Malaspina, tras la pista del carbono

Hace unos 4.500 millones de años, la atmósfera terrestre se parecía a la de Venus, desprovista de oxígeno y con una elevadísima concentración de CO2, entre un 20% y un 40%, en torno a 1.000 veces superior a la actual, que causaba un fuerte efecto invernadero resultante en temperaturas cercanas a los 100 grados centígrados. Estas condiciones permitieron, a pesar de un Sol menos luminoso, la acumulación de agua líquida ya hace unos 3.800 millones de años y, con ella, la aparición del océano. El siguiente paso crucial fue la aparición de la vida en el océano -por procesos que son aún motivo de especulación- basada en la fotosíntesis que modificó radicalmente las condiciones de la atmósfera, generando oxígeno y eliminando CO2 de la atmósfera, atrapado en rocas carbonatadas y compuestos orgánicos acumulados en los sedimentos del fondo de los océanos.

El desarrollo del 'homo sapiens' ha roto el equilibrio del planeta

El papel del océano como sumidero del carbono es un proceso fundamental en la regulación de la composición de la atmósfera que sigue jugando un papel fundamental en la regulación climática. La atmósfera y la biomasa terrestre contienen unos 600 y 2.100 gigatoneladas de carbono mientras que las aguas del océano contienen unas 39.000 gigatoneladas, lo que da idea del papel dominante del océano en el ciclo de carbono actual.

Sin embargo, una nueva innovación en la historia de la Tierra, el desarrollo tecnológico del homo sapiens y la movilización en tan solo unas pocas décadas de parte del carbono que la fotosíntesis había retirado de la atmósfera durante millones de años, ha vuelto a romper el equilibrio del ciclo de carbono en el planeta. De nuevo, la clave para entender la respuesta del sistema Tierra a esta perturbación se encuentra en el océano y la Expedición Malaspina 2010 contribuirá a evaluarla.

En nuestro periplo de circunnavegación global, la expedición está reevaluando los cambios en los inventarios de carbono orgánico y disuelto en el océano, cuantificando sus intercambios con la atmósfera y la actividad biológica que los sustenta. La aportación innovadora de Malaspina 2010 a este problema reside en la dimensión planetaria de la investigación y en la evaluación no solo de las cantidades brutas sino también de las fuentes y el destino del carbono en el océano.

El carbono, como muchos otros elementos, existe en varias formas atómicas de distinta masa (peso atómico 12, 13 y 14), llamados isótopos. Las cantidades relativas de estos isótopos en distintos compuestos de carbono permite evaluar su origen. Así la fotosíntesis que tiene lugar en el océano, que supone cerca de dos terceras partes de la fotosíntesis planetaria, genera carbono más pesado que el carbono orgánico, que transformado por proceso de descomposición, quemamos para generar energía (petróleo y gas). Además el carbono 14 es inestable y su proporción en la materia orgánica nos permite calcular su antigüedad. De esta forma, la evaluación de las cantidades relativas de átomos de carbono con masas atómicas 12, 13 y 14, nos permite dilucidar el origen (antropogénico, vegetación terrestre o fotosíntesis marina) del carbono orgánico e inorgánico del océano.

Los análisis de isótopos de carbono son tediosos, caros y requieren de instrumentación -espectrómetros de masas- pesados y delicados que no pueden portarse a bordo de buques oceanográficos que presentan movimientos (¡y qué movimientos los que hemos tenido en los primeros cinco días a bordo del Hespérides!) que perturban a sus sensibles sistemas de detección. Sin embargo, a bordo de este buque oceanográfico portamos dos instrumentos basados en tecnología láser diseñados recientemente que permiten evaluar la composición isotópica del carbono y del oxígeno e hidrógeno del vapor de agua atmosférico. Curiosamente estos equipos se diseñaron originalmente para ir montados en los vehículos que en las misiones Mars Pathfinder y Phoenix exploraron la superficie de Marte. Llama la atención y resulta muy revelador del grado de desinterés por el océano el que se diseñen equipos para la investigación extraterrestre que jamás se han utilizado para investigar nuestro propio planeta.

Posiblemente la Expedición Malaspina 2010 sea pionera en portar estos instrumentos en un buque oceanográfico a nivel mundial y, por tanto, en emprender una evaluación global de estos isótopos en el océano. Estos equipos están conectados a una línea de agua de superficie y atmósfera que circulan por los instrumentos permitiendo la medida de estas propiedades cada medio minuto, lo que supone un nivel de detalle en la distribución de carbono y sus distintos isótopos sin precedente hasta la fecha.

En la semana que llevamos navegando desde la salida de Cádiz hasta alcanzar los 18º Norte hemos ya tomado más de 20.000 medidas de composición isotópica de CO2 en el agua de mar y la atmósfera. Los resultados, aún por analizar en detalle y en relación con todas las demás propiedades que vamos registrando, muestran una fuerte variabilidad en la cantidad de CO

2 y su composición isotópica. Esto nos permitirá evaluar el destino del carbono antropogénico y el papel del océano como sumidero, con la potencia de los más de medio millón de medidas que esperamos recoger cuando hayamos completado los siete meses de navegación previstos.

Antonio Delgado y Carlos M. Duarte son investigadores del CSIC en, respectivamente, el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra del CSIC y la Universidad de Granada y el Instituto Mediterráneo de Estudios Avanzados, del CSIC y la Universidad de les Illes Balears.