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Fertilización con hierro

Una floración de fitoplancton oceánico en el Océano Atlántico Sur , frente a la costa de Argentina , que cubre un área de aproximadamente 300 por 50 millas (500 por 80 km). La...

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Una floración de fitoplancton oceánico en el Océano Atlántico Sur , frente a la costa de Argentina , que cubre un área de aproximadamente 300 por 50 millas (500 por 80 km). 

La fertilización con hierro se refiere a los procesos, tanto naturales como intencionales, que reponen el hierro en la superficie del océano . El hierro puede estimular el crecimiento del fitoplancton , que elimina el dióxido de carbono (CO₂ ) de la atmósfera mediante la fotosíntesis . El fitoplancton es el productor primario que alimenta al resto de la red trófica marina .

La distribución natural de hierro por tormentas de polvo , erupciones volcánicas , fuentes hidrotermales , [ 1 ] afloramientos y defecación de ballenas pueden provocar grandes floraciones de fitoplancton y restaurar la vida marina local. La fotosíntesis del plancton puede eliminar grandes cantidades de dióxido de carbono ( CO₂ ) de la atmósfera y, en algunos casos , secuestrarlo a largo plazo. Se acepta que la fertilización natural con hierro es una fuerza importante detrás de la significativa disminución del CO₂ y las temperaturas que conducen a las edades de hielo. [ 2 ] [ 3 ]

El hierro es esencial para toda la vida y para la fotosíntesis en las plantas. [ 4 ] Sin embargo, se encuentra en concentraciones tan ínfimas en la superficie del océano, [ 5 ] que nadie logró medirlo hasta la década de 1980. El hierro es generalmente insoluble en el agua de mar y se hunde con facilidad. En gran parte del océano , este elemento es el nutriente limitante para el crecimiento del fitoplancton. Estudios recientes revelan que los niveles de hierro en el océano han disminuido, al igual que el fitoplancton.

La fertilización intencional con hierro en los océanos (OIF, por sus siglas en inglés) representa una biomimética deliberada de los procesos naturales que durante eones han distribuido el hierro, impulsado la fotosíntesis y la vida marina, y eliminado el CO2 atmosférico .

Debido a su potencial para mitigar el cambio climático, la OIF intencional (a veces llamada "aOIF", por "OIF artificial" [ 6 ] ) se considera "geoingeniería" o "intervención climática". [ 7 ] La ​​OIF intencional ha generado controversia, ya que algunos activistas argumentan que la eliminación efectiva de CO2 atmosférico disminuiría la voluntad de reducir el uso de combustibles fósiles, creando así un riesgo moral . [ 8 ] Algunos críticos señalan nuestra comprensión limitada del complejo ecosistema marino y el efecto que la OIF a gran escala puede tener sobre él, [ 9 ] incluyendo posibles efectos secundarios. Los artículos mencionan riesgos potenciales como la liberación de óxidos de nitrógeno [ 10 ] y la posible alteración del equilibrio de nutrientes del océano. [ 7 ]

Sin embargo, los investigadores de la OIF enfatizan que los riesgos ecológicos siguen siendo teóricos: no se han observado realmente en ensayos de campo. [ 6 ] A lo largo de 13 ensayos científicos importantes de la OIF entre 1990 y 2012, ningún científico observó efectos secundarios nocivos significativos. [ 11 ] No obstante, los científicos instan a mantener la vigilancia en el monitoreo ecológico en futuros ensayos. [ 12 ]

Desde 1990, se han llevado a cabo 13 experimentos importantes a gran escala para evaluar la eficiencia y las posibles consecuencias de la fertilización con hierro en aguas oceánicas. [ 6 ] Los resultados variaron según los objetivos y las condiciones. Un estudio de 2017 consideró que el método no está probado; la eficiencia de secuestro fue baja y, en ocasiones, no se observó ningún efecto, y la cantidad de depósitos de hierro necesarios para lograr una pequeña reducción en las emisiones de carbono sería del orden de millones de toneladas por año. [ 13 ] Otros estudios han encontrado un potencial mucho mayor, y uno de ellos halló que al menos la mitad de la biomasa de la floración se hundió a profundidades muy inferiores a los 1000 metros, y una porción sustancial probablemente llegó al fondo marino; [ 14 ] probablemente quedando secuestrada durante cientos o miles de años. [ 15 ]

En los últimos años, el interés por la ciencia y el potencial de la fertilización con hierro ha aumentado notablemente. [ 16 ] [ 17 ] Un informe de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de EE. UU . calificó la fertilización con hierro como de "potencial moderado en cuanto a costo, escalabilidad y tiempo de almacenamiento de carbono en comparación con otras ideas de secuestro marino". [ 18 ]

Aproximadamente el 25 por ciento de la superficie oceánica tiene abundantes macronutrientes, con poca biomasa vegetal (definida por la presencia de clorofila ). La producción en estas aguas con alto contenido de nutrientes y baja clorofila (HNLC) está limitada principalmente por micronutrientes , especialmente hierro. [ 19 ] El costo de distribuir hierro en grandes áreas oceánicas es alto en comparación con el valor esperado de los créditos de carbono . [ 20 ] Sin embargo, la investigación sobre los efectos de las erupciones volcánicas, en particular la del Monte Pinatubo en 1991, sugiere que muchas gigatoneladas de CO2 fueron eliminadas por la fertilización natural con hierro de la ceniza volcánica, [ 21 ] con la implicación de que la biomímesis, cuidadosamente dirigida, podría producir resultados significativos.

Proceso

Función del hierro en el secuestro de carbono

El hierro es un oligoelemento en el océano y su presencia es vital para la fotosíntesis en plantas como el fitoplancton . Por lo tanto, agregar hierro a áreas deficientes promueve el crecimiento del fitoplancton. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 26 ] [ 27 ] Por esta razón, Martin propuso la "hipótesis del hierro" a finales de la década de 1980, donde sugirió que los cambios en el suministro de hierro en aguas marinas deficientes en hierro pueden aumentar el crecimiento del plancton y tener un efecto significativo en la concentración de dióxido de carbono atmosférico al alterar las tasas de secuestro de carbono. [ 28 ] [ 29 ] La fertilización es un proceso importante que ocurre naturalmente en las aguas oceánicas. Por ejemplo, las surgencias de las corrientes oceánicas pueden traer sedimentos ricos en nutrientes a la superficie. [ 30 ]

Otro ejemplo es a través de la transferencia de minerales ricos en hierro, polvo y ceniza volcánica a largas distancias por ríos, glaciares o viento. [ 21 ] [ 31 ] [ 32 ] Las ballenas comen organismos ricos en hierro en las profundidades del océano y luego fertilizan la superficie con hierro al defecar, lo que provoca el crecimiento del fitoplancton. [ 33 ] Se ha demostrado que la reducción en el número de cachalotes en el Océano Austral ha resultado en una disminución de 200 000 toneladas/año en la absorción de carbono atmosférico, posiblemente debido al crecimiento limitado del fitoplancton. [ 34 ]

Secuestro de carbono por el fitoplancton

Floración de fitoplancton oceánico en el Mar del Norte, frente a la costa oriental de Escocia.

El fitoplancton es fotosintético : necesita luz solar y nutrientes para crecer, y absorbe dióxido de carbono en el proceso. El plancton puede absorber y secuestrar carbono atmosférico mediante la generación de esqueletos de carbonato de calcio o silicio. Cuando estos organismos mueren, se hunden hasta el fondo del océano, donde sus esqueletos de carbonato pueden formar un componente importante de la precipitación de aguas profundas rica en carbono, a miles de metros por debajo de las floraciones de plancton, conocida como nieve marina . [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]

En algunos casos, gran parte de la biomasa rica en carbono generada a partir del plancton es consumida por otros organismos (peces pequeños, zooplancton , etc.) [ 38 ] [ 39 ] Los investigadores generalmente coinciden en que cierta cantidad de biocarbono puede llegar a las profundidades del océano, donde gran parte de él se disuelve y permanece durante cientos o miles de años, permanente según los estándares prácticos. [ 40 ] Si no se hunde lo suficientemente profundo, el carbono puede salir a la superficie y regresar a la atmósfera. [ 41 ] [ 42 ] [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ] Por lo tanto, es necesario un emplazamiento cuidadoso para asegurar que el biocarbono sea atraído a las profundidades.

Los partidarios de la idea de la fertilización con hierro creen que el secuestro de carbono debería redefinirse en plazos mucho más cortos y afirman que, dado que el carbono está suspendido en las profundidades del océano, está efectivamente aislado de la atmósfera durante cientos de años y, por lo tanto, el carbono puede ser secuestrado eficazmente. [ 46 ]

Eficiencia y preocupaciones

Suponiendo las condiciones ideales, las estimaciones superiores de los posibles efectos de la fertilización con hierro en la desaceleración del calentamiento global son de aproximadamente 0,3 W/m² de forzamiento negativo promedio que puede compensar aproximadamente entre el 15 y el 20 % de las emisiones antropogénicas actuales de CO₂ . [ 47 ] [ 48 ] [ 49 ] Este enfoque, que estimula el crecimiento del fitoplancton mediante la introducción de hierro en regiones oceánicas pobres en nutrientes, podría considerarse un método potencialmente fácil y escalable para reducir los niveles de CO₂ atmosférico . Si bien ofrece un medio teórico para mitigar el cambio climático, la fertilización oceánica con hierro sigue siendo muy controvertida y objeto de debate debido a sus posibles impactos negativos en los ecosistemas marinos . [ 42 ] [ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]

Las investigaciones en este campo sugieren que la introducción de grandes cantidades de polvo rico en hierro en el océano puede perturbar significativamente el equilibrio de nutrientes del océano. Estas perturbaciones pueden crear serios problemas dentro de la cadena alimentaria , amenazando la supervivencia de los organismos marinos que dependen de ciclos de nutrientes estables. [ 53 ] [ 54 ] [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] [ 58 ] [ 59 ] El exceso de hierro también puede alterar la estructura de las comunidades de plancton, favoreciendo potencialmente a ciertas especies sobre otras, reduciendo así la diversidad vital para un ecosistema marino saludable. [ 60 ]

Se han identificado posibles preocupaciones ecológicas asociadas con la fertilización con hierro a gran escala en la literatura científica, particularmente en estudios de modelado. [ 61 ] Los investigadores señalan que hasta la fecha no se han observado efectos nocivos significativos en ensayos de campo. [ 62 ] Algunos estudios han planteado la posibilidad teórica de que las floraciones de fitoplancton en descomposición podrían contribuir al agotamiento de oxígeno en aguas subsuperficiales bajo ciertas condiciones. Sin embargo, este efecto no se ha observado en experimentos de OIF en mar abierto, que se llevan a cabo en aguas bien circuladas lejos de zonas costeras con bajo contenido de oxígeno. [ 63 ] Con respecto a las floraciones de algas nocivas: algunos experimentos de OIF, incluido SOFeX, documentaron el crecimiento de Pseudo-nitzschia , un género de diatomeas que incluye especies capaces de producir ácido domoico. Sin embargo, los artículos relevantes señalaron que no se observó producción de toxinas y que la importancia ecológica seguía siendo incierta. [ 64 ] Las HAB, tal como se entienden comúnmente —proliferaciones tóxicas que causan daños documentados a organismos marinos o humanos— no se produjeron en ninguno de los 13 ensayos principales de la OIF realizados entre 1990 y 2012. [ 62 ]

Además de las preocupaciones ecológicas, existen desafíos relacionados con la efectividad y la estabilidad a largo plazo del secuestro de carbono mediante la fertilización con hierro. Si bien el fitoplancton puede capturar CO₂ y depositarse en el fondo oceánico, una porción significativa de este carbono puede eventualmente liberarse de nuevo a la atmósfera debido a diversos procesos oceánicos, lo que disminuye la efectividad a largo plazo de la técnica. [ 65 ] Investigaciones recientes indican que el éxito del secuestro de carbono es altamente variable, influenciado por factores como las corrientes oceánicas y la temperatura. [ 66 ] Los mecanismos de retroalimentación, como las alteraciones en los ciclos biogeoquímicos del océano o los cambios en las poblaciones de especies marinas, pueden debilitar la efectividad general de la fertilización con hierro como estrategia de mitigación del cambio climático. [ 64 ]

Métodos

Existen dos formas de realizar la fertilización artificial con hierro: mediante buques directamente en el océano y mediante despliegue atmosférico. [ 67 ]

Despliegue basado en buques

En la sección de experimentos que figura a continuación, se describen en detalle los ensayos de fertilización oceánica mediante la adición de sulfato de hierro directamente a la superficie del agua desde los barcos.

Fuente atmosférica

El polvo rico en hierro que asciende a la atmósfera es una fuente primaria de fertilización de hierro oceánico. [ 68 ] Por ejemplo, el polvo arrastrado por el viento del desierto del Sahara fertiliza el océano Atlántico [ 69 ] y la selva amazónica . [ 70 ] El óxido de hierro presente de forma natural en el polvo atmosférico reacciona con el cloruro de hidrógeno de las salpicaduras marinas para producir cloruro de hierro, que degrada el metano y otros gases de efecto invernadero, aclara las nubes y finalmente cae con la lluvia en baja concentración en una amplia zona del planeta. [ 67 ] A diferencia del despliegue basado en barcos, no se han realizado ensayos para aumentar el nivel natural de hierro atmosférico. Ampliar esta fuente atmosférica de hierro podría complementar el despliegue basado en barcos.

Una propuesta consiste en aumentar el nivel de hierro atmosférico con aerosoles de sales de hierro . [ 67 ] El cloruro de hierro(III) añadido a la troposfera podría aumentar los efectos de enfriamiento natural, incluyendo la eliminación de metano , el brillo de las nubes y la fertilización oceánica, ayudando a prevenir o revertir el calentamiento global. [ 67 ]

Experimentos

Martin planteó la hipótesis de que aumentar la fotosíntesis del fitoplancton podría ralentizar o incluso revertir el calentamiento global mediante el secuestro de CO₂.2 en el mar. Murió poco después durante los preparativos para Ironex I, [ 71 ] un viaje de investigación de prueba de concepto, que fue llevado a cabo con éxito cerca de lasIslas Galápagosen 1993 por sus colegas enlos Laboratorios Marinos de Moss Landing. [ 72 ] Posteriormente, 12 estudios oceanográficos internacionales examinaron el fenómeno:

  • Ironex II, 1995 [ 73 ]
  • SOIREE (Experimento de liberación de hierro en el océano Austral), 1999 [ 74 ]
  • EisenEx (Experimento del hierro), 2000 [ 75 ]
  • SEEDS (Experimento de Hierro del Pacífico Subártico para el Estudio de la Dinámica de los Ecosistemas), 2001 [ 76 ]
  • SOFeX (Experimentos de hierro del océano Austral - Norte y Sur), 2002 [ 77 ] [ 78 ]
  • SERIE (Estudio de respuesta de los ecosistemas subárticos al enriquecimiento con hierro), 2002 [ 79 ]
  • SEMILLAS-II, 2004 [ 80 ]
  • EIFEX (Experimento Europeo de Fertilización con Hierro), [ 81 ] Un experimento exitoso realizado en 2004 en un remolino oceánico de mesoescala en el Atlántico Sur resultó en una floración de diatomeas , una gran parte de las cuales murió y se hundió hasta el fondo del océano cuando terminó la fertilización. A diferencia del experimento LOHAFEX, también realizado en un remolino de mesoescala, el océano en el área seleccionada contenía suficiente silicio disuelto para que las diatomeas proliferaran. [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ]
  • CROZEX (Experimento de floración y exportación de hierro natural CROZet), 2005 [ 85 ]
  • Un proyecto piloto planeado por Planktos , una empresa estadounidense, fue cancelado en 2008 por falta de financiación. [ 86 ] La empresa culpó a las organizaciones ecologistas del fracaso. [ 87 ] [ 88 ]
  • LOHAFEX ( Experimento de Fertilización con Hierro de la India y Alemania ), 2009 [ 89 ] [ 90 ] [ 91 ] A pesar de la amplia oposición a LOHAFEX, el 26 de enero de 2009 el Ministerio Federal Alemán de Educación e Investigación (BMBF) dio su aprobación. El experimento se llevó a cabo en aguas con bajo contenido de ácido silícico , un nutriente esencial para el crecimiento de las diatomeas. Esto afectó la eficacia del secuestro . [ 92 ] Una porción de 900 kilómetros cuadrados (350 millas cuadradas ) del Atlántico sudoccidental fue fertilizada con sulfato de hierro . Se desencadenó una gran floración de fitoplancton. En ausencia de diatomeas, se secuestró una cantidad relativamente pequeña de carbono, porque otros fitoplancton son vulnerables a la depredación por zooplancton y no se hunden rápidamente al morir. [ 92 ] Estos resultados llevaron a algunos investigadores a cuestionar la eficiencia del secuestro en entornos con bajo contenido de sílice específicamente. Sin embargo, experimentos previos de fertilización oceánica en lugares con alto contenido de sílice revelaron tasas de secuestro de carbono mucho mayores debido al crecimiento de diatomeas. LOHAFEX confirmó que el potencial de secuestro depende en gran medida de una ubicación adecuada. [ 92 ]  
  • Haida Salmon Restoration Corporation (HSRC), 2012 - financiada por la banda Old Massett Haida y administrada por Russ George - vertió 100 toneladas de sulfato de hierro en el Pacífico en un remolino a 200 millas náuticas (370 km) al oeste de las islas de Haida Gwaii . Esto resultó en un aumento del crecimiento de algas en más de 10 000 millas cuadradas (26 000 km² ) . Los críticos alegaron que las acciones de George violaron el Convenio sobre la Diversidad Biológica (CDB) de las Naciones Unidas y el Convenio de Londres sobre el vertido de desechos en el mar, que prohíben tales experimentos de geoingeniería. [ 93 ] [ 94 ] El 15 de julio de 2014, los datos científicos resultantes se pusieron a disposición del público. [ 95 ]  

John Martin , director de los Laboratorios Marinos de Moss Landing , planteó la hipótesis de que los bajos niveles de fitoplancton en estas regiones se debían a una deficiencia de hierro. En 1989, puso a prueba esta hipótesis (conocida como la Hipótesis del Hierro ) mediante un experimento con muestras de agua limpia de la Antártida . [ 96 ] Se añadió hierro a algunas de estas muestras. Tras varios días, el fitoplancton de las muestras fertilizadas con hierro creció mucho más que el de las muestras no tratadas. Esto llevó a Martin a especular que el aumento de las concentraciones de hierro en los océanos podría explicar, en parte, las pasadas edades de hielo. [ 97 ]

IRONEX I

Este experimento fue seguido por un experimento de campo más amplio (IRONEX I) en el que  se añadieron 445 kg de hierro a una zona del océano cercana a las Islas Galápagos . Los niveles de fitoplancton se triplicaron en la zona experimental. [ 98 ] El éxito de este experimento y de otros dio lugar a propuestas para utilizar esta técnica en la eliminación de dióxido de carbono de la atmósfera. [ 99 ]

EisenEx

En 2000 y 2004, se vertió sulfato de hierro desde el EisenEx. Entre el 10 y el 20 por ciento de la floración de algas resultante murió y se hundió hasta el fondo marino. [ 100 ]

Proyectos comerciales

Planktos era una empresa estadounidense que abandonó sus planes de realizar seis campañas de fertilización con hierro entre 2007 y 2009, cada una de las cuales habría disuelto hasta 100 toneladas de hierro en un área oceánica de 10 000 km². A su barco, el  Weatherbird II, se le denegó la entrada al puerto de Las Palmas, en las Islas Canarias , donde debía cargar provisiones y equipo científico. [ 101 ]

En 2007, empresas comerciales como Climos y GreenSea Ventures, así como la corporación australiana Ocean Nourishment Corporation, planearon participar en proyectos de fertilización. Estas empresas invitaron a copatrocinadores ecológicos a financiar sus actividades a cambio de créditos de carbono para compensar las emisiones de CO₂ de los inversores . [ 102 ]

LOHAFEX

LOHAFEX fue un experimento iniciado por el Ministerio Federal de Investigación de Alemania y llevado a cabo por el Instituto Alfred Wegener (AWI) de Alemania en 2009 para estudiar la fertilización en el Atlántico Sur . India también participó. [ 103 ]

Como parte del experimento, el buque de investigación alemán Polarstern depositó 6 toneladas de sulfato ferroso en un área de 300 kilómetros cuadrados. Se esperaba que el material se distribuyera a través de los primeros 15 metros (49 pies) de agua y provocara una floración de algas. Una parte significativa del dióxido de carbono disuelto en el agua de mar quedaría entonces unido a la floración emergente y se hundiría hasta el fondo del océano. 

El Ministerio Federal de Medio Ambiente pidió que se detuviera el experimento, en parte porque los ambientalistas predijeron daños a las plantas marinas. Otros predijeron efectos a largo plazo que no serían detectables durante la observación a corto plazo [ 104 ] o que esto fomentaría la manipulación a gran escala del ecosistema. [ 105 ] [ 106 ]

2012

Un estudio de 2012 depositó fertilizante de hierro en un remolino cerca de la Antártida. La proliferación de algas resultante liberó una cantidad significativa de carbono en las profundidades del océano, donde se esperaba que permaneciera durante siglos o milenios. Se eligió el remolino porque ofrecía un sistema de prueba prácticamente autosuficiente. [ 107 ]

Al cabo de 24 días, los nutrientes, incluidos el nitrógeno, el fósforo y el ácido silícico que las diatomeas utilizan para construir sus conchas, disminuyeron. Las concentraciones de carbono inorgánico disuelto se redujeron por debajo del equilibrio con el CO atmosférico.2. En las aguas superficiales,aumentóclorofila . [ 107 ] 

Sin embargo, después del día 24, la materia particulada cayó a una profundidad de entre 100 metros (330 pies) hasta el fondo del océano. Cada átomo de hierro convirtió al menos 13 000 átomos de carbono en algas. Al menos la mitad de la materia orgánica se hundió a más de 1000 metros (3300 pies) de profundidad . [ 107 ]  

Proyecto Haida Gwaii

En julio de 2012, la Corporación para la Restauración del Salmón de Haida dispersó 100 toneladas cortas (91 t) de polvo de sulfato de hierro en el Océano Pacífico, a varios cientos de millas al oeste de las islas de Haida Gwaii . El Consejo de la Aldea de Old Massett financió la acción como un proyecto de mejora del salmón con 2,5 millones de dólares de fondos de la aldea. [ 108 ] La idea era que las aguas anteriormente deficientes en hierro producirían más fitoplancton que, a su vez, serviría como "pastizal" para alimentar al salmón. El entonces director ejecutivo, Russ George, esperaba vender créditos de carbono para recuperar los costos. El proyecto estuvo acompañado de acusaciones de procedimientos poco científicos e imprudencia. George sostuvo que 100 toneladas eran insignificantes en comparación con lo que ingresa naturalmente al océano. [ 109 ] 

Algunos ambientalistas calificaron el vertido como una "violación flagrante" de dos moratorias internacionales. [ 108 ] [ 110 ] George dijo que el Consejo de la Aldea de Old Massett y sus abogados aprobaron la iniciativa y que al menos siete agencias canadienses estaban al tanto. [ 109 ]

Según George, las poblaciones de salmón de 2013 aumentaron de 50 millones a 226 millones de peces. [ 111 ] Sin embargo, muchos expertos sostienen que los cambios en las poblaciones pesqueras desde 2012 no pueden atribuirse necesariamente a la fertilización con hierro de ese año; muchos factores contribuyen a los modelos predictivos, y la mayoría de los datos del experimento se consideran de dudoso valor científico. [ 112 ]

El 15 de julio de 2014, los datos recopilados durante el proyecto se pusieron a disposición del público bajo la licencia ODbL . [ 113 ]

Experimentos con cáscaras de arroz recubiertas de hierro en el Mar Arábigo

En 2022, un equipo de investigación del Reino Unido e India planea colocar cáscaras de arroz recubiertas de hierro en el Mar Arábigo para probar si aumentar el tiempo en la superficie puede estimular una floración utilizando menos hierro. El hierro estará confinado dentro de una bolsa de plástico que se extenderá desde la superficie varios kilómetros hasta el fondo marino. [ 114 ] [ 115 ] El Centro para la Reparación Climática de la Universidad de Cambridge, junto con el Instituto de Estudios Marítimos de la India, evaluaron el impacto de la siembra de hierro en otro experimento. Esparcieron cáscaras de arroz recubiertas de hierro por un área del Mar Arábigo. El hierro es un nutriente limitante en muchas aguas oceánicas. Esperaban que el hierro fertilizara las algas, lo que fortalecería la base de la cadena alimentaria marina y secuestraría carbono a medida que las algas no consumidas murieran. El experimento fue destruido por una tormenta, dejando resultados inconclusos. [ 116 ]

Ciencia

El resultado máximo posible de la fertilización con hierro, asumiendo las condiciones más favorables y sin tener en cuenta consideraciones prácticas, es de 0,29  W/m² de forzamiento negativo promedio global, [ 117 ] compensando 1/6 de los niveles actuales de CO₂ antropogénico.2 emisiones. Estos beneficios han sido cuestionados por investigaciones que sugieren que la fertilización con hierro puede agotar otros nutrientes esenciales en el agua de mar, lo que provoca una reducción del crecimiento del fitoplancton en otros lugares;en otras palabras, que las concentraciones de hierro limitan el crecimiento más localmente que a escala global. [ 118 ] [ 119 ]

La fertilización oceánica ocurre de forma natural cuando las surgencias llevan agua rica en nutrientes a la superficie, como sucede cuando las corrientes oceánicas se encuentran con un banco oceánico o un monte submarino . Esta forma de fertilización produce los hábitats marinos más grandes del mundo . La fertilización también puede ocurrir cuando el viento transporta polvo a largas distancias sobre el océano, o cuando los glaciares , [ 120 ] los ríos y los icebergs transportan minerales ricos en hierro al océano . [ 121 ]

Función del hierro

Aproximadamente el 70% de la superficie terrestre está cubierta por océanos. La parte de estos donde penetra la luz está habitada por algas (y otras formas de vida marina). En algunos océanos, el crecimiento y la reproducción de las algas se ven limitados por la cantidad de hierro. El hierro es un micronutriente vital para el crecimiento del fitoplancton y la fotosíntesis , que históricamente ha llegado al mar pelágico a través de tormentas de polvo procedentes de zonas áridas. Este polvo eólico contiene entre un 3% y un 5% de hierro, y su deposición ha disminuido casi un 25% en las últimas décadas. [ 122 ]

La relación de Redfield describe las concentraciones atómicas relativas de nutrientes críticos en la biomasa del plancton y se escribe convencionalmente como "106 C: 16 N: 1 P". Esto expresa que se requiere un átomo de fósforo y 16 de nitrógeno para " fijar " 106 átomos de carbono (o 106 moléculas de CO₂).2 ). La investigación amplió esta constante a "106 C: 16 N: 1 P: 0,001 Fe", lo que significa que en condiciones de deficiencia de hierro, cada átomo de hierro puede fijar 106 000 átomos de carbono, [ 123 ] o, en términos de masa, cada kilogramo de hierro puede fijar 83 000 kg de dióxido de carbono. El experimento EIFEX de 2004 reportó una relación de exportación de dióxido de carbono a hierro de casi 3000 a 1. La relación atómica sería aproximadamente: "3000 C: 58 000 N: 3600 P: 1 Fe". [ 124 ]

Por lo tanto, pequeñas cantidades de hierro (medidas en partes por billón) en zonas HNLC pueden desencadenar grandes floraciones de fitoplancton del orden de 100.000 kilogramos de plancton por kilogramo de hierro. El tamaño de las partículas de hierro es crítico. Las partículas de 0,5 a 1 micrómetro o menos parecen ser ideales tanto en términos de tasa de hundimiento como de biodisponibilidad. Las partículas tan pequeñas son más fáciles de incorporar para las cianobacterias y otros fitoplancton, y la agitación de las aguas superficiales las mantiene en las profundidades biológicamente activas eufóticas o iluminadas por el sol sin hundirse durante largos períodos. Una forma de agregar pequeñas cantidades de hierro a las zonas HNLC sería la eliminación atmosférica de metano .

La deposición atmosférica es una importante fuente de hierro. Las imágenes y datos satelitales (como PODLER, MODIS, MSIR) [ 125 ] [ 126 ] [ 127 ] combinados con análisis de retrotrayectorias identificaron fuentes naturales de polvo que contiene hierro. El polvo portador de hierro se erosiona del suelo y es transportado por el viento. Aunque la mayoría de las fuentes de polvo se sitúan en el hemisferio norte, las mayores se encuentran en el norte y el sur de África, América del Norte, Asia central y Australia. [ 128 ]

Las reacciones químicas heterogéneas en la atmósfera modifican la especiación del hierro en el polvo y pueden afectar la biodisponibilidad del hierro depositado. La forma soluble del hierro es mucho mayor en los aerosoles que en el suelo (~0,5%). [ 128 ] [ 129 ] [ 130 ] Varias interacciones fotoquímicas con ácidos orgánicos disueltos aumentan la solubilidad del hierro en los aerosoles. [ 131 ] [ 132 ] Entre estas, la reducción fotoquímica del Fe(III) unido al oxalato de los minerales que contienen hierro es importante. El ligando orgánico forma un complejo superficial con el centro metálico Fe(III) de un mineral que contiene hierro (como la hematita o la goetita ). Al exponerse a la radiación solar, el complejo se convierte a un estado de energía excitado en el que el ligando, actuando como puente y donador de electrones , suministra un electrón al Fe(III) produciendo Fe(II) soluble. [ 133 ] [ 134 ] [ 135 ] En consonancia con esto, los estudios documentaron una variación diurna distintiva en las concentraciones de Fe (II) y Fe (III) en la que las concentraciones diurnas de Fe (II) superan las de Fe (III). [ 136 ] [ 137 ] [ 138 ] [ 139 ]

Ceniza volcánica como fuente de hierro

La ceniza volcánica desempeña un papel importante en el suministro de hierro a los océanos del mundo. [ 140 ] La ceniza volcánica está compuesta de fragmentos de vidrio, minerales pirogénicos, partículas líticas y otras formas de ceniza que liberan nutrientes a diferentes velocidades según su estructura y el tipo de reacción causada por el contacto con el agua. [ 141 ]

Los aumentos de ópalo biogénico en el registro sedimentario están asociados con una mayor acumulación de hierro durante el último millón de años. [ 142 ] En agosto de 2008, una erupción en las Islas Aleutianas depositó ceniza en el Pacífico Nororiental, una zona con escasez de nutrientes. Esta deposición de ceniza y hierro dio lugar a una de las mayores floraciones de fitoplancton observadas en el subártico. [ 143 ]

secuestro de carbono

Casos anteriores de secuestro biológico de carbono provocaron cambios climáticos importantes, reduciendo la temperatura del planeta, como el evento Azolla . El plancton que genera esqueletos de carbonato de calcio o silicio , como las diatomeas , los cocolitóforos y los foraminíferos , es responsable de la mayor parte del secuestro directo. Cuando estos organismos mueren, sus esqueletos de carbonato se hunden con relativa rapidez y forman un componente importante de la precipitación de aguas profundas rica en carbono conocida como nieve marina . La nieve marina también incluye excrementos de peces y otros detritos orgánicos, y cae constantemente miles de metros por debajo de las floraciones activas de plancton. [ 144 ]

De la biomasa rica en carbono generada por las floraciones de plancton, la mitad (o más) es generalmente consumida por organismos herbívoros ( zooplancton , krill , peces pequeños, etc.), pero entre el 20 y el 30 % se hunde por debajo de los 200 metros (660 pies) en los estratos de agua más fríos por debajo de la termoclina . [ 145 ] Gran parte de este carbono fijado continúa hacia el abismo, pero un porcentaje sustancial se redisuelve y remineraliza. Sin embargo, a esta profundidad, este carbono queda suspendido en corrientes profundas y, en efecto, aislado de la atmósfera durante siglos. 

Análisis y cuantificación

La evaluación de los efectos biológicos y la verificación de la cantidad de carbono realmente secuestrado por una floración específica implican diversas mediciones, que combinan muestreo desde buques y a distancia, trampas de filtración submarinas, espectroscopia de boyas de seguimiento y telemetría satelital . Las corrientes oceánicas impredecibles pueden eliminar las zonas de hierro experimentales de la zona pelágica, invalidando el experimento.

El potencial de la fertilización para combatir el calentamiento global se ilustra con las siguientes figuras. Si el fitoplancton convirtiera todo el nitrato y el fosfato presentes en la capa mixta superficial a lo largo de toda la corriente circumpolar antártica en carbono orgánico , el déficit de dióxido de carbono resultante podría compensarse mediante la absorción de la atmósfera , que asciende a entre 0,8 y 1,4 gigatoneladas de carbono al año. [ 146 ] Esta cantidad es comparable en magnitud a la combustión anual antropogénica de combustibles fósiles, que ronda las 6 gigatoneladas. La región de la corriente circumpolar antártica es una de las varias en las que se podría llevar a cabo la fertilización con hierro ; la zona de las islas Galápagos es otro lugar potencialmente adecuado.

Dimetilsulfuro y nubes

Diagrama esquemático de la hipótesis CLAW (Charlson et al. , 1987) [ 147 ]

Algunas especies de plancton producen dimetilsulfuro (DMS), una parte del cual entra en la atmósfera donde es oxidado por radicales hidroxilo (OH), cloro atómico (Cl) y monóxido de bromo (BrO) para formar partículas de sulfato, y potencialmente aumentar la cobertura nubosa. Esto puede aumentar el albedo del planeta y, por lo tanto, causar enfriamiento; este mecanismo propuesto es fundamental para la hipótesis CLAW . [ 147 ] Este es uno de los ejemplos utilizados por James Lovelock para ilustrar su hipótesis de Gaia . [ 148 ]

Durante SOFeX, las concentraciones de DMS aumentaron en un factor de cuatro dentro del parche fertilizado. La fertilización a gran escala con hierro del Océano Austral podría conducir a un enfriamiento significativo desencadenado por azufre, además del debido al CO₂.2 absorción y que se debe al aumento del albedo del océano, sin embargo, la cantidad de enfriamiento por este efecto en particular es muy incierta. [ 149 ]

Reglamento internacional

La gobernanza internacional de la fertilización oceánica con hierro ha evolucionado a través del marco del Convenio de Londres y el Protocolo de Londres. En octubre de 2008, las Partes Contratantes adoptaron la Resolución LC-LP.1 (2008), que declaró que el alcance de ambos tratados abarca estas operaciones y dictaminó que "dado el estado actual del conocimiento, no deberían permitirse las actividades de fertilización oceánica que no sean investigación científica legítima". [ 150 ] La resolución señaló explícitamente que las implementaciones comerciales "deberían considerarse contrarias a los objetivos del Convenio y el Protocolo y no califican actualmente para ninguna exención de la definición de dumping". [ 150 ] Esta resolución no vinculante estableció con éxito una moratoria global de facto que distingue las operaciones comerciales de la investigación científica.

En 2010, las Partes adoptaron la Resolución LC-LP.2, que establece un marco de evaluación formal para las propuestas de investigación científica relacionadas con la fertilización oceánica, y que proporciona orientación sobre la evaluación ambiental, la gestión de riesgos y los requisitos de seguimiento.

En 2013, las Partes Contratantes del Protocolo de Londres adoptaron la Resolución LP.4(8), que modifica el Protocolo para añadir disposiciones específicas sobre geoingeniería marina, incluida la fertilización oceánica. En virtud de este marco, las actividades de fertilización oceánica consideradas investigación científica legítima pueden autorizarse mediante un permiso; su uso comercial sigue prohibido a la espera de una evaluación posterior. Esta modificación de 2013 constituye el marco regulatorio vigente.

El Convenio sobre la Diversidad Biológica ha pedido por separado una moratoria sobre la fertilización oceánica, salvo la investigación científica a pequeña escala en aguas costeras, una posición que se ha mantenido en decisiones posteriores del CDB. [ 150 ]

Oportunidades financieras

A partir del Protocolo de Kioto , varios países y la Unión Europea establecieron mercados de compensación de carbono que negocian créditos de reducción de emisiones certificados (CER) y otros tipos de instrumentos de crédito de carbono. En 2007, los CER se vendieron por aproximadamente 15–20 €/tonelada de CO₂e . [ 151 ] La fertilización con hierro es relativamente económica en comparación con el lavado , la inyección directa y otros enfoques industriales, y teóricamente puede secuestrar por menos de 5 €/tonelada de CO₂.2 , generando un retorno sustancial. [ 152 ]

En agosto de 2010, Rusia estableció un precio mínimo de 10 €/tonelada para compensaciones con el fin de reducir la incertidumbre para los proveedores de compensaciones. [ 153 ] Los científicos han informado de una disminución del 6-12% en la producción mundial de plancton desde 1980. [ 122 ] [ 154 ] Un programa de restauración de plancton a gran escala podría regenerar aproximadamente entre 3 y 5 mil millones de toneladas de capacidad de secuestro con un valor de compensación de carbono de entre 50 y 100 mil millones de euros . Sin embargo, un estudio de 2013 indica que la relación costo-beneficio de la fertilización con hierro la sitúa por detrás de la captura y almacenamiento de carbono y los impuestos al carbono. [ 155 ]

Debate

Si bien la fertilización de los océanos con hierro podría representar un medio potente para frenar el calentamiento global, [ 156 ] existe un debate actual en torno a la eficacia de esta estrategia y los posibles efectos adversos de la misma.

Principio de precaución

El principio de precaución es una directriz propuesta en materia de conservación ambiental. Según un artículo publicado en 2021, el principio de precaución (PP) establece que «cuando sea científicamente plausible que las actividades humanas puedan causar daños moralmente inaceptables, se deberán tomar medidas para evitar o disminuir dichos daños: la incertidumbre no debe ser una excusa para retrasar la acción». [ 157 ] Con base en este principio, y debido a la escasez de datos que cuantifican los efectos de la fertilización con hierro, es responsabilidad de los líderes en este campo evitar los efectos nocivos de este procedimiento. Esta postura constituye un argumento en contra del uso generalizado de la fertilización con hierro, al menos hasta que se disponga de más datos para analizar sus repercusiones.

Cuestiones ecológicas

Una "marea roja" frente a la costa de La Jolla, San Diego, California .

A los críticos les preocupa que la fertilización genere floraciones de algas nocivas (FAN), ya que muchas algas tóxicas suelen proliferar cuando se deposita hierro en el ecosistema marino. Sin embargo, un estudio de 2010 sobre la fertilización con hierro en un entorno oceánico con alto contenido de nitrato y bajo contenido de clorofila reveló que las diatomeas Pseudo-nitzschia spp. fertilizadas, que generalmente no son tóxicas en mar abierto, comenzaron a producir niveles tóxicos de ácido domoico . Incluso las floraciones efímeras que contienen dichas toxinas podrían tener efectos perjudiciales en las redes tróficas marinas. [ 158 ]

La mayoría de las especies de fitoplancton son inofensivas o beneficiosas, dado que constituyen la base de la cadena alimentaria marina. La fertilización aumenta el fitoplancton solo en mar abierto (lejos de la costa), donde la deficiencia de hierro es considerable. La mayoría de las aguas costeras están repletas de hierro y añadir más no tiene ningún efecto útil. [ 159 ] Se ha demostrado que a menudo hay tasas de mineralización más altas con la fertilización con hierro, lo que lleva a una renovación en las masas de plancton que se producen. Esto no resulta en efectos beneficiosos y, de hecho, causa un aumento de CO₂ . [ 160 ] Un estudio de 2023 mostró que la fertilización puede incluso amplificar los efectos del cambio climático. [ 161 ]

Un estudio de 2010 demostró que el enriquecimiento con hierro estimula la producción de diatomeas tóxicas en áreas con alto contenido de nitrato y bajo contenido de clorofila [ 162 ] , lo que, según los autores, plantea "serias preocupaciones sobre el beneficio neto y la sostenibilidad de las fertilizaciones con hierro a gran escala". El nitrógeno liberado por los cetáceos y el quelato de hierro representan un beneficio significativo para la cadena alimentaria marina, además de secuestrar carbono durante largos períodos de tiempo. [ 163 ]

acidificación de los océanos

Un estudio de 2009 evaluó el potencial de la fertilización con hierro para reducir tanto el CO₂ atmosférico como la acidez oceánica mediante un modelo global de carbono oceánico. El estudio concluyó que «nuestras simulaciones muestran que la fertilización oceánica con hierro, incluso en el escenario extremo de agotamiento de la concentración global de macronutrientes superficiales a cero en todo momento, tiene un efecto mínimo en la mitigación de la acidificación inducida por el CO₂ en la superficie oceánica». [ 164 ] Lamentablemente, es probable que el impacto en la acidificación oceánica no cambie debido a los bajos efectos que la fertilización con hierro tiene sobre los niveles de CO₂ . [ 160 ]

Historia

La consideración de la importancia del hierro para el crecimiento del fitoplancton y la fotosíntesis se remonta a la década de 1930, cuando el Dr. Thomas John Hart , un biólogo marino británico a bordo del RRS Discovery II  en el Océano Austral , especuló —en "Sobre el fitoplancton del Atlántico Sudoccidental y el Mar de Bellingshausen, 1929-31"— que grandes "zonas desoladas" (áreas aparentemente ricas en nutrientes, pero carentes de actividad fitoplanctónica u otra vida marina) podrían ser deficientes en hierro. [ 72 ] Hart retomó este tema en un artículo de 1942 titulado "Periodicidad del fitoplancton en las aguas superficiales antárticas", pero se registró poca discusión científica al respecto hasta la década de 1980, cuando el oceanógrafo John Martin de los Laboratorios Marinos de Moss Landing reavivó la controversia sobre el tema con sus análisis de nutrientes en aguas marinas. Sus estudios respaldaron la hipótesis de Hart. Estas regiones "desoladas" pasaron a denominarse " regiones de alta concentración de nutrientes y baja concentración de clorofila " (HNLC). [ 72 ]

John Gribbin fue el primer científico en sugerir públicamente que el cambio climático podría reducirse agregando grandes cantidades de hierro soluble a los océanos. [ 165 ] La broma de Martin en 1988, cuatro meses después en la Institución Oceanográfica Woods Hole , "Denme medio petrolero de hierro y les daré una era glacial ", [ 72 ] [ 166 ] [ 167 ] impulsó una década de investigación.

Los hallazgos sugirieron que la deficiencia de hierro estaba limitando la productividad oceánica y ofrecieron un enfoque para mitigar el cambio climático . Quizás el apoyo más contundente a la hipótesis de Martin provino de la erupción del Monte Pinatubo en Filipinas en 1991. El científico ambiental Andrew Watson analizó datos globales de esa erupción y calculó que depositó aproximadamente 40.000 toneladas de polvo de hierro en los océanos de todo el mundo. Este único evento de fertilización precedió a una disminución global fácilmente observable del CO atmosférico .2 y un aumento pulsátil paralelo ende oxígeno. [ 168 ]

Las partes del Convenio de Londres sobre el vertido de desechos adoptaron en 2008 una resolución no vinculante sobre la fertilización (denominada LC-LP.1(2008)). La resolución establece que las actividades de fertilización oceánica, distintas de la investigación científica legítima, «deben considerarse contrarias a los objetivos del Convenio y su Protocolo y actualmente no cumplen los requisitos para ninguna exención de la definición de vertido». [ 169 ] En octubre de 2010, las Partes Contratantes del Convenio adoptaron un Marco de Evaluación para la Investigación Científica que Implica la Fertilización Oceánica, que regula el vertido de desechos en el mar (denominado LC-LP.2(2010)) (LC 32/LP 5). [ 170 ]

Numerosos laboratorios oceanográficos, científicos y empresas han explorado la fertilización. A partir de 1993, trece equipos de investigación completaron ensayos oceánicos que demostraron que las floraciones de fitoplancton pueden estimularse mediante el aumento de hierro. [ 160 ] Persiste la controversia sobre la eficacia del CO atmosférico2. Secuestro y efectos ecológicos. [ 171 ] En 2009 se realizaron ensayos oceánicos de fertilización con hierro en el océano en elAtlántico Surpor el proyectoLOHAFEX, y en julio de 2012 en elPacífico Nortefrente a la costa deColumbia Británica, Canadá, por laHaidaSalmon Restoration Corporation (HSRC). [ 172 ]

Véase también

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