A Terra e seus Recursos 1 de junho de 2022, 13:39 01/06/2022

Como a vida marinha no Ártico está sendo afetada pelas mudanças climáticas ?

Autores

Jovens revisores

Resumo

Temperaturas mais elevadas estão derretendo o gelo que recobre o oceano Ártico, permitindo que a luz solar penetre em águas que permaneceram no escuro por milhares de anos. Regiões antes improdutivas, cobertas de gelo, vão sendo transformadas em mares produtivos. Neste artigo, explicaremos como a modelagem computacional pode ser usada para prever até que ponto essa transformação afetará a cadeia alimentar que liga o plâncton aos peixes e aos grandes predadores como baleias e ursos polares. As imagens de ursos polares famintos se tornaram o símbolo dos efeitos do aquecimento climático. Prevê-se que o derretimento do gelo marítimo reduza a capacidade de caçar focas dos ursos. Mas, ao mesmo tempo, a cadeia alimentar à qual os ursos estão ligados está se tornando mais produtiva, de modo que não se sabe muito bem qual será o desfecho dessas mudanças. Modelos computadorizados nos ajudam a entender esses sistemas e a tomar decisões políticas quanto à administração dos recursos no Ártico a que passamos a ter acesso.

Introdução

Os polos estão entre os ambientes mais inóspitos de nosso planeta. No inverno, o Sol nunca nasce, as temperaturas do ar são extremamente frias, e a neve e o gelo se acumulam. No verão, o Sol nunca se põe, faz calor e o gelo derretido volta para os polos. Contudo, não há dúvida de que a quantidade de gelo está diminuindo enquanto nosso planeta está aquecendo. Esse processo está ocorrendo em terra e no mar. Em terra, geleiras estão derretendo e recuando em lugares como Antártica, Groenlândia e Alasca. No mar, a área de gelo flutuante, que chamamos de gelo marinho, está encolhendo a cada ano [1] (Figura 1).

Mudanças na extensão da área de gelo marinho (áreas brancas) no Ártico, entre 1979 e 2018.

À esquerda, pode-se ver a área de gelo em abril, quando faz frio e o gelo está na quantidade máxima. À direita, pode-se ver a área de gelo em setembro, quando a temperatura está mais alta e o gelo está na quantidade mínima. Cada mapa tem seu centro no polo norte; a terra é mostrada em preto, com a América do Norte no canto inferior esquerdo, a Rússia no alto, à direita, e a Europa no canto inferior direito. O círculo vermelho mostra o mar Barents, a área que sofreu a maior mudança em sua camada de gelo (fonte: https://www.ncdc.noaa.gov/snow-and-ice/extent/).

Um vídeo da National Geographic mostrando um urso polar faminto e com a legenda “Isso é a mudança climática” se tornou um símbolo internacionalmente conhecido dos efeitos do derretimento do gelo marinho no ecossistema ártico [2, 3]. A história contada no vídeo é que os ursos polares precisam vagar pelo gelo em busca de focas para comer. Uma vez que o gelo está diminuindo, eles enfrentam grande dificuldade para encontrar alimento em quantidade suficiente. Neste artigo, explicamos por que a história talvez seja mais complicada do que parece à primeira vista, e como a modelagem de ecossistemas em computador pode ser usada para nos ajudar a entender essa complicação.

Cadeias alimentares e ecossistemas

Um ecossistema é uma comunidade de bactérias, plantas e animais que ocupam o mesmo habitat. Todos os organismos de um ecossistema são conectados por uma rede de relações do tipo “quem devora quem”. Isso é chamado de cadeia alimentar (Figura 2). Onde quer que haja luz solar e nutrientes em quantidade suficiente, as plantas fabricam os materiais necessários para a vida, num processo chamado fotossíntese. A fotossíntese fornece a energia que sustenta todos os animais no resto da cadeia alimentar.

Figura 2. Cadeia alimentar do tipo “quem devora quem” no Ártico. As setas conectam cada grupo de presas a seu grupo de predadores (Arte: Douglas Speirs).

No mar, a maioria das plantas são microscópicas e recebem o nome de fitoplânctons. Os fitoplânctons são comidos por toda uma variedade de pequenos animais com tamanho de até um grão de arroz, os zooplânctons. Estes são então comidos por outros maiores, como as águas-vivas e os peixes comedores de plâncton, como os capelins. Os resíduos que produzem têm o nome de detritos e são fragmentados por bactérias quando descem ao fundo, onde proporcionam alimento para os animais que ali vivem (chamados benthos). Os peixes que comem plâncton e os benthos são alimento para peixes predadores como o bacalhau e a pescada, as aves marinhas e mamíferos como as focas e as baleias. No Ártico, todos esses animais são caçados pelos grandes predadores – os ursos polares, por exemplo. Os humanos também são grandes predadores na cadeia alimentar, pois pegam pescam peixes e caçam focas e baleias.

Como o aquecimento do planeta está afetando as cadeias alimentares do Ártico?

O aquecimento afeta diretamente todos os organismos vivos. O metabolismo depende da temperatura [4]. Ele inclui os processos que permitem aos organismos produzir energia a partir do alimento que ingerem. Todos os organismos têm uma gama de temperatura dentro da qual seu metabolismo pode mantê-los vivos sem problemas. As espécies tropicais são menos tolerantes ao frio do que as espécies polares. Isso significa que, à medida que os oceanos se aquecem, as espécies encontradas em regiões quentes ampliam seu leque de distribuição, enquanto as espécies que preferem águas mais frias recuam para os polos. Nos últimos cinquenta anos, os cientistas notaram que algumas espécies de zooplâncton e peixes se dirigiam para os polos devido ao aquecimento dos oceanos [5].

Os efeitos do aquecimento no gelo marinho são também muito importantes para as cadeias alimentares do Ártico. A presença de gelo marinho reduz bastante a quantidade de luz solar que penetra no oceano. A área de gelo marinho que está diminuindo (Figura 1) mostra que algumas partes do oceano começam a ser expostas à luz solar no verão pela primeira vez em milhares de anos. A luz permite que o fitoplâncton cresça e opere a fotossíntese em áreas que antes eram inóspitas, aumentando assim a produtividade do Ártico. 

O aumento na quantidade de fitoplâncton poderia ser considerado uma mudança positiva, fomentando mais vida no mar e mais alimento para os zooplânctons, os benthos e, eventualmente, peixes, aves, focas, baleias e ursos polares [6]. Acontece que algumas espécies do Ártico evoluíram de modo a depender da presença do gelo. O gelo marinho fornece um meio para as focas e morsas saírem da água. Elas precisam fazer isso para descansar, comer e fugir de outros predadores do mar, como as baleias assassinas. Outros mamíferos, como os ursos polares, dependem de sua habilidade para percorrer o mar gelado a fim de caçar focas. O gelo derretido torna esse percurso mais difícil, pois uma camada de gelo fino não suporta o peso dos ursos. Por outro lado, o gelo é uma barreira para as baleias porque elas precisam subir à superfície para respirar. De um modo geral, não se sabe muito bem quais predadores da cadeia alimentar serão beneficiados pelo derretimento do gelo, e quais serão prejudicados por ele.

Como fazer predições sobre o futuro do Ártico

Usamos modelos computadorizados para fazer predições sobre os efeitos que as mudanças no gelo marinho exercerão sobre as cadeias alimentares. Para elaborar esses modelos, primeiro anotamos os processos principais e os componentes da cadeia alimentar na forma de equações matemáticas. Isso inclui alimentação, metabolismo, fotossíntese e “quem devora quem”. Em seguida, convertemos as equações em código de computador, o que nos oferece um mundo virtual onde podemos fazer experimentos sobre o ecossistema simulado. Esses experimentos são feitos para nos ajudar a entender como o ecossistema poderá mudar no futuro.

Construímos um modelo simples do ecossistema do mar de Barents no Ártico norueguês e russo (Figura 1). Esse modelo contém dados sobre condições de gelo e temperatura, além de equações para representar parte do que sabemos a respeito das plantas e animais desse ecossistema. A principal simplificação é que algumas espécies foram agrupadas com base em características similares, como tamanho, estrutura ou dieta. Por exemplo, reunimos todas as aves e mamíferos em um único grupo porque têm sangue quente, ou seja, podem retirar energia do alimento para manter o corpo aquecido em qualquer ambiente, ao contrário do plâncton e da maioria dos peixes. Essa simplificação quer dizer que, em nosso modelo, não podemos distinguir entre ursos polares e baleias, por exemplo. Embora ele não seja perfeito, consegue reproduzir as respostas gerais do ecossistema natural do mar de Barents.

As equações no modelo incluem parâmetros que determinam os resultados. Em nosso modelo, temos, por exemplo, taxas máximas de alimentação ou taxas de afundamento de detritos. Selecionar valores para os parâmetros é um passo importante para a construção de um modelo. Tentamos selecionar valores que permitam ao modelo refletir com a máxima fidelidade os dados reais do ecossistema. Isso garante que o modelo seja o mais realista possível. Depois que o modelo está pronto, podemos alterar as condições de gelo e temperatura para torná-las tais quais devem ser no futuro e usar o modelo para predizer o que provavelmente acontecerá na vida real. Na Figura 3, damos um exemplo de comparação entre os resultados do modelo obtidos para hoje e para o futuro. No modelo futuro não existe gelo, pois as temperaturas estão 0,5º mais quentes durante o ano todo. Como seria de se esperar, a fotossíntese é maior; os animais que se beneficiam são organismos bentônicos, peixes predadores e o grupo de pássaros e mamíferos; e o zooplâncton e os peixes comedores de plâncton existem em abundância menor do que hoje. Isso ocorre porque, quando não existe gelo, o fitoplâncton e os detritos, de que se alimentam os bentônicos e o zooplâncton, vão para o fundo do mar mais depressa. Como, nesse modelo, não conseguimos distinguir entre diferentes aves e mamíferos predadores, não podemos usá-lo para afirmar com certeza quais espécies serão mais ou menos abundantes no futuro. Porém, o modelo prediz que o grupo de aves e mamíferos, como um todo, terá uma dieta diferente da de hoje, composta mais de peixes predadores do que de peixes comedores de plâncton.

Figura 3. Resultados obtidos de um modelo de computador que compara a massa de diferentes componentes do ecossistema (média de um ano) no mar de Barents, supondo-se que ele será mais quente e livre de gelo no futuro do que hoje. Os componentes entre parênteses são nutrientes inorgânicos ou material morto. As barras verdes, à direita, mostram que a quantidade de um componente da cadeia alimentar é maior no modelo futuro do que no modelo presente. Ao contrário, as barras vermelhas, à esquerda, indicam menor massa desses componentes no modelo futuro.

Por que isso é importante?

O Ártico está esquentando mais depressa que o resto do planeta. Anualmente, as temperaturas médias do ar nessa região aumentaram cerca de 2ºC entre 1970 e 2010, em comparação com 0,6ºC do planeta como um todo [7]. As temperaturas do verão no Ártico canadense estão hoje mais elevadas do que já estiveram em qualquer momento nos últimos 44 mil anos [8]. Durante o período que abrange uma vida humana, o oceano Ártico emergiu parcialmente de debaixo de uma cobertura de gelo marinho que existia há milhares de anos.

Há uma disputa entre nações para se apossar do leito marinho e dos recursos do Ártico que estão emergindo do gelo. Novas rotas serão viáveis para os navios que transitam entre a Europa, a Ásia e a América do Norte. A 30 de novembro de 2017, a União Europeia e nove países com grandes empreendimentos pesqueiros concordaram em não pescar mais no oceano Ártico até pelo menos 2033. Supõe-se que, com essa decisão, os cientistas tenham tempo de desenvolver os modelos necessários para controlar os estoques de peixes de um modo sustentável [9]. Mas ainda serão necessárias muitas pesquisas para termos uma plena compreensão dos efeitos do aquecimento no Ártico.

Glossário

Gelo marinho: Gelo flutuante formado pelo congelamento da superfície do mar.

Fotossíntese: Reação química em plantas e algumas bactérias. Ela retira energia da luz a fim de converter o dióxido de carbono e a água em compostos orgânicos.

Fitoplâncton: Células vegetais microscópicas que se movimentam na água. Suas espécies são muitas.

Zooplâncton: Termo geral para uma enorme variedade de animais minúsculos que se movimentam na água.

Detritos: Remanescentes de organismos mortos ou resíduos produzidos por organismos vivos.

Benônico: Termo geral para uma enorme variedade de animais que vivem no fundo do mar.

Metabolismo: Combinação de reações químicas exigidas para a manutenção da vida.

Referências

[1] Comiso, J. C. 2012. “Large decadal decline of the arctic multiyear ice cover.” J. Clim. 25:1176–93. DOI: 10.1175/JCLI-D-11-00113.1.

[2] Gibbens, S. 2017. Heart-Wrenching Video Shows Starving Polar Bear on Iceless Land. Disponível em: https://www.nationalgeographic.com/news/2017/12/polar-bear-starving-arctic-sea-ice-melt-climate-change-spd/

[3] Mittermeier, C. G. 2018. Starving-Polar-Bear Photographer Recalls What Went Wrong. Disponível em: www.nationalgeographic.com/magazine/2018/08/explore-through-the-lens-starving-polar-bear-photo/

[4] Gillooly, J. F., Brown, J. H., West, G. B., Savage, V. M. e Charnov, E. L. 2001. “Effects of size and temperature on metabolic rate.” Science 293:2248–51. DOI: 10.1126/science.1061967.

[5] Kortsch, S., Primicerio, R., Fossheim, M., Dolgov, A. V. e Aschan, M. 2015. “Climate change alters the structure of arctic marine food webs due to poleward shifts of boreal generalists.” Proc. R. Soc. B. Biol. Sci. 282:20151546. DOI: 10.1098/rspb.2015.1546.

[6] Darnis, G., Robert, D., Pomerleau, C., Link, H., Archambault, P., Nelson, R. J. et al. 2013. “Current state and trends in Canadian Arctic marine ecosystems.” Heterotrophic food web, pelagic-benthic coupling, and biodiversity. Clim Change 115:179–205. DOI: 10.1007/s10584-012-0483-8.

[7] IPCC. 2013. “Climate change 2013: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fifth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change.” Cambridge; New York, NY: Cambridge University Press.

[8] Miller, G. H., Lehman, J. J., Refsnider, K. A., Southon, J. R. e Zhong, Y. 2013. “Unprecedented recent summer warmth in Arctic Canada.” Geophys. Res. Lett. 40:5745–51. DOI: 10.1002/2013GL057188.

[9] Hoag, H. 2017. Nations agree to ban fishing in Arctic Ocean for at least 16 years. Science. DOI: 10.1126/science.aar6437.

Citação

Heath, M., Benkort, D., Brierley, A., Daewel, U. Hofmeister, R., Laverick, J., Proud R. e Speirs, D. 2020. “How Is Climate Change Affecting Marine Life in the Arctic?” Front. Young Minds. 8:103. DOI: 10.3389/frym.2020.00103.

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