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sábado, 6 de febrero de 2021

El cambio climático y el efecto Azolla

 

Un ejemplar maduro de Azolla filiculoides es menor que el tamaño de una uña. Este helecho minúsculo, tiene una amplia distribución por las regiones tropicales y cálido-templadas del mundo. Foto de Fay Wei Li.
 

Azolla es un género que contiene siete especies de diminutos helechos acuáticos que a primera vista pueden confundirse con algas o musgos. Son pleustófitos dulceacuícolas (plantas que viven suspendidas en la superficie de aguas dulces), que forman relaciones simbióticas con cianobacterias responsables de fijar el nitrógeno atmosférico para que, una vez fijado, pueda ser utilizado por el helecho como nutriente, lo que le permite un rápido crecimiento en condiciones ideales. Pero una de las habilidades más impresionantes de Azolla es su capacidad para extraer hasta nueve toneladas de dióxido de carbono y dos de nitrógeno por hectárea y año.

Eso significa que, durante el millón de años del Eoceno, en el que creció extraordinariamente en los mares septentrionales, Azolla extrajo decenas de billones de toneladas de dióxido de carbono de la atmósfera que ayudaron a enfriar el planeta hasta aproximarse a un clima similar al que rige en la Tierra hoy. Con tales capacidades, Azolla podría ser un actor importante para frenar o incluso revertir el cambio climático.

Hace unos 50 millones de años, el planeta era un lugar mucho más cálido y Azolla abundaba en el Océano Ártico. Los registros fósiles muestran que, alimentado por la abundancia de nitrógeno y dióxido de carbono, el helecho formó gruesos mantos flotantes por todo el océano y alcanzó los continentes circundantes.

Representación de la Tierra durante el Paleoceno y comienzos del Eoceno, hace unos 55 millones de años. Fuente.

Durante el Paleógeno temprano, hace entre 55 y 45 millones de años (Ma), sobre la Tierra imperaban unas condiciones cálidas con efecto invernadero que indujeron un ciclo hidrológico con precipitaciones superiores a la evaporación en las latitudes altas. Como muestran los sedimentos árticos de hace unos 50 Ma, durante el Eoceno, una era del Paleógeno, enormes poblaciones del helecho flotante Azolla crecieron y se reprodujeron en el Ártico. Azolla y los abundantes microfósiles orgánicos y silíceos de agua dulce que lo acompañan indican una subida episódica de las aguas superficiales del Ártico durante un intervalo de aproximadamente 800.000 años.

Hace 49 millones de años, el Ártico era muy diferente. Todas las masas terrestres estaban agrupadas a su alrededor, no había casquetes polares y dominaba un clima suave. Esto hacía que el Polo se pareciera a un mar templado aislado del resto de los océanos. Tenía algunos estrechos que los conectaban, pero nada más. Eso significaba que corrientes como la del Golfo no podían mezclar las aguas del Ártico, por lo que era un mar muy tranquilo. Además, las altas precipitaciones en los continentes vertían millones de hectómetros de agua dulce rica en nutrientes (compuestos de fósforo y azufre) en ese remanso de agua salada.

Lo que se creó allí fue un ambiente acuático original porque, dado el océano remansado, las aguas dulces y saladas, faltas de agitación, no se mezclaron. El agua salada más densa se hundió hasta el fondo mientras que el agua dulce permaneció en la parte superior.

Como no había mezcla, la capa de agua salada casi carecía de oxígeno. Sin embargo, la capa superficial de agua dulce estaba muy oxigenada y recibía meses de sol continuo. En esas aguas cálidas, Azolla prosperó extraordinariamente. Esta pequeña planta crece rápidamente, se reproduce muy rápido y muere también rápidamente. Azolla necesita muy pocos nutrientes y obtiene todo el nitrógeno de la atmósfera gracias a las cianobacterias simbióticas de sus raíces. Eso significa que pueden florecer y morir sin consumir en exceso los nutrientes del agua. Por eso, cada verano había una gran floración de Azolla que cubría casi todo el Ártico. Luego, la masa expansiva del helecho desaparecía rápidamente.

Cuando morían, los helechos quedaban sepultados en el agua salada acumulada del fondo. Como prácticamente no había oxígeno, no había bacterias que descompusieran la materia vegetal. Así, cada año miles de toneladas de ejemplares de Azolla se amontonan en el fondo marino sin descomponerse. Esta falta de descomposición es la razón por la que Azolla tuvo un impacto tan grande en la atmósfera: todo el dióxido de carbono que había acumulado en su biomasa quedó atrapado en el lecho marino.

Los abundantes restos de Azolla que caracterizan esos depósitos marinos del Eoceno medio en todos los mares septentrionales probablemente representan poblaciones transportadas como resultado de las inundaciones de agua dulce del océano Ártico que llegaron hasta el mar del Norte. El fin de la fase Azolla en el Ártico coincide con un aumento local de la temperatura de la superficie del mar desde unos 10°C a 13°C, lo que apunta a aumentos simultáneos en el suministro de sal y calor debidos a la afluencia de aguas de océanos y mares adyacentes.

Pero sigamos profundizando en la cuestión del carbono y del CO2. Los organismos están hechos fundamentalmente de carbono y las plantas obtienen su carbono del aire. Toman CO2, usan el carbono para nutrirse y crear sus estructuras y liberan oxígeno. Por lo general, cuando una planta muere, es consumida por organismos descomponedores; para abreviar, estos organismos devuelven el carbono de las plantas a la atmósfera en forma de CO2 y metano a través de la respiración o de la descomposición. Es el conocido ciclo del carbono (FIGURA). Pero Azolla no reciclaba el carbono, sino que lo enterraba en el lecho marino. Es lo que aparece en la Figura como "Captura oceánica neta”.

Este esquema del ciclo de carbono muestra el movimiento de carbono entre tierra, atmósfera y océanos en miles de millones de toneladas por año. Los números amarillos son flujos naturales, los rojos son contribuciones humanas, los blancos indican el carbono almacenado. Fuente.

Por tanto, la capacidad de crecimiento rápido de Azolla usando pocos nutrientes y su vida efímera, combinada con un fondo marino salado y una capa superior de agua dulce, creó un sumidero de carbono extraordinariamente eficaz. El efecto fue tan grande que durante el "imperio" Azolla (que duró 800.000 años) estos helechos minúsculos extrajeron el 80% del dióxido de carbono de la atmósfera. La concentración de ese gas de efecto invernadero pasó de 3.500 a 650 partes por millón (ppm). Esa rápida disminución provocó la congelación de los polos y fue uno de los catalizadores de la Edad del Hielo.

El gráfico de arriba muestra los niveles de dióxido de carbono durante los últimos tres ciclos glaciares, obtenidos analizando núcleos de hielo. El gráfico de abajo muestra los niveles atmosféricos de dióxido de carbono medidos en el Observatorio Mauna Loa, Hawái, en los últimos doce años. Los gráficos, basados en la comparación de muestras atmosféricas contenidas en núcleos de hielo y mediciones directas más recientes, proporcionan la evidencia de que el dióxido de carbono atmosférico ha aumentado desde la Revolución Industrial. Las 409 ppm son de octubre de 2018. Fuente 

Actualmente nuestra atmósfera contiene unas 410 ppm de dióxido de carbono, una concentración mucho menor que cuando dominaban los helechos Azolla. Pero ellos vivían en una Tierra más caliente sin casquetes polares y nosotros vivimos en una Tierra más fría con casquetes polares durante todo el año. Nuestros ecosistemas han evolucionado para adaptarse a ese clima más frío y recalentarlos demasiado rápido puede provocar verdaderos desastres. Para que nuestros niveles de dióxido de carbono vuelvan a las concentraciones previas a la revolución industrial (en otras palabras, para revertir el cambio climático provocado por el hombre) necesitamos concentraciones menores de 300 ppm.

Es obvio que no queremos causar otra Edad de Hielo. Pero ¿podríamos aprovechar un sumidero de carbono tan natural como el de Azolla para combatir el problema del cambio climático? Hagamos números.

Como media, el dominio temporal de Azolla redujo el dióxido de carbono global cada año en 0,0035625 ppm. Eso significa que tardaríamos unos 31000 años en conseguir un descenso desde nuestras actuales 410 ppm a 300 ppm. Reflexionemos un momento sobre nuestra capacidad destructiva: si lográramos replicar uno de los procesos de enfriamiento más rápidos en la historia de la Tierra, tardaríamos unos 31000 años en sanear el daño atmosférico que hemos causado en los últimos 70 años. Eso debería hacernos pensar en la rapidez con la que estamos cambiando el planeta actualmente y lo difícil que es revertir los cambios que hemos desencadenado.

Si pudiéramos neutralizar nuestras emisiones de dióxido de carbono durante las próximas décadas, conseguiríamos mantener sus niveles por debajo de 450 ppm. Aun así, se necesitarán decenas de miles de años para recuperar la atmósfera a niveles preindustriales, aunque en escalas de tiempo geológico eso no sea nada. Si queremos que la estirpe humana sobreviva a largo plazo, y no solo sea una nota a pie de página en la larga historia de la Tierra, necesitamos restablecer el clima global para protegernos a nosotros y a los ecosistemas de los que dependemos.

Si pudiéramos mantener la concentración de dióxido de carbono alrededor de las 450 ppm, replicar el evento Azolla y tener mucha paciencia, podríamos detener el cambio climático. Pero solo hay un problema. ¿Realmente podemos replicar el periodo Azolla? Después de todo, el enfriamiento global de Azolla provino de un mar entero que se convirtió en una “granja” Azolla.

Hagamos más cálculos en esa línea. Necesitamos reproducir el Ártico y sus condiciones hace 49 millones de años. Lamentablemente, no hay ninguna parte del mundo que se parezca mucho al Ártico de hace 49 millones de años, por lo que tendremos que ser un poco más prácticos. No podemos seccionar una parte de los océanos, ya que interrumpiríamos el equilibrio oceánico y afectaríamos potencialmente a toda la biodiversidad oceánica. Pero, por suerte para nosotros, las azollas son plantas de agua dulce. ¿Podríamos construir un lago artificial gigante en un desierto? Desgraciadamente, una masa tan grande de agua descompensaría los patrones climáticos y los nutrientes globales. Por ejemplo, el Amazonas recibe nutrientes del viento seco y polvoriento que sopla desde el desierto del Sahara.

Entonces, en lugar de usar un lago artificial de dimensiones colosales, podríamos hacer que algunos de los lagos más grandes del mundo para que funcionaran como granjas. Eso significa que el océano no se vería afectado por nuestras granjas y no estaríamos jugando demasiado con los patrones climáticos.

El antiguo mar Ártico tenía 4.000.000 de km². Hay un total de 5.170.000 km² de lagos en el mundo. ¡Necesitaríamos usar el 77% de todos los lagos del mundo para obtener una superficie suficiente para replicar nuestro mar!

Todo el rojo de la fotografía está formado por ejemplares de Azolla filiculoides en el lecho de una charca desecada. Foto.

Sigamos soñando. Podríamos transformar esos lagos en enormes granjas de Azolla. En primer lugar, deberíamos acabar toda la vida nativa, y luego podríamos diseñar zonas muertas de oxígeno en el fondo y aportar los nutrientes necesarios para iniciar una explosión poblacional de Azolla. Es más, con los métodos de cultivo modernos, podríamos tener una tasa de absorción de dióxido de carbono incluso más elevada que durante la proliferación original de Azolla si garantizamos que siempre mantendremos las condiciones perfectas.

Ahora bien, destruir ecosistemas únicos en estos lagos no parece una buena manera de salvar el planeta, ¿verdad? Pero para hacer estos sumideros de carbono impulsados por Azolla, es necesario. ¿Vale la pena este sacrificio como recompensa? No lo creo.

¿Azolla puede salvar el mundo? Posiblemente, pero supondría un gran sacrificio y un nivel de compromiso nunca realizado por humanos. Necesitaríamos profanar algunos de los hábitats más singulares del mundo y trabajar incansablemente durante decenas de miles de años solo para revertir 70 años de actividad humana. Por lo menos, hacer los cálculos sirve para poner de relieve la escala del cambio climático.

Dicho esto, podría haber otra forma de producir sumideros de carbono Azolla, como tubos hidropónicos cerrados que, sin cambiar los patrones climáticos globales, podrían operar en áreas con menor biodiversidad como los desiertos. Hay también muchos otros métodos para extraer carbono de la atmósfera, como utilizar carbono atmosférico para fabricar baterías de grafeno. Azolla es solo una de las muchas herramientas que tenemos para resolver nuestro mayor problema.

Durante años, los científicos han estado estudiando si las poblaciones de Azolla podrían ayudar a contrarrestar el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y las temperaturas globales. La secuenciación del genoma de Azolla filiculoides realizada por más de 40 científicos de todo el mundo, proporcionará las primeras pistas reales sobre la eficacia de la planta para combatir el cambio climático. © Manuel Peinado Lorca. @mpeinadolorca.