A perda de gelo está transformando as propriedades de absorção de luz da água do mar

À medida que as calotas de gelo da terra descongelam, a absorção da luz pela água do mar polar está passando por uma mudança dramática. Essa é a descoberta de Monika Soja-Woźniak da Universidade de Amsterdã e colegas, pois eles consideravam como a luz visível é absorvida de maneiras diferentes por água do mar congelada e líquida (1). Seus resultados sugerem que a ecologia dos organismos fotossintéticos provavelmente está passando por uma transformação nas regiões polares da Terra, com impactos de longo alcance nos ecossistemas marinhos que dependem deles.

Quando a luz photo voltaic brilha na água do mar aberta, os comprimentos de onda que carregam são absorvidos em profundidades variadas. Enquanto a luz vermelha é absorvida brand abaixo da superfície aquosa, os comprimentos de onda mais longos são totalmente absorvidos à medida que a luz penetra mais, onde o espectro é dominado pela luz azul.

Essa relação entre comprimento de onda e profundidade de absorção não é completamente suave, no entanto. Em um punhado de comprimentos de onda ópticos, as moléculas de água são conduzidas em modos vibracionais específicos. Nesses comprimentos de onda, quaisquer fótons de entrada são absorvidos imediatamente, criando uma série de picos de absorção nítidos.

Em 2007, pesquisadores, incluindo o colega de Soja-Woźniak, Jef Huisman, também da Universidade de Amsterdã, descobriram uma ligação notável entre esses picos e a ecologia dos microorganismos marinhos de colheita de luz. “Esses recursos de absorção resultam em uma série de ‘nichos espectrais’ – conjuntos distintos de comprimentos de onda disponíveis para organismos fotossintéticos”, explica Huisman. A equipe mostrou que os diferentes pigmentos que evoluíram em certas espécies fotossintéticas são ajustadas a esses diferentes nichos espectrais. No oceano aberto, por exemplo, os pigmentos fotossintéticos são bem adaptados para colher luz no nicho espectral azul.

Quando a água do mar congela, a situação muda completamente. Por um lado, as dispersas de gelo marinho levem fortemente, mas uniformemente, através do espectro visível, de modo que qualquer luz photo voltaic que consegue penetrar no oceano líquido por baixo carregue todos os comprimentos de onda em quantidades iguais.

No entanto, esse espectro também é afetado pela estrutura de ligação do gelo, onde as moléculas de água são trancadas em uma treliça de cristal rígida. Essa estrutura fixa suprime a capacidade das moléculas de vibrar. Como resultado, os picos de absorção presentes na água do mar aberta são quase totalmente achatados – criando um espectro suave e uniforme.

Dadas as descobertas anteriores de Huisman e seus colegas, a equipe de Soja-Woźniak previu que as fortes diferenças entre os espectros ópticos da água do mar aberta e coberta de gelo deveriam ter um impacto profundo nos organismos fotossintéticos que habitam cada ambiente.

Até agora, essas diferenças se mostraram extremamente difíceis de estudar com os métodos tradicionais. “As campanhas de campo são desafiadas por clima severo, e as observações de satélite sofrem de cobertura de nuvens persistentes ou com baixa luz de inverno”, comenta Bror Jönsson na Universidade de New Hampshire, que não estava envolvido no estudo. Isso deixa os modelos biogeoquímicos do oceano como a principal ferramenta para entender e prever esses sistemas. Para os pesquisadores obterem resultados úteis desses modelos, é very important que eles reproduzam os espectros de luz em ambos os ambientes com precisão de ponto.

Em seu último estudo, Soja-Woźniak, Huisman e seus colegas abordaram esse desafio dos primeiros princípios. “Incorporamos essas propriedades ópticas em um modelo de última geração na óptica aquática para comparar espectros gerados sob gelo marinho e em água do oceano aberto”, descreve Soja-Woźniak. Este modelo foi amplamente aplicado ao oceano aberto, mas ainda não foi aplicado ao gelo marinho.

Usando esse modelo, os pesquisadores examinaram uma ampla gama de ecossistemas marinhos e consideraram muitos tipos diferentes de gelo. Ao se concentrar nas camadas de superfície do oceano, onde ocorre a maior parte da fotossíntese, o modelo da equipe confirmou que as diferenças nas capacidades de colheita de luz dos organismos que habitam ambientes abertos e cobertos de gelo estão diretamente ligados a diferenças nos comprimentos de onda da luz que os alcança.

Como o gelo marinho permite que um espectro mais amplo de luz penetrate, ele incentiva a evolução dos organismos fotossintéticos que combinam vários pigmentos para capturar esse alcance completo. “De fato, as algas de gelo geralmente parecem marrons, pois seus pigmentos absorvem muitas das cores”, diz Soja-Woźniak. Por outro lado, a água aberta do oceano seleciona para espécies fotossintéticas com pigmentos especializados em um ambiente de luz azul.

Os resultados da equipe são fortemente relevantes em um clima de aquecimento rápido. À medida que o gelo do mar descongela e dá lugar à água aberta, esses resultados sugerem que o ambiente de luz subaquática mudará de um amplo espectro de cores para um espectro mais estreito e dominado por azul. Em regiões do oceano que permaneceram congeladas durante grande parte do ano, a equipe prevê que essa mudança transformará a composição de organismos fotossintéticos que formam a própria base das teias alimentares marinhas: apoiando animais que variam de pequeno plâncton a peixes grandes e mamíferos.

“O artigo fornece informações muito úteis sobre como o campo de luz difere entre as áreas com e sem cobertura de gelo que podem ser adicionadas diretamente aos modelos climáticos”, comenta Jönsson. Como tal, os resultados podem ajudar a melhorar as previsões dos pesquisadores sobre como as regiões polares da Terra são afetadas pelo aquecimento world.

–Samuel Jarman

Samuel Jarman é um escritor de ciências com sede no Reino Unido.

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