Fijación del Carbono por el Fitoplancton

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Fijación del Carbono por el Fitoplancton
Fitoplancton, productor primario
El fitoplancton son aquellos organismos fotosintéticos que se encuentran a la deriva de
las corrientes oceánicas. El fitoplancton lo componen las cianobacterias (algas azulverdosas), diatomeas y dinoflagelados. Son organismos microscópicos y unicelulares con
pigmentos fotosintéticos, capaces de convertir energía solar a energía química,
almacenada en forma de moléculas de comida (glucosa). La reacción de fotosíntesis
convierte moléculas inorgánicas en moléculas orgánicas. La liberación de oxígeno es
solo un derivado de la reacción. Abajo incluimos la reacción en forma general:
La conversión de energía solar en energía química disponible como alimento, convierte al
fitoplancton en productores primarios, capaces de sostener una cadena trófica (Vea
Figura).
Figura 1. Pirámide que muestra una cadena trófica simple en el océano. La base de la pirámide son
los productores primarios, en este caso el fitoplancton (Diatomea).
La fotosíntesis requiere: luz solar, dióxido de carbono, agua y nutrientes. En el océano el
agua y el dióxido de carbono abundan en demasía. El CO2 abunda en el agua de mar y se
transforma en el ion bicarbonato (HCO3-). En adelante, nos referiremos al proceso de
extraer el átomo de carbono de la molécula de CO2 disuelta en agua, para incorporarlo al
tejido del fitoplancton como fijación del carbono. La luz solar y los nutrientes son los
factores limitantes de la fotosíntesis en el océano. Los nutrientes son escasos en vastas
regiones del océano, por ejemplo en el centro de los grandes giros de corrientes
Preparado por el Dr. Edwin Alfonso-Sosa el 24 de diciembre del 2008
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oceánicas. Allí, el hierro es un nutriente limitante. La penetración de la luz, disponible
para fotosíntesis, se limita hasta un máximo de 160 m de profundidad (0.1% del valor en
superficie), a causa de la absorción y dispersión de la luz por el agua y cualquier otro
material suspendido en la columna de agua. Incluso el propio fitoplancton en capas
superiores puede hacerle sombra al de más abajo. El agua absorbe el espectro de luz
visible (400-700 nm) de manera desigual. Los largos de onda correspondiente a colores
como el rojo y naranja, perteneciente a la banda espectral de 600-700 nm, se absorben en
los primeros 15 m del agua clara oceánica. En cambio los largos de onda correspondiente
al azul y violeta, perteneciente a la banda espectral de 412-443 nm, penetran los 100 m
de profundidad. El pigmento fotosintético Clorofila-A (Chl-A) absorbe
preferencialmente cerca de los 443 nm, así permitiéndole maximizar la captura de fotones
azules a mayores profundidades, donde la disponibilidad de nutrientes es mayor. El
fitoplancton se multiplica rápidamente en aquellas profundidades donde hay un balance
adecuado entre la disponibilidad de luz y de nutrientes. La distribución vertical del
fitoplancton no es uniforme. Hay instrumentos capaces de detectar la concentración de
Chl-A en el agua y estimar así un perfil vertical de la distribución de la biomasa de
fitoplancton en la columna de agua (Vea Figura). La distribución horizontal del
fitoplancton a nivel global es igualmente heterogénea.
Figura 2. Distribución del fitoplancton y de la irradianza al mediodía, en la estación CaTS, al sur de
PR. El perfil de biomasa corresponde al 19 de marzo del 1999. El máximo de clorofila-a se
encuentra en 108 m de profundidad. El 10 %, 1% y el 0.1% de la irradianza en superficie ocurre a
los 52 m, 102 m y 154 metros de profundidad, respectivamente. Gráfica substraída de la Figura 18 de
la Disertación Doctoral de Edwin Alfonso-Sosa (2001).
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La producción primaria del fitoplancton se puede cuantificar directamente midiendo la
tasa de fijación de carbono por unidad de área y por unidad de tiempo, por ejemplo:
quinientos miligramos de carbono por metro cuadrado por día, 500 mg C m-2 d-1.
Tradicionalmente éstas medidas se hacen en expediciones oceanográficas donde se toman
muestras de agua y se incuba el fitoplancton, usando el radioisótopo 14C, como rastreador
de la fijación del carbono, durante el proceso de fotosíntesis. Recientemente sensores
remotos instalados en satélites que orbitan la Tierra tales como: SeaWifs y MODIS
pueden mediante teledetección del color del océano estimar la biomasa de fitoplancton y
la producción primaria a nivel global. Esta nueva visión sinóptica (vea Figura) revela una
producción primaria alta en los mares templados y en aquellas áreas mar afuera cercanas
a las desembocaduras de ríos de mucho caudal, tales como el Rio Amazonas, también en
zonas donde surge agua profunda cargada con nutrientes, tales como las aguas oceánicas
afuera de Perú y Ecuador. En cambio en el centro de los giros oceánicos la producción es
muy baja. Podemos hacer la siguiente analogía con los ecosistemas terrestres: la zona de
surgencia equivale a una selva tropical y el centro de un giro oceánico equivale a un
desierto.
Figura 3. Producción Primaria en el Océano Global estimada mediante teledetección del color del
océano. Muestra valores altos en el Norte del Atlántico y del Pacifico, en el Atlántico oriental, en las
aguas oceánicas de Perú-Ecuador y en la desembocadura del Rio Amazonas y Orinoco. Cortesía de
NASA/SeaWiFs/MODIS.
La producción primaria en las aguas oceánicas cercanas a Puerto Rico oscila durante el
año entre 132 y 750 mg C m-2 d-1 (Vea Figura). Valores altos de producción primaria en
abril y en octubre-noviembre se debe a la modificación de las propiedades de las aguas al
sur de Puerto Rico por la influencia del Rio Amazonas y el Rio Orinoco, respectivamente.
Vórtices y corrientes marinas arrastran estas aguas desde las costas de Suramérica.
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Figura 4. Climatología anual de la productividad primaria en la estación serial del programa CaTS,
localizado al Sur de PR. Se observan valores mayores en abril, julio y en octubre-noviembre, menores
en enero y agosto. No tenemos medidas durante el mes de septiembre. En abril tenemos una sola
medida. Octubre es el mes de mayor variabilidad interanual. Gráfica substraída de la Figura 41 de la
Disertación Doctoral de Edwin Alfonso-Sosa (2001).
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