Los depósitos de esqueletos de arrecifes contienen una gran cantidad de datos ambientales durante varios miles de años, incluidos registros anuales de la temperatura del océano, la contaminación del agua y la actividad de las tormentas.
Estos corales pétalos masivos [corales lobulares] de la especie Porites lobata crecen en la laguna de la isla de Hua hin, en la Polinesia francesa. Las muestras del núcleo tomadas de los arrecifes con muestras de corales de varios lugares revelaron información sobre el estado del océano hace miles de años.Cuando anochece sobre la superficie brillante del
Mar de Salomón en el Pacífico,
Guillaume Iwankow se pone su equipo de buceo y desciende de la goleta de investigación Tara a un bote a motor. Su objetivo es recuperar el núcleo, una muestra del tamaño de una mano tomada de una colonia de
corales , liderando los anales de décadas de su vida.
Después de 10 minutos, el bote sale de Tara, el motor disminuye la velocidad. Es tan pequeño que los peces que viven en el arrecife parpadean a pocos centímetros de la superficie. Ivankov, un especialista en buceo científico de la
Fundación Tara Expeditions , está buscando un lugar en el coral donde pueda tomar el ejemplo más grande y antiguo de Porites lobata: corales redondos de color amarillo verdoso que a menudo crecen tanto que se parecen más al contenido de un cráneo de Godzilla. Las colonias de coral están compuestas de animales de cuerpo blando,
pólipos de coral , que (usando algas simbióticas) secretan el mineral carbonato de calcio en capas delgadas. Con el tiempo, las capas anuales se acumulan una encima de la otra y se convierten en una masa sólida que forma el esqueleto de coral.
Guillaume IvankovDespués de haber descubierto los Porites ideales, Ivankov presiona su taladro central de siete centímetros de diámetro en la superficie del coral. El taladro tamborilea con un zumbido silencioso en el esqueleto, y las nubes de polvo de coral son arrojadas al agua circundante. Penetrando a través de todas las capas de coral, Ivankov inclina el taladro aquí y allá, arrancando la base de la muestra cortada, que tiene unos 40 cm de longitud. Repite este proceso en el mismo hoyo dos veces más, luego flota hacia atrás y coloca las muestras obtenidas en el bote, un total de aproximadamente 120 cm de largo. Solo se encuentran pólipos en la superficie de la formación de Porites, por lo tanto, después de la perforación, el coral debe continuar creciendo en las aguas poco profundas, sin ningún daño o perturbación particular.
Tales expediciones científicas marinas recolectan todo tipo de muestras biológicas, desde agua oceánica y peces que viven en arrecifes hasta microbios de corales. Pero los núcleos de coral son diferentes del resto. Estas son cápsulas de tiempo orgánicas que contienen registros de contaminación local, geología, temperatura y salud de los arrecifes, que se remontan a cientos de miles de años. Los investigadores continúan mejorando los métodos inesperados mediante los cuales se puede extraer dicha información de los esqueletos de coral. Cada vez más se aconseja a los climatólogos, geoquímicos y paleontólogos que quieran sumergirse en la historia del océano: estudiar muestras de núcleos. "Los llamo libros de historia de arrecifes naturales", dijo
Janice Lowe , climatóloga y experta en núcleos coralinos del Instituto Australiano del Mar. "Pueden contar muchas historias".
Inmersión en la historia del océano.
La extracción de núcleos de coral, como investigación de detectives, se ha convertido en una forma confiable de enriquecer la teoría de eventos pasados con detalles y evidencia, o incluso simplemente probar que estos eventos ocurrieron. Es fácil olvidar que antes de la década de 1970, nadie estaba seguro de que los corales generalmente tienen anillos anuales. Fue entonces cuando un equipo de geofísicos de la Universidad de Hawai visitó el
atolón Eniwetok en el Pacífico Sur.
Enivetok era una isla sin pretensiones con una historia inusual: Estados Unidos probó sus armas nucleares allí en las décadas de 1940 y 1950. Los investigadores de Hawai se han preguntado si los esqueletos de los corales cercanos muestran evidencia de esta radiactividad. Si las capas de coral contuvieran elementos radiactivos con una vida media conocida, sería posible calcular con casi precisión en qué punto apareció el anillo. "Tomaron una capa de una colonia masiva, la colocaron en papel sensible a la luz en una habitación oscura durante un mes y vieron conjuntos de tiras radiactivas", dijo Lowe. Las distancias entre las tiras en el papel indicaban que se podían encontrar muchos otros datos en la estructura de coral oculta, por lo que se requerían pruebas adicionales. "Se pusieron en contacto con un médico cercano y le preguntaron: ¿Es posible iluminar nuestra capa de coral con rayos X?"
Diver trae a la superficie una muestra de coralDespués de colocar la capa de coral en el aparato de rayos X, se hicieron visibles anillos anuales fácilmente distinguibles que alternaban entre la luz y la oscuridad; esto era un reflejo de la densidad del carbonato de calcio, que formaba el esqueleto de coral. La datación de los elementos radiactivos del esqueleto reveló que cada año aparecía un doble juego de anillos en el coral: más grande y más poroso, y más estrecho y más denso. En un
artículo de 1972 publicado en la revista Science, los investigadores llamaron a los núcleos "cronómetros de coral", aludiendo a su utilidad como reloj natural. Desde entonces, otros científicos han informado que los corales depositan
anillos anuales más gruesos durante las estaciones húmedas con temperaturas moderadas, y los menos gruesos durante las estaciones secas y las condiciones climáticas más extremas.
Los corales crecen 0.3-10 cm por año, pero en promedio se puede considerar que un núcleo de 100 cm de largo contiene un registro de 100 años de historia de los corales. A menudo, estos son los últimos 100 años, pero no siempre. Los corales endurecidos pueden contener secuencias de anillos anuales que datan incluso del último
período interglacial , hace más de 100.000 años. Para evaluar la densidad relativa de los anillos anuales, reflejando las condiciones climáticas en el momento de su aparición, todavía se usan rayos X. Pero los oceanógrafos descubren constantemente nuevas propiedades útiles de los núcleos de coral en el proceso de trabajo.
Una de las historias más ricas contenidas en los datos básicos son los registros anuales de rastros de elementos químicos contenidos en el agua del océano. Los pólipos de coral filtran el agua del océano para extraer materiales para construir esqueletos, por lo que cada capa contiene una pequeña cantidad de lo que había en el agua en el momento en que se creó esta capa. Y aunque los anillos anuales de coral "debido a la compleja forma interna del esqueleto no son tan claros y ordenados como los anillos anuales de los árboles", dice
Gregory Webb , un paleontólogo de la Universidad de Queensland, "realmente registran la química del agua en la que crecen".
Estudiar la composición de los núcleos de coral permite a los científicos construir parcelas de varias sustancias contenidas en el océano en diferentes años. Esto puede proporcionar información sobre procesos planetarios que parecen no tener nada que ver con el crecimiento de los corales. Los oceanógrafos de un laboratorio chino han
calculado la fuerza de los monzones de invierno
del este asiático en los últimos 150 años midiendo los niveles de elementos de tierras raras como el lantano y el cerio en cada capa de núcleo de coral Porites. Estos elementos de tierras raras se toman de remolinos polvorientos que ocurren durante las tormentas de invierno, por lo que el porcentaje de elementos es un indicador confiable de la intensidad de la tormenta.
Una foto de primer plano de Porites lobata muestra pequeños grupos de tentáculos sobresalientes de pólipos de coral.Del mismo modo, las pruebas del núcleo de coral revelan evidencia histórica de la contaminación humana del océano, mucho más detallada que ninguna otra. Lowe y sus colegas toman muestras de la Gran Barrera de Coral y analizan las capas en busca de metales tóxicos como el plomo y el cadmio, que a menudo emiten las plantas industriales. Los constructores podrían construir un puerto, arrojar rocas sedimentarias en un arrecife de coral y afirmar que su intervención no afectó al océano, pero, como señaló Lowe, "los núcleos de coral son observadores imparciales que monitorean el cambio ambiental".
Los núcleos de coral también proporcionan uno de los pocos registros confiables de la temperatura del océano en los años anteriores al inicio de los registros humanos. Cuando el agua es más fría, los corales usan más estroncio y lo agregan al carbonato de calcio que se usa para hacer los esqueletos. Al calcular el porcentaje de la proporción de calcio a estroncio en cada nivel central, puede determinar cuál era la temperatura del océano cuando apareció esta capa.
Utilizando esta tecnología en núcleos de coral de las aguas tropicales del Océano Pacífico cerca de las Islas Galápagos, la geóloga Gloria Jiménez de la Universidad de Arizona y sus colegas crearon recientemente una descripción detallada de los cambios en la temperatura del agua desde 1940 hasta 2010. Antes de esto, los registros de temperatura del agua no diferían en regularidad, y se decía que el calentamiento del agua del océano era limitado debido a las corrientes frías y profundas. Pero los datos de los núcleos de coral de Jiménez hablan de manera diferente: el agua se ha estado calentando en esta región desde la década de 1970, y en la década de los 80 hubo un aumento repentino cuando las corrientes cálidas de El Niño pasaron. Esta tendencia hacia el calentamiento gradual significa que los arrecifes cerca de Galápagos pueden estar en mayor peligro de lo que se pensaba anteriormente.
Bajo las modernas formaciones de coral que estudia Jiménez, hay un depósito de otros datos almacenados en corales fosilizados. Dependiendo de su preservación, los núcleos de tales corales pueden permitir a los investigadores expandir los registros de temperatura hasta 100,000 años en el pasado. Webb tiene un buque de investigación especial, D Hill, en el que está instalada una plataforma de perforación, capaz de extraer núcleos de capas antiguas ubicadas debajo de la Gran Barrera de Coral.
Después de que Webb y el equipo recuperan núcleos de fósiles de coral, pueden determinar su edad usando la datación de uranio y torio. Un espectrómetro de masas muestra cuánto uranio residual en las capas centrales se ha desintegrado para formar torio, y la proporción de estos dos elementos se utiliza para calcular la edad aproximada de cada capa. Al igual que Jiménez, Webb usa la proporción de estroncio a calcio para calcular la temperatura del océano durante la aparición de cada franja, y usa sus núcleos fosilizados para rastrear el contenido de elementos químicos en aguas prehistóricas. "Pudimos obtener los núcleos responsables de todo el
Holoceno "
, dijo Webb, refiriéndose a la era geológica actual que comenzó hace 12,000 años. "Podemos comparar el clima y la calidad del agua en el área del mismo arrecife, en el mismo lugar, pero separados 100,000 años".
Los datos fósiles también proporcionan nueva evidencia de procesos geológicos antiguos. En un viaje reciente al arrecife de Girona, una sección de la Gran Barrera de Coral frente a la costa de Australia, se encontraron con un problema con la tripulación. Su instalación podría penetrar en el fondo por 30 metros, y una vez que calcularon que pronto deberían llegar a las capas que aparecieron en el último período interglacial del Pleistoceno, hace más de 100,000 años. Pero nunca llegaron a él. "Pensamos que en algún lugar a unos 15 metros entraríamos al Pleistoceno", recuerda Webb. - Hicimos apuestas sobre qué tan profundo lo encontraríamos: alguien lo fijó en 12, alguien en 14. Y de repente estábamos a 22 metros, y nunca lo conseguimos. Simplemente mordimos la cavidad, y nadie esperaba esto ".
Los arrecifes de coral se convierten en los centros de un ecosistema marino vivo, por lo que su futuro frente a la acidificación del océano plantea serias preocupacionesResultó que el núcleo de coral contenía una capa que data de la última edad de hielo, cuando el nivel del mar era 130 metros más bajo y toda la Gran Barrera de Coral estaba por encima del agua. El viento, las lluvias y el agua que fluye lavaron la piedra caliza que se abrió y formó una grieta profunda rodeada de colinas altas, empinadas y desiguales. Cuando el nivel del mar volvió a subir, las corrientes y las olas llenaron el valle sumergido con partículas de rocas sedimentarias, y este lugar se convirtió en la base de nuevos arrecifes de coral. Este descubrimiento ayudó a los científicos a concluir que la forma de los arrecifes modernos generalmente no está determinada por la forma de los arrecifes anteriores o las estructuras geológicas en las que crecen, como se pensaba anteriormente. La acumulación de rocas sedimentarias puede oscurecer los contornos de las estructuras antiguas y proporcionar una superficie plana sobre la cual pueden crecer nuevos arrecifes. Y los puntos más altos de los arrecifes pueden ubicarse a una altura tal que el nivel del mar lo permita, lo que significa que en la parte superior también se vuelven planos.
El movimiento del agua de mar siempre ha desempeñado un papel importante en la formación de estos ecosistemas únicos; una nueva confirmación se da en un nuevo trabajo publicado en Nature Geoscience. Jodi Webster, de la Universidad de Sydney, Brian Lowheed, del Instituto Pierre-Simon Laplace en Francia, y sus colegas extrajeron muchos núcleos de coral antiguos de la Gran Barrera de Coral. Un análisis de la materia esquelética y los depósitos del núcleo mostró que los cambios en el nivel del mar en los últimos 30,000 años han matado partes del arrecife cinco veces, a veces cuando los arrecifes estaban expuestos al aire, a veces cuando los sedimentos en el agua ascendente bloquean la luz que llega al arrecife. Pero en cada caso, el arrecife surgió nuevamente, cuando aparecieron pólipos de otros arrecifes, y sus formaciones de coral vivientes finalmente se trasladaron a donde estaban las mejores condiciones para el agua y la iluminación.
La estructura única de cada capa de coral en el núcleo también da indicios de otros problemas que el coral encontró al formarse, ya sea que esto sucedió hace décadas o miles. Por ejemplo, cuando el océano aumenta la acidez debido a la disolución de dióxido de carbono en la atmósfera, los corales cambian por completo los hábitos de crecimiento, como escribieron los investigadores del Instituto Oceanográfico Woods Hole el año pasado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
Tres secciones principales muestran un complejo sistema de anillos anuales que muestran cómo el coral en el arrecife reaccionó a los cambios ambientales. Estas muestras se destacan con luz ultravioleta, lo que permite obtener cierta información sobre su composición química.Un equipo de oceanólogos de Woods Hole, incluido el estudiante de posgrado
Nathaniel Mollick y la geóloga
Anna Cohen , analizaron muestras de núcleos de coral Porites modernos tomados cerca de Panamá, Palau, Taiwán y el atolón Donsha en el Mar del Sur de China. Colocaron todos los núcleos en el aparato para la tomografía computarizada, un dispositivo especial de rayos X que puede revelar los detalles del crecimiento y los cambios de densidad dentro del coral.
Al comparar estos registros de núcleos de coral con muestras de agua tomadas en cada ubicación, los científicos han demostrado que la alta acidez del océano en épocas pasadas condujo a la aparición de ciertas anomalías estructurales. Los corales en aguas más ácidas crecen aproximadamente al mismo ritmo, pero la estructura de dichos corales resulta ser completamente diferente: aparecen brechas en ellos, similares a las burbujas en una masa de panqueque. Esto se debe a que, después de disolverse en agua, el dióxido de carbono se combina con iones de carbonato libres. Como resultado, quedan menos iones en los pólipos de coral y no pueden producir la mayor cantidad de carbonato de calcio que necesitan.
Con el tiempo, este déficit conduce a la aparición de esqueletos de coral más delgados y porosos. "Esencialmente vemos vacíos y burbujas en el interior", dijo
Weifu Guo , un geoquímico del equipo. Es más probable que estos esqueletos frágiles se desmoronen como resultado de las tormentas y las ondas de choque, y esto, a su vez, amenaza otras formas de vida en el arrecife, incluidas las algas, que producen alimentos para los corales y los peces, cuya nutrición depende de ellos.
Modelando el futuro océano
Tales observaciones de núcleos de coral llenan vacíos en el conocimiento de la dinámica planetaria y oceánica, y también ayudan a los investigadores a predecir cómo las futuras tensiones afectarán los arrecifes. Los investigadores de Woods Hole, comparando los datos básicos con el aumento previsto de la acidez de los océanos debido al cambio climático, concluyeron que la densidad de los esqueletos de coral en todo el mundo para 2100 probablemente disminuirá en un 20%. Esta predicción enfatiza la exposición de los arrecifes futuros al daño físico.
Janice LoweAdemás, los registros a largo plazo almacenados en los núcleos de coral muestran la rapidez con la que los arrecifes crecen y se adaptan a la contaminación y el calentamiento del océano; esto es especialmente importante, dadas las tendencias actuales similares. “Necesitamos registros históricos del comportamiento de los arrecifes, los cambios que ocurrieron y sus reacciones a estos cambios. Esto nos da una mejor comprensión de lo que podemos enfrentar ”, dijo Webb. "Es sorprendente cuánto podemos hacer al vincular todas estas notas".
El conocimiento acumulado ya está ayudando a los investigadores a corregir modelos predictivos del clima global, lo que, según Low, ayudará a desarrollar estrategias de conservación de arrecifes. “Los modelos climáticos globales no son perfectos, se ajustan constantemente. Los registros de coral proporcionan evidencia del pasado que puede ser útil para estos modelos ".
Una parte tangible de la financiación de la investigación se gasta en documentar la ecología de los arrecifes modernos, y queda muy poco en muestras de su pasado. Pero para hacer estimaciones precisas de la historia y el estado actual de los océanos, según Webb, Guo y otros, será necesario tomar más núcleos de coral para cubrir un período de tiempo más largo. "Con una colección más grande, no tiene que basar su razonamiento en el ejemplo de un solo coral", dijo Guo. "Puedes contar la historia con más confianza".
El antiguo objetivo de Ivankov es contribuir a esta historia en desarrollo. Después de que su bote a motor, ya cargado con muestras del arrecife, regresó a Tara, coloca los segmentos centrales en la cubierta y lo deja sobre el escritorio para que se seque. Después de llegar al puerto, se enviarán docenas de núcleos recolectados por Ivankov de diferentes partes del Océano Pacífico al Centro Nacional Francés de Investigación Científica y al Centro Científico de Mónaco.Utilizando los datos obtenidos de estos núcleos, los investigadores recopilarán un retrato detallado del ecosistema oceánico y la interacción de sus componentes. "Recolectamos muestras de todo el entorno de la colonia", dijo Ivankov. “Corales, agua, peces: tomamos todo y hacemos el panorama general”. Durante milenios, los corales, célula por célula, han estado posponiendo evidencia de salud y cambios en los sistemas vivos en su conjunto. Ahora el destino de estos sistemas puede darnos la oportunidad de descifrar los registros ocultos contenidos en estos esqueletos.