 quilômetros para ajudar a sua tripulação. Ele atravessou as águas do Oceano Antártico em um pequeno barco aberto, ameaçado pelo que ele chamou de "massas de água erguidas, lançadas pela Natureza no orgulho de sua força".
 
No entanto, este oceano remoto e tempestuoso também beneficia a humanidade. Os cientistas estimam que a cada ano o Oceano Antártico absorve mais de 40% do dióxido de carbono que as pessoas liberam queimando combustíveis fósseis para eletricidade, calor e transporte. Isso faz do oceano um poderoso sistema de apoio para retardar o acúmulo de gases de efeito estufa na atmosfera. Quanto mais carbono esse imenso corpo de água absorve, menos se acumula na atmosfera para aquecer o planeta.

Ernest Shackleton escreveu sobre a ferocidade do Oceano Antártico depois que sua tripulação abandonou o Endurance preso no gelo durante uma expedição à Antártica em 1915. Royal Geographic Society / Alamy Stock Photo

Mas alguns pontos no Oceano Antártico podem estar trabalhando contra o papel de armazenamento de carbono das águas. Os cientistas começaram a fazer novas e ambiciosas medições da quantidade de CO ₂ absorvida, usando carros alegóricos que viajam para os cantos mais distantes do oceano. Em setembro passado, com os novos dados em mãos, os pesquisadores relataram que, em vez de absorver CO ₂ , partes do oceano perto da Antártica estão na verdade lançando gás na atmosfera durante o escuro e o frio do inverno. Isso sugere que o Oceano Antártico é mais um amigo do tempo bom do que os cientistas esperavam.

  Esses detalhes fazem com que os oceanógrafos tentem descobrir uma imagem mais completa de quanto carbono o Oceano Antártico pode absorver e com que rapidez. Se menos desse carbono está entrando no Oceano Antártico do que os cientistas pensavam, então ele deve estar indo para outro lugar - permanecer na atmosfera ou ser absorvido por um oceano diferente ou por árvores e outras plantas em terra.
 
Os pesquisadores provavelmente precisam revisar suas idéias sobre onde o carbono do planeta está fluindo. "Para mim, essa é uma das coisas mais emocionantes", diz Alison Gray, oceanógrafa da Universidade de Washington em Seattle. “Quais são as implicações para o cenário global? Estamos perdendo alguma coisa o tempo todo?

Águas distintas

Os continentes ajudam a moldar como a água circula nas bacias do Atlântico, Pacífico e Oceano Índico. Por outro lado, os fluxos de água desimpedidos ao redor do Oceano Antártico ( SN: 9/16/17, p. 36 ), que geralmente são definidos como estendendo-se da latitude de 60 ° S até a Antártica. "É único em sua geometria, o que o torna único em sua circulação", diz Nicole Lovenduski, oceanógrafa da Universidade do Colorado Boulder.
 
O padrão com o maior efeito sobre os níveis de CO ₂ no Oceano Antártico é a forte circulação de capotagem, que ajuda a conectar as águas profundas com a superfície.
 
Um conjunto de correntes puxa a água da superfície, transportando carbono e seqüestrando-o da atmosfera. Os pesquisadores rastreiam a água baixando garrafas de amostragem para o oceano em diferentes profundidades, fechando as garrafas com força e depois levantando-as à superfície para serem testadas em laboratório. Medindo os isótopos, ou variações químicas, do carbono nas amostras, os cientistas podem datar quantos anos a água tem. Qualquer coisa mais nova que o início da Revolução Industrial, cerca de 150 a 200 anos atrás, provavelmente contém carbono expelido por usinas de queima de carvão ou outras fontes humanas. A maior parte desse carbono produzido pelo homem no Oceano Antártico está escondida nos 500 metros superiores.
 
Um segundo conjunto de correntes traz a água de baixo para cima em direção à superfície. Essa água antiga é muito antiga para conter carbono produzido pelo homem, mas contém carbono natural dos restos de organismos como plâncton que viveram e morreram nessas profundezas. Quando a água atinge a superfície, libera parte desse carbono natural antigo na atmosfera. "Muitas vezes a água não vê a atmosfera há centenas de anos", diz Lovenduski, co-autor de um artigo de revisão sobre a variabilidade de carbono do Oceano Antártico na Revisão Anual da Ciência Marinha de janeiro.

Entrada e saída de carbono

De todo o carbono liberado pelos seres humanos na atmosfera desde o início da Revolução Industrial, a terra e os oceanos ocupam um pouco. O Oceano Antártico é considerado um grande participante, absorvendo uma parte substancial do carbono que todos os oceanos absorvem, mas os pesquisadores precisam entender melhor seu papel.

375 gigatons Quantidade acumulada de carbono liberado pela atividade humana de 1750 a 2011

160 gigatons Carbono absorvido pela terra (sem contar as emissões do desmatamento)

155 gigatons Carbono absorvido por todos os oceanos

42. gigatons Carbono absorvido pelo Oceano Antártico

Fontes: Mudança Climática 2013 / Painel Intergovernamental sobre Mudança Climática; TL Frölicher et al / J. do Clima 2015

Esses padrões de afundamento e ressurgência são diferentes em todo o Oceano Antártico; portanto, alguns trechos de água absorvem carbono enquanto outros o emitem. Os oceanógrafos tentam descobrir qual desses padrões é mais dominante - o Oceano Antártico em geral está liberando mais ou menos carbono do que absorve a cada ano? Às vezes, as conclusões dependem de qual parte do oceano os pesquisadores estão olhando.
 
Simulações em computador sugerem que, no início da era industrial, o Oceano Antártico pode ter sido uma fonte geral de carbono, produzindo mais do que foi absorvido. Mas, por volta de 1930, sugerem os cálculos de Lovenduski, os níveis de CO2 na atmosfera ficaram tão altos que o oceano foi essencialmente forçado a absorver o gás do ar - passou de emitir carbono para armazená-lo.
Os pesquisadores tiveram dificuldade em confirmar isso, porque existem poucas observações no Oceano Antártico. Ocasionalmente, os oceanógrafos mediam CO ₂ colocando bóias na água ou coletando amostras de navios equipados com equipamentos especializados. Mas pouquíssimos navios ousam atravessar o Oceano Antártico além da Passagem Drake, a rota relativamente estreita entre a ponta da América do Sul e a Antártica; os mares são tão agitados mesmo lá que as viagens são raras e, principalmente, limitadas ao verão.
 
Os cientistas pegaram as observações que eles tinham e depois combinaram essas com simulações para estimar o que poderia estar acontecendo nas partes do oceano não estudadas diretamente. Na década de 2000, os cientistas geralmente concordavam que o Oceano Antártico era um sumidouro de carbono. "Pareceu um grande progresso naquele momento", diz Lovenduski.
 
Mas em 2014, os pesquisadores começaram a lançar o primeiro dos 200 carros alegóricos especiais ao redor dessas águas mais ao sul, como parte de um projeto conhecido como Observações e Modelagem e Modelagem de Carbono e Oceano Climático do Oceano Austral (SOCCOM). Esses cilindros amarelos de 1,3 metro de comprimento reúnem dados sobre temperatura da água, salinidade, conteúdo de oxigênio e pH ou acidez, que é usada para estimar os níveis de CO ₂ . (Quando a água do mar absorve dióxido de carbono, converte o composto em bicarbonato, um ácido suave.) Mais de 150 carros alegóricos foram implantados no início de maio, com mais de 130 deles ainda enviando dados.

Os flutuadores SOCCOM, lançados de navios no Oceano Antártico, flutuam por meses a anos enviando dados via satélite sobre a temperatura do oceano, salinidade e níveis de CO ₂ . Projeto SOCCOM / Flickr ( CC BY 2.0 )

Os flutuadores SOCCOM flutuam em cantos remotos do Oceano Antártico ao longo do ano. Os carros alegóricos coletam informações ao subir e descer os dois quilômetros mais altos de água. Para transmitir seus dados via satélite, eles ocasionalmente sobem à superfície. Alguns carros alegóricos até viajam e coletam dados sob o gelo marinho que cerca a Antártica. Eles podem sentir quando o gelo está acima deles, para não tentarem aparecer na hora errada. "É apenas revolucionário", diz Gray.

  A análise dos primeiros três anos dos dados do SOCCOM transformou a visão dos cientistas de como o carbono está fluindo para dentro e fora do Oceano Antártico. Em setembro passado, na Geophysical Research Letters , Gray e colegas relataram dados coletados por 35 dos primeiros carros alegóricos do SOCCOM de 2014 a 2017. Nos meses mais frios e escuros de julho a setembro, o oceano estava lançando CO2 em vários pontos da Antártida .
 
"O oceano no inverno é uma fonte muito mais forte de CO ₂ do que esperávamos", diz Peter Landschützer, biogeoquímico marinho do Instituto Max Planck de Meteorologia, em Hamburgo, que estuda essa área. Ninguém tinha visto isso antes, simplesmente porque ninguém nunca olhou durante o inverno rigoroso.
 
Os arrotos localizados de CO ₂ podem estar relacionados à topografia do fundo do mar, diz Lovenduski. Quando as correntes oceânicas atingem uma montanha ou cordilheira subaquática, elas podem ser forçadas para cima em direção à superfície, onde liberam seu carbono. Lovenduski está modelando como esse processo pode acontecer e por que pode ser mais comum no inverno do que no verão.

Em toda parte

Mais de 150 carros alegóricos SOCCOM estão flutuando pelo Oceano Antártico. Dados sobre níveis de CO _{2 de} até dois quilômetros de profundidade revelam surpresas na quantidade de gás que o oceano emite no inverno. Os pontos vermelhos são carros alegóricos que contribuíram com dados, mas que foram interrompidos desde então.

Tanya Maurer / Instituto de Pesquisa do Aquário de Monterey Bay

Fonte: Projeto SOCCOM (financiado pela NSF, complementado pela NASA, Programa Argo e NOAA)
 

Está sendo emitido tanto CO2 a partir desses pontos quentes que o Oceano Antártico pode não estar fazendo muito para ajudar a humanidade, afinal. Antes dos resultados iniciais do SOCCOM, os pesquisadores haviam calculado que todo o oceano estava absorvendo cerca de uma gigatonelada de carbono a cada ano (aproximadamente metade do que os humanos produzem). Os dados do SOCCOM contaram uma história muito diferente: pelo menos durante esses três anos, o oceano estava cuspindo tanto quanto sugava. "Isso nos surpreendeu um pouco", diz Landschützer. Chega de um choque que nem todo mundo acreditou.

Coleta de dados criativos

Para descobrir o que realmente está acontecendo nas águas da Antártica, os pesquisadores precisam de mais informações. Gray tem trabalhado com Landschützer e outros para ver quais novos dados SOCCOM de um número maior de carros alegóricos podem revelar. Os cientistas também estão estudando como reconciliar os dados do flutuador com as informações coletadas dos navios, como o quebra-gelo Laurence M. Gould , que navegam regularmente na Passagem de Drake. Esses navios normalmente medem menos emissão de CO ₂ do Oceano Antártico do que os flutuadores SOCCOM. Isso pode ser porque os navios geralmente ficam dentro desse caminho estreito, sem se aventurar nos confins distantes do Oceano Antártico.
 
Combinando os dados do SOCCOM com as estimativas baseadas em navios, os cientistas pensam que podem confirmar que o arroto de carbono está acontecendo em certas partes no inverno - embora talvez não seja tão poderoso quanto sugerido pela equipe de Gray em setembro. O membro da equipe Seth Bushinsky, oceanógrafo da Universidade de Princeton, apresentará essas últimas descobertas em Montreal em julho, em uma reunião da União Internacional de Geodésia e Geofísica.

Algumas das medições mais longas de CO ₂ no Oceano Antártico vêm de navios que viajam pela Passagem de Drake, como o Laurence M. Gould (mostrado), que reabastece as bases antárticas dos EUA. Imagens Semelhantes Royalty-free:

Outros grupos estão lançando todos os tipos de ferramentas de medição no Oceano Antártico para avaliar o CO ₂ . Dorothee Bakker, biogeoquímico marinho da Universidade de East Anglia, em Norwich, Inglaterra, quer até amarrar os sensores de pH nas cabeças das focas e permitir que eles colecionem observações enquanto procuram comida durante o inverno antártico. "Qualquer coisa para obter mais dados", diz ela.
 
Em dezembro, oceanógrafos com um projeto do governo do Reino Unido chamado CUSTARD, para captação de carbono e características sazonais na profundidade da remineralização da Antártica, amarraram uma série de quilômetros de instrumentos ao fundo do mar na ponta sudoeste da América do Sul. Esta amarração está medindo coisas como oxigênio, nutrientes e níveis de CO ₂ . O objetivo é entender melhor como a água afunda nesta área, levando carbono com ela.
 
Outra nova abordagem baseia-se em um pequeno veleiro sem tripulação construído pela Saildrone de Alameda, Califórnia. A embarcação Saildrone navega autonomamente pelos mares, tirando fotografias, marcando a velocidade do vento e a altura das ondas e medindo os níveis de CO _{2 por} hora. Em janeiro, dois Saildrones laranja-claros deixaram a Nova Zelândia em uma expedição particular para circunavegar 15.000 milhas náuticas, ou cerca de 28.000 quilômetros, ao redor da Antártica. Mares pesados ​​danificaram um e o forçaram a retornar ao porto, mas o segundo já havia chegado a meio caminho da Antártida em maio, soldado em ondas tão altas quanto uma casa de três andares.

Veleiros autônomos, conhecidos como Saildrones, são uma nova maneira de coletar dados oceanográficos. Um Saildrone como este está tentando circunavegar a Antártica, coletando dados sobre CO ₂ no Oceano Antártico. © Saildrone, Inc.

Ocasionalmente, o Saildrone se encontra com carros alegóricos SOCCOM, que flutuam até a superfície para medir o CO ₂ aproximadamente na época em que o Saildrone passa. A comparação dos números de CO ₂ dos dois dispositivos oferece uma verificação cruzada da precisão, diz Adrienne Sutton, oceanógrafa do Laboratório de Meio Ambiente Marinho do Pacífico da Administração Nacional Oceânica e Atmosférica, em Seattle, que trabalha com a equipe da Saildrone.
 
À medida que o Oceano Antártico passa para o inverno, os pesquisadores esperam ver se o Saildrone também captará arrotos de CO ₂ no inverno. "Não existe uma plataforma lá fora que possa medir tudo bem", diz Sutton. "Estou interessado em saber se o Saildrone pode fazer parte dessa mistura no Oceano Antártico".

Mais mudanças

A correta correção das estimativas atuais de carbono do Oceano Antártico é crucial para a previsão. "O objetivo final é dizer como será o nosso clima daqui a 20 ou 50 anos", diz Gray.
Como a química do oceano mudará no futuro e como isso afetará os organismos vivos? A colocação de mais CO2 no oceano o torna mais ácido, de maneira a prejudicar os animais marinhos. Em março, na Nature Climate Change , Lovenduski e colegas estimaram que a química do Oceano Antártico poderia mudar tão rapidamente que, até o final deste século, algumas partes poderiam se tornar tóxicas para pequenos caracóis do mar , uma parte importante da cadeia alimentar marinha.
Existem outras grandes incógnitas. Como as mudanças no ambiente antártico afetarão a captação de carbono do Oceano Antártico? À medida que a camada de gelo da Antártica derrete ( SN: 7/7/18, p. 6 ), por exemplo, pode enviar enormes pulsos de água doce para o Oceano Antártico, o que poderia perturbar o que está acontecendo hoje.
 
O Oceano Antártico "ainda vai nos ajudar", absorvendo pelo menos parte da bagunça climática criada pela humanidade, afirma Landschützer, otimista. "A única questão é quanto."

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Esta história aparece no Science News de 8 de junho de 2019 com a manchete: “Oceano Antártico - amigo ou inimigo? As águas ao redor da Antártica podem não estar absorvendo tanto carbono quanto o esperado. ”
 

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Uma versão deste artigo aparece na edição de 8 de junho de 2019 da Science News .

Citações

G. Negrete-García et al. Surgimento repentino de um horizonte de saturação superficial de aragonita no Oceano Antártico . Mudança climática da natureza . doi: 10.1038 / s41558-019-0418-8.
 
N. Gruber, P. Landschützer e NS Lovenduski. A variável sumidouro de carbono do Oceano Antártico. Revisão Anual de Ciências Marinhas . Janeiro de 2019, p. 159. doi: 10.1146 / annurev-marine-121916-063407.
 
AR Gray et al. Flutuadores biogeoquímicos autônomos detectam uma emissão significativa de gás carbônico no Oceano Antártico de alta latitude . Cartas de Pesquisa Geofísica . 16 de setembro de 2018, p. 9049. doi: 10.1029 / 2018GL078013.
T. J. Frolicher et al. Domínio do Oceano Antártico no Carbono Antropogênico e Captação de Calor nos Modelos CMIP5 . Jornal do clima . 21 de janeiro de 2015. doi.org/10.1175/JCLI-D-14-00117.1 .