Air-sea Greenhouse Gases exchange in marine ecosystems: assessment and impacts
La investigación realizada en esta Tesis Doctoral se centra en ampliar y profundizar en el conocimiento sobre el intercambio de Gases de Efecto Invernadero (GEI), principalmente dióxido de carbono (CO2), pero también metano (CH4) y óxido nitroso (N2O), entre la atmósfera y el océano en diferentes ecosistemas marinos. La evaluación incluye el análisis de los principales procesos que rigen los flujos de estos gases y el impacto particular de la absorción de CO2 sobre la química del agua de mar (es decir, la acidificación oceánica). El estudio se llevó a cabo en tres entornos representativos de regiones con condiciones ambientales muy diferentes: Oceánico: representado por el Estrecho de Gibraltar, donde se analizaron las tendencias temporales de las principales variables implicadas en el sistema de carbono marino y, por ende, en los flujos de carbono con la atmósfera. Esta región oceánica clave, donde convergen el Océano Atlántico y el Mar Mediterráneo, es fundamental para la circulación oceánica y la biogeoquímica en ambas cuencas adyacentes. El trabajo destaca la influencia del fenómeno de acidificación oceánica (AO) identificado en el Estrecho y provocado por el aumento de los niveles de CO2 atmosférico, sobre la disponibilidad de iones de carbonato (CO32-) necesarios para la calcificación biogénica. La disminución del pH y de los iones de CO32-, especialmente en la principal masa de agua atlántica presente en la región, conocida como Agua Central del Atlántico Norte, representa riesgos significativos para el ecosistema marino regional, en particular para los organismos calcificadores. Nuestras proyecciones indican que antes de final de siglo, todas las masas de agua presentes en el estrecho presentarán condiciones críticas para la calcificación, lo que enfatiza la necesidad urgente de apoyar los esfuerzos globales para reducir las emisiones de CO2 y aplicar estrategias efectivas de mitigación de GEI. Costero: representado por las salinas y marismas del Parque Natural de la Bahía de Cádiz, donde se evaluó por primera vez su capacidad para actuar como sumidero o fuente de CO2 atmosférico. El estudio resalta que el tipo de gestión del ecosistema -marismas naturales, salinas utilizadas para acuicultura o dedicadas a la extracción de sal- influye significativamente en su papel en los flujos de CO2 con la atmósfera. Específicamente, los ambientes hipersalinos asociados tanto a la producción tradicional como industrial de sal, funcionan de manera constante como sumideros masivos de CO2, mientras que las marismas naturales o aquéllas utilizadas para acuicultura muestran una dependencia estacional en su dinámica del carbono. El trabajo realizado indica que la transformación de marismas abandonas en sistemas para extracción de sal, favorece el servicio ecosistémico de secuestro de CO2, al mismo tiempo que supone una actividad socio-económica que promueve el uso tradicional en marismas naturales que precisan de su restauración. Polar: representado por las masas de agua que rodean el archipiélago de las Islas Shetland del Sur (Antártida), donde se estimaron los flujos superficiales de CH4, N2O y CO2 entre el océano y la atmósfera, proporcionando nuevo conocimiento sobre el intercambio de GEI en este entorno antártico único. En particular, el estudio muestra que la Isla Decepción, que forma parte del archipiélago, supone una fuente natural excepcional de emisiones de GEI, con áreas que emiten niveles extraordinariamente elevados de CO2 y CH4. De hecho, las emisiones continuas desde la isla son notablemente superiores a las observadas en otras eco-regiones del mundo, y por ello, su cuantificación es fundamental para elaborar un balance preciso de gases en esta región, tan relevante en el contexto del cambio climático. Los resultados presentados en este trabajo contribuyen de manera significativa a los inventarios específicos de carbono de las ecorregiones marinas consideradas, aportando además nuevos conocimientos sobre los patrones de producción y absorción de GEI en aguas marinas caracterizadas por diferentes forzamientos físicos. Este conocimiento es fundamental para anticipar posibles puntos críticos futuros en los procesos biogeoquímicos y para definir espacios operativos seguros multidimensionales, que respalden el desarrollo de estrategias de mitigación y asistan a las instituciones responsables de la gestión de espacios naturales. La metodología empleada combina tecnologías de vanguardia, tales como fondeos estratégicamente ubicados en puntos clave, equipados con sensores autónomos de alta precisión que registran de forma continua variables biogeoquímicas, así como vehículos aéreos no tripulados (drones). Este despliegue tecnológico se complementa con una amplia recolección de datos obtenida a través de campañas de muestreo específicas, en las que se aplican técnicas clásicas reconocidas y validadas a nivel internacional. Este enfoque integrado permite la obtención de datos oceanográficos de alta resolución y precisión con una elevada frecuencia temporal, lo que maximiza tanto la cantidad como la calidad de la información recogida a distintas escalas espacio-temporales.
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