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LAS INCóGNITAS DE LOS OCéANOS
Title  El extraño universo del metano oceánico

Durante mucho tiempo se ha pensado que los fondos marinos estaban casi desprovistos de vida más allá de la zona de penetración de la luz. Las revelaciones acumuladas en tres décadas sobre la biosfera anaeróbica extremadamente activa de los fondos oceánicos profundos han revolucionado la percepción del ciclo del carbono oceánico, en el que el metano es el compuesto más importante. Aquí surge la cuestión del impacto de este poderoso gas de efecto invernadero en los cambios climáticos...

Mecanismo global de bioproducción de metano en los sedimentos oceánicos
Mecanismo global de bioproducción de metano en los sedimentos oceánicos.
El metano se produce por vía anaeróbica en la parte baja de la capa sedimentaria rica en materiales orgánicos. Los sulfatos degradan la mayor parte del mismo. El gas no degradado puede formar hidratos de metano o escaparse por infiltraciones a través de la capa.
© MPI-Bremen
Un átomo de carbono y cuatro de hidrógeno, la molécula del metano - CH4- se conoce familiarmente como “gas natural”. Este combustible fósil bombeado de las entrañas de la tierra desempeña hoy en día un papel energético privilegiado, debido a su eficacia en producir calor y su limpieza, al desprender mucho menos CO2 que los demás hidrocarburos cuando se quema.

No obstante, el gas natural es sólo una de las formas específicas tomadas por la presencia del metano en el ecosistema planetario, resultante de una transformación termoquímica de las materias orgánicas geológicamente sepultadas. Su producción en la naturaleza, donde es uno de los “ladrillos” fundamentales del ciclo del carbono, es también abundante y, en todo caso, generalizada. Se debe al proceso permanente de la degradación biológica de las materias vivas por microorganismos anaeróbicos (que sólo viven en un entorno privado de oxígeno). En toda la biosfera, estos lugares “anóxicos”, en los que se genera el metano, se caracterizan esencialmente por condiciones húmedas favorables a este proceso bacteriano: barro de los pantanos, sedimentos de los lagos y de los mares, turberas y permafrost y hasta el estómago de los rumiantes.

Un interés renovado
En estos tiempos de calentamiento climático, el metano está ganando protagonismo. Independientemente de su interés energético, es también un poderoso gas de efecto invernadero, aún más amenazador ya que es 20 veces más “calentador” que el dióxido de carbono. Se considera que representa, hoy en día, el 20% del proceso actual de efecto invernadero. Y este papel no se atribuye, por lo menos por ahora, a la propia naturaleza sino a los desechos de origen antrópico. Desde hace dos siglos, la cantidad de metano presente en la atmósfera se ha más que duplicado bajo el efecto de las actividades humanas, mientras que el CO2 atmosférico “sólo” ha aumentado en un 30%...

Aunque el creciente interés que la ciencia presta al metano se debe en gran parte a la concienciación sobre su impacto climático, también estriba en que el fondo de los océanos sigue suscitando una serie de interrogantes. Siempre se había pensado que en las profundidades submarinas apenas existía vida más allá de la zona de penetración de la luz, así que el descubrimiento progresivo (en apenas tres décadas) de una intensa microbiología submarina ha trasformado los conocimientos de forma radical. “Una de las consecuencias más destacadas de este cambio de perspectiva es que el fondo marino se comporta como un bioreactor anaeróbico gigante en el que se producen enormes cantidades de metano”, explica el profesor Bo Barker Jørgensen, del Instituto de Biología Marina Max Planck de Bremen, especialista implicado entre otras cosas en el proyecto europeo DeepBug.

Una prodigiosa barrera biológica
El mecanismo global de esta producción se explica por la presencia, en el espesor de los sedimentos oceánicos, de miles de millones de bacterias anaeróbicas, entre las cuales están los microbios metanógenos, que desprenden metano de forma parecida a las especies consumidoras de oxígeno cuando rechazan el CO2. Estos microorganismos se alimentan de materia viva que proviene de la superficie. En efecto, el plancton marino, muy abundante en la zona luminosa superior del océano, genera una especie de lluvia orgánica a la que se añaden los restos descompuestos de desechos, cadáveres, excrementos, etc. Estos residuos van cubriendo muy lentamente los fondos y se mezclan con la materia mineral. Por otro lado, los ríos llevan a los océanos partículas de origen continental cargadas de nutrientes orgánicos. Así, a lo largo de los milenios, se acumula un sustrato a veces muy espeso (hasta varias centenas de metros) en el que evolucionan estas bacterias y donde se produce el metano.

“Pero se ha descubierto que el 90% del metano oceánico, tan pronto como se produce, se degrada por procesos microbiológicos que utilizan la importante concentración de sulfato llevado a los fondos por las aguas marinas”, prosigue Bo Jørgensen. “La existencia de esta barrera natural antimetano es capital en la regulación del clima a escala de todo el planeta”.

Este proceso empezó a ser dilucidado hace tan sólo seis años, por Antje Boetius, una joven microbióloga alemana. “Ella estableció que se debía a colonias microbianas extraordinarias que asocian a bacterias y arqueobacterias. Se trata en este caso de un fenómeno que encierra numerosos misterios ya que, en el plano de la evolución, el foso que separa a tales microorganismos es comparable con el que existe entre el mundo vegetal y animal”.

Principio de funcionamiento de la barrera antimetano oceánica
Principio de funcionamiento de la barrera antimetano oceánica.
Algunas asociaciones específicas de bacterias y de arqueobacterias “consumen” la mayoría del metano oceánico gracias a los sulfatos aportados por las aguas marinas.
© MPI-Bremen
El caso singular de las “jaulas” de metano
Aunque el mecanismo de esta barrera antimetano de origen microbiológico puede comprenderse como elemento clave del ciclo del carbono oceánico, a falta del cual la desregulación climática de la geosfera planetaria sería absoluta, subsiste aún una importante interrogante sobre el 10% de gases producidos de forma permanente que escapan a este proceso. Ahora bien, se ha descubierto que el metano no degradado quedaba retenido, a alta presión y a baja temperatura, en extraños compuestos denominados “hidratos de metano” presentes de forma muy expandida en los fondos marinos. Dichos hidratos son estructuras en forma de cristales, cuyo aspecto recuerda mucho al del hielo, en las que las moléculas de metano son capturadas en una especie de “jaula” formada por moléculas de agua. Estas estructuras-trampa son comúnmente denominadas “clatratos”.

Así, el océano mundial contendría enormes cantidades de estos hidratos de metano, principalmente en los márgenes continentales, en otras palabras, en los taludes que se sumergen hacia las profundidades desde los continentes. Aunque las cifras suscitan una gran incertidumbre, se trataría de unos 12 billones de toneladas, más o menos mezcladas con sedimentos donde forman filones e inclusiones.

Muestras de hidratos de metano o clatratos
Muestras de hidratos de metano o clatratos.
Esos cristales, parecidos al hielo, son jaulas de detención de metano. Al disociarse, los clatratos “desprenden” el gas, lo que se puede observar quemando el metano que se escapa (fotos del proyecto europeo Anaximander).
© GEOMAR, Kiel (Alemania)
La seguridad en cuestión
Un amplio debate trata de la “seguridad de detención” que se podría conferir a estas jaulas, lo que suscita inquietudes. Primero porque actúan como verdaderas “concentradoras” de metano: un volumen de clatrato libera unos 170 volúmenes de gas natural cuando se disocia. Después, porque la idea de tal disociación es físicamente posible en el momento en que las condiciones de temperatura y de presión necesarias para la existencia estable de estos compuestos ya no se reúnen.

Por lo tanto, se toman en serio dos hipótesis de riesgo, una “climática” (que provoca una subida de la temperatura del fondo oceánico), otra “mecánica” (una brusca perturbación de las condiciones de presión). En ambos casos, el peligro estriba en un desprendimiento masivo del metano liberado por los clatratos.

La hipótesis mecánica se refiere esencialmente a la aparición de inestabilidades en las capas de sedimentos depositadas en taludes submarinos inclinados, que podrían desencadenar amplios flujos de materias. En tales deslizamientos, los clatratos presentes en la masa o en el entorno pueden disociarse, bajo el choque, provocando el desprendimiento del metano que almacenan.

No se excluye que el calentamiento actual del océano pueda provocar tales efectos. Esta posibilidad es objeto de estudio de dos programas de investigación europeos (Costa e Hydratech), que están interesados particularmente en los márgenes continentales septentrionales de Noruega y del Mar de Barents, y en las técnicas que permiten detectar hidratos de metano a distancia. Los datos recogidos en la actualidad parecen mostrar que estas concentraciones de hidratos están situadas a grandes profundidades, lo que las pone relativamente al abrigo de los fenómenos de los taludes.

En una menor medida, este riesgo “mecánico” relacionado con los clatratos puede también estar inducido por las actividades humanas: explotación de los hidrocarburos en offshore, calentando entre otras cosas los fondos marinos, que podría provocar peligrosas desestabilizaciones acompañadas de emisiones de metano. Las compañías petroleras conocen bien este peligro de ahí que se interesen e incluso participen en estos proyectos.

La hipótesis del fusil de clatratos
En cuanto al riesgo de elevación de las temperaturas del fondo oceánico susceptible de provocar la disociación de los clatratos, es de temer en un periodo muy largo. Los océanos reaccionan de manera lenta al calentamiento atmosférico. No obstante, los archivos climáticos indican que hubo, históricamente, paralelos a menudo pronunciados entre los períodos de calentamiento del globo y la cantidad de metano en la atmósfera. Igualmente, hay que tener en cuenta las causas continentales de un aumento de las emisiones de metano, tales como la expansión de las zonas pantanosas y el deshielo del permafrost de las altas latitudes.

Otra teoría ha sido avanzada para explicar este paralelo: se trata de la hipótesis del “fusil de clatratos” (clathrate gun hypothesis), formulada en 2002 por el estadounidense James Kennett, profesor de la Universidad de Santa Bárbara. Según él, los hidratos de metano se acumularían durante los períodos glaciares (cargamento del fusil) y después se disociarían al principio del calentamiento, conllevando una amplia liberación del metano (el fusil dispara) que, en un movimiento de retroacción, aceleraría la subida de las temperaturas. Su propio autor confiesa que esta idea es sólo una pista de trabajo, ya que se ignora aún a qué velocidad los clatratos se acumulan y cuántos existen. No obstante, esta hipótesis subraya que el metano oceánico, a escala geológica, constituye muy probablemente una pieza clave del ciclo del carbono y que a tal efecto es cierta su importancia climática. Por lo tanto urge saber más sobre las condiciones de formación, de disociación y sobre el almacenamiento global de los clatratos.


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  Las incógnitas de los océanos
  ¿Qué ocurre en el Atlántico Norte? 
  Las singulares relaciones del mundo marino y del CO2
  El extraño universo del metano oceánico

  PARA SABER MáS  
  Hermes y los ecosistemas

El importante proyecto Hermes (Hotspot Ecosystem Research on the Margins of the European Seas), lanzado en enero de 2005, reúne a 45 socios (entre ellos 9 pymes), que pertenecen a 15 países. Pretende explorar los ecosistemas marinos presentes en los 15.000 km de margen continental profundo ...
 
  Cifrar y cartografiar los flujos

El proyecto Metrol (Methane Flux Control on Ocean Margin Sediments), coordinado por Christian Borowski del Instituto Max Planck de Bremen (Alemania), se interesa por la cuantificación de los flujos de metano oceánico resultantes de toda la diversidad de los procesos biológicos ...
 

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      Hermes y los ecosistemas

    Hermes utilizará las últimas tecnologías disponibles en la exploración marina profunda.
    Hermes utilizará las últimas tecnologías disponibles en la exploración marina profunda.
    © IFREMER, AWI
    El importante proyecto Hermes (Hotspot Ecosystem Research on the Margins of the European Seas), lanzado en enero de 2005, reúne a 45 socios (entre ellos 9 pymes), que pertenecen a 15 países. Pretende explorar los ecosistemas marinos presentes en los 15.000 km de margen continental profundo de Europa, gran cantidad de ellos relacionados con la cuestión del metano. Analizarán así las amplias extensiones anóxicas del Mar Negro y del Mar Báltico, los volcanes de lodo submarinos, abundantes de Grecia a Noruega, las chimeneas y fallas que emiten gases (a menudo metano) en torno a las cuales se organizan comunidades biológicas extraordinarias, particularmente ricas en gusanos de la familia de los poliquetos. “Esas investigaciones sobre los ecosistemas microbianos anóxicos, a menudo asociados con flujos de fluidos y de hidratos de gas, pretenden a la vez identificar y describir la biodiversidad de los microbios claves responsables de las fuentes y de los pozos de carbono, para después comprender sus capitales energéticos y la estructura de su ecosistema”, escribían en un artículo reciente de la revista Oceanography los principales socios del proyecto. Ellos se beneficiarán de las últimas tecnologías disponibles en el sector de la exploración marina profunda, y de un presupuesto de 15 millones de euros por una duración de cuatro años. Las informaciones pluridisciplinares recopiladas serán el resultado de un número importante de campañas de investigaciones oceanográficas que incluyen las que utilizarán los ROV (Remotely Operated Vehicles) provenientes del Southampton Oceanography Centre (que coordina el proyecto), del Instituto de Investigación Francés Ifremer y del Instituto de Bremen en Alemania.
      Cifrar y cartografiar los flujos

    El proyecto Metrol (Methane Flux Control on Ocean Margin Sediments), coordinado por Christian Borowski del Instituto Max Planck de Bremen (Alemania), se interesa por la cuantificación de los flujos de metano oceánico resultantes de toda la diversidad de los procesos biológicos en marcha. Los investigadores han estudiado tres zonas particulares de los márgenes continentales europeos. Por ejemplo, el Mar Negro, que es la mayor extensión anóxica del mundo, ya que está desprovista de oxígeno más allá de los 200 metros de profundidad (con fondos que llegan a 2.200 m en algunos lugares). Por lo tanto, este sitio es ideal para estudiar el comportamiento del metano, este gas que se escapa por una multitud de fuentes. El Mar Báltico (donde existen también importantes zonas anóxicas) y el Mar del Norte son igualmente zonas de investigación. Este último, muy importante en el plano económico, es bien conocido por Statoil, compañía petrolera noruega que participa en el proyecto.

    En todas estas regiones en las que la producción del metano es muy abundante, a causa de la carga orgánica elevada del sedimento, se han puesto a punto algunas técnicas innovadoras de estimación de los flujos. Los investigadores combinan las medidas sísmicas y acústicas (que dan información sobre la estructura del fondo) con análisis de las burbujas de gas que provienen de las muestras de sedimento extraídas in situ. Así se llega a verdaderas cartografías regionales de la producción de metano, un primer paso hacia la obtención de un balance fiable de las emisiones de metano marino a escala planetaria.

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