A Antártica e a Correia Transportadora Oceânica

Setenta por cento da superfície do nosso belo planeta azul é coberta por oceanos. Portanto, não é surpreendente que os oceanos desempenhem um papel fundamental no frágil equilíbrio climático da Terra. Por exemplo, a água na superfície do oceano absorve o calor do sol e transporta esse calor pelo planeta usando as correntes oceânicas. Essas correntes também transportam nutrientes importantes para a vida.

A corrente mais forte do planeta é chamada de Corrente Circumpolar Antártica (CCA). A Corrente Circumpolar Antártica é uma das correntes mais fortes do mundo e circunda a Antártida. É tão ampla que, por si só, forma um oceano inteiro chamado Oceano Antártico. A CCA flui para o leste no hemisfério sul, circundando a Antártida, e conecta os oceanos Atlântico, Pacífico e Índico (Figura 1A). O Oceano Antártico desempenha um papel fundamental no clima da Terra, absorvendo uma fração do dióxido de carbono (CO2) produzido pelas atividades humanas e, portanto, ajuda a equilibrar o acúmulo desse gás na atmosfera [1].

A CCA é considerada o núcleo de um sistema muito maior de correntes que fluem por todo o planeta; a corrente oceânica global que viaja por todos os continentes, também conhecida como Correia Transportadora Oceânica.

Assim como um coração pulsante, o Oceano Antártico coleta água das camadas profundas dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico e a traz para a superfície. Essa água do mar interage com a atmosfera e com o gelo marinho e alimenta muitos organismos vivos. Então, a água circula de duas maneiras, formando dois circuitos diferentes (Figura 1B).

No circuito inferior, a água do mar se move para o sul em direção à Antártica. Ela esfria ao encontrar o gelo marinho e afunda até o fundo de cada oceano. No circuito superior, a água do mar se move para o norte e eventualmente mergulha para profundidades intermediárias (cerca de 1.000 m). Essas águas intermediárias são então transportadas muito para o norte. Elas até cruzam o Equador e eventualmente alcançam a superfície em regiões mais quentes do oceano [2].

A correia transportadora oceânica é muito importante porque conecta as águas da superfície às camadas intermediárias e do fundo do oceano, e troca calor e nutrientes entre o Oceano Antártico e o resto do globo.

Como você aprenderá, uma pequena mudança no ambiente único do Oceano Antártico pode ter fortes consequências na capacidade do oceano de distribuir nutrientes pelos oceanos e regular o clima.

Por que a Antártica é um paraíso para as diatomáceas?

Pequenas algas vivem nas águas superficiais do oceano. Lá, elas absorvem nutrientes e os combinam com a luz solar para produzir energia e crescer. Esse processo é chamado de fotossíntese e é muito importante para nós, pois a fotossíntese consome CO2 e libera oxigênio, tornando a vida possível na Terra. Embora existam muitas algas diferentes nas águas do mundo, um grupo específico, chamado diatomáceas, prospera nas águas frias do Oceano Antártico (Figura 2). Lá, as diatomáceas podem representar mais de 90% da quantidade total de algas na superfície do oceano [3].

As diatomáceas medem menos de 1 mm de tamanho e são envoltas em uma casca dura, chamada frústula – uma estrutura esquelética das diatomáceas feita de sílica (a palavra científica para vidro), que é um mineral que existe em várias formas, incluindo areia, vidro e opala. As frústulas são como pequenas caixas de vidro lindamente decoradas e tornam as diatomáceas únicas entre todas as algas. Bilhões de diatomáceas crescem durante a primavera e o verão na superfície do oceano e, ao fazê-lo, absorvem CO2.

Graças à sua frústula, elas são bastante pesadas (em comparação com outras algas) e afundam no oceano, carregando consigo todo o carbono que absorveram nas águas superficiais. Esse processo é chamado de bomba biológica de carbono – um conjunto de processos, incluindo a fotossíntese realizada por algas, que capturam CO2 da atmosfera para o oceano, porque o carbono é “bombeado” da atmosfera e armazenado no fundo do oceano por um longo período [3].

Como precisam de silício (um elemento químico encontrado na sílica, rochas, areia, vidro e opala) para formar sua frústula vítrea, as diatomáceas dependem fortemente da disponibilidade desse elemento no ambiente no qual vivem. As diatomáceas são tão vorazes que podem usar todo o silício das águas superficiais, deixando muito pouco para trás. Quando esgotam todo o silício ao seu redor, as diatomáceas morrem e afundam no fundo do oceano, carregando todo o silício e carbono com elas. Sem silício na água do mar, as diatomáceas não podem crescer. Felizmente para as diatomáceas, o Oceano Antártico é um paraíso, pois é a região oceânica onde o silício é mais abundante. Mas por quê?

Como o Oceano Antártico captura o silício?

As frústulas das diatomáceas são pesadas, o que faz com que elas afundem mais rápido do que outras algas minúsculas, embora possam levar de vários dias a vários meses para chegar ao fundo do oceano. Enquanto afundam no oceano, suas frústulas se decompõem e se dissolvem progressivamente, o que libera o silício de volta ao oceano em uma forma que pode ser usada como nutriente por outros organismos. Esse processo é lento e ocorre principalmente nas partes intermediária e profunda do oceano. Os cientistas acreditam que pelo menos metade das diatomáceas se dissolve entre a superfície do oceano e 2.000 m de profundidade [4].

Curiosamente, devido a essa lenta decomposição das diatomáceas, a maior parte do silício é reciclada nas camadas oceânicas onde a água flui em direção à Antártida. O silício então retorna às águas superficiais, onde será consumido por novas diatomáceas, fechando o ciclo. As diatomáceas no Oceano Antártico, portanto, sempre têm silício suficiente para crescer. A combinação desses dois processos: (i) transforma o silício (dissolvido na água do mar) em sílica (dentro da frústula) na superfície e (ii) o leva para o oceano profundo, onde é reciclado, é a chamada bomba de silício. Essa é a transferência de sílica da superfície do oceano para a camada profunda devido às diatomáceas. (Figura 3).

Atualmente, a bomba de silício é muito eficiente e retém a maior parte do silício no Oceano Antártico. À medida que a corrente de superfície no Oceano Antártico flui para o norte, as diatomáceas consomem progressivamente todo o silício da água do mar. Portanto, quando essa água mergulha na alça superior da correia transportadora e escapa da Antártida, ela não contém quase nenhum silício. Essa água com baixo teor de silício é transportada para os outros oceanos pela correia transportadora e, portanto, reduzirá ou impedirá o crescimento de diatomáceas nesses locais.

O Cinturão de Opalas: os sedimentos únicos da Antártica

Somente as diatomáceas que não se dissolvem durante sua jornada pelas profundezas do oceano chegam ao fundo do oceano e aos sedimentos. Lá, elas se acumulam e permanecem enterradas por um longo período (até vários milhões de anos). No Oceano Antártico, como as diatomáceas são tão numerosas e ativas na água da superfície, elas constituem a maioria das partículas que afundam em direção ao fundo do oceano. Como resultado, algumas regiões do fundo do oceano podem ser compostas por mais de 80% de fósseis de diatomáceas [5] e formam um círculo extremamente singular de sedimentos ricos em sílica ao redor da Antártida, chamado de Cinturão de Opala.

Conclusão: A Armadilha de Silício da Antártica está Vazando?

A gigantesca armadilha de silício ao redor da Antártida contém mais da metade da quantidade total de silício existente em todos os oceanos. Cientistas estimam que, atualmente, muito pouco do silício que entra no Oceano Antártico (<5%) consegue escapar dessa armadilha oceânica, enquanto outros nutrientes, como nitrato e fosfato, escapam mais facilmente e são transportados para outras regiões do oceano [4].

Evidências de diatomáceas enterradas na Antártida mostraram que, em alguns períodos no passado, a armadilha de silício foi mais fraca do que observamos hoje. A menor eficiência da armadilha permitiu que o silício “vazasse” do Oceano Antártico e fosse transportado para os outros oceanos, através da alça superior da correia transportadora. Quando mais silício escapa do Oceano Antártico e é redistribuído para as águas superficiais de outros oceanos, isso permite que mais diatomáceas cresçam e, portanto, mais CO2 seja removido da atmosfera através da bomba biológica de carbono.

Se isso for verdade, poderia explicar em parte as transições entre eras glaciais, quando a Terra era muito mais fria do que hoje, e períodos mais quentes como os que temos agora. Por exemplo, a última era glacial, que terminou há cerca de 15.000 anos, teria sido caracterizada por uma armadilha de silício com vazamento na Antártida, permitindo que mais diatomáceas bombeassem CO2 para os oceanos Atlântico, Pacífico e Índico. A redução de CO2 na atmosfera devido ao bombeamento de diatomáceas torna a atmosfera mais fria porque há menos CO2 capturando e armazenando calor; em vez disso, o calor é liberado no espaço.

É claro que ainda há muito que os cientistas desconhecem sobre a armadilha de silício e seu papel na regulação do clima da Terra. Estudar este tópico envolve trabalhar no ambiente extremamente frio e selvagem da Antártida, o que, como você pode imaginar, é bastante desafiador. No entanto, os cientistas continuam a realizar esta importante pesquisa, pois, apesar da estreita ligação entre o ciclo do carbono e da sílica, os modelos que preveem o clima futuro carecem do componente de sílica, visto que se trata de um ciclo complexo.     

Glossário

Corrente Circumpolar Antártica (CCA): A Corrente Circumpolar Antártica (CCA) é uma das correntes mais fortes do mundo e circunda a Antártica.

Correia Transportadora Oceânica: É a corrente oceânica global que percorre todos os continentes.

Diatomáceas: Um grupo de pequenas algas unicelulares que podem capturar silício da água e luz solar para construir uma concha transparente chamada frústula.

Frústula: Estrutura esquelética das diatomáceas feita de sílica.

Sílica: Um mineral que existe em várias formas, incluindo areia, vidro e opala.

Bomba Biológica de Carbono: Um conjunto de processos, incluindo a fotossíntese realizada por algas, que capturam ou “bombeiam” CO2 da atmosfera para o oceano, onde é armazenado por um longo período.

Silício: Elemento químico encontrado na sílica, rochas, areia, vidro e opala.

Bomba de silício: É a transferência de sílica da superfície do oceano para a camada profunda devido às diatomáceas.

Referências

[1] Lenton, A., Tilbrook, B., Law, R. M., Bakker, D., Doney, S. C., Gruber, N., et al., 2013. Sea-air CO2 fluxes in the Southern Ocean for the period 1990-2009. Biogeosciences 10:4037–4054. doi: 10.5194/bg-10-4037-2013

[2] Sarmiento, J. L., Gruber, N., Brzezinski, M. A., Dunne, J. P. 2004. High-latitude controls of the thermocline nutrients and low latitude biological productivity. Nature 427:56–06. doi: 10.1038/nature02127

[3] Tréguer, P., Bowler, C., Moriceau, B., Dutkiewicz, S., Gehlen, M., Aumont, O., et al. 2018. Influence of diatom diversity on the ocean biological carbon pump. Nat. Geosci. 11:27–37. doi: 10.1038/s41561-017-0028-x

[4] Holzer, M., Primeau, F. W., DeVries, T., Matear, R. 2014. The Southern Ocean silicon trap: data-constrained estimates of regenerated silicic acid, trapping efficiencies, and global transport paths. J. Geophys. Res. 119:313–331. doi: 10.1002/2013JC009356

[5] Chase, Z., Anderson, R. F., Fleisher, M. Q., Kubik, P. W. 2003. Accumulation of biogenic and lithogenic material in the Pacific sector of the Southern Ocean during the past 40,000 years. Deep-Sea Res. 50:799–832. doi: 10.1016/S0967-0645(02)00595-7

 

Citação

Closset I e Cassarino L (2023) The Antarctic Silicon Trap. Front. Young Minds. 11:1180915. doi: 10.3389/frym.2023.1180915

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