Este pigmento verde llamado clorofila

03/06/2014 3 comentarios
Menear

Esta entrada va de satélites, de fitoplancton, de clorofila, y de cómo la ciencia es mucho más creativa de lo que pudiera parecer al principio.

Estoy participando en un curso sobre teledetección ('remote sensing') en la Universidad de Cornell, organizado por Bruce Monger, al que me gustaría citar como fuente de inspiración.

Denominamos fitoplancton al conjunto de algas microscópicas y otros organismos vegetales que viven en las partes superficiales de los océanos, allá donde la luz alcanza (unos 100 m de profundidad). Estas mini-plantas absorben energía del sol, que convierten en energía química (comida) en una reacción que también necesita de dióxido de carbono (CO2), agua y más nutrientes. La famosa fotosíntesis. Además, un poco de oxígeno es liberado como residuo de tal reacción.

La clorofila es un pigmento verde que el fitoplancton utiliza para absorber la luz del sol y convertirla en energía útil para la fotosíntesis. La clorofila prefiere la luz azul a la verde, o sea que absorbe más fácilmente la parte más energética del espectro visible del sol (el azul). Es por eso que la clorofila y todas las plantas en general son verdes, al ser éste el color que reflejan.

Aquí podemos ver una imagen de la distribución anual media de clorofila en todos los océanos. Es una imagen del satélite SeaWiFS (NASA).

 

SeaWiFS mapa de clorofila (Septiembre 1997 - Agosto 1998)

 

La órbita de este satélite es polar. Cada dos horas, el satélite da una vuelta alrededor de la Tierra de norte a sur pasando por los dos polos (aproximadamente). Durante estas dos horas rastrea dos franjas horarias, siempre pasando por el ecuador a las 12 del mediodía. Al cabo de dos horas, la Tierra ha girado dos horas y, sin moverse, el satélite puede empezar a rastrear las dos franjas horarias siguientes otra vez pasando por el ecuador a las 12 del mediodía de la siguiente franja. En resumen, a este satélite le cuesta 24 horas (un día) rastrear toda la Tierra.

Cuando el satélite empieza a mandar datos, empieza la pesadilla de calibración y limpieza de datos. Sólo un 10 % de la luz detectada proviene de la superficie de los océanos. El resto proviene de la atmósfera misma. Además, hay nubes, muchísimas. Después de filtrar todo el ruido que viene de la atmósfera, el resultado es un mapa del color del mar. De ahí se aplica un algoritmo para descrifrar la cantidad de clorofila. Comparando distintas bandas electromagnéticas en el espectro de luz visible podemos calcular la cantidad de agua pura y de clorofila en al agua, basado en el principio de que la clorofila absorbe mucha radiación solar hacia el azul, mientras que el agua pura absorbe mucha radiación hacia el rojo (por eso se ve azul). Aquí os dejo un trozo de mapa de lo que el satélite vio antes de tratar los datos que muestro más arriba.

SeaWiFS composición de medio día de observaciones

Fijaos en el mapa de clorofila. Vemos mucha producción biológica en los trópicos, en las costas (especialmente la costa oeste de los continentes) y en altas latitudes, donde los nutrientes necesarios para el fitoplancton abundan. Los nutrientes se encuentran en general en el fondo del mar, donde la fotosíntesis es imposible por falta de luz, así que sólo esas partes de los océanos que tengan mecanismos para subir estos nutrientes hacia la superficie podrán fotosintetizar: zonas con mucha turbulencia (como en las altas latitudes en invierno), o zonas donde el agua resurja (como en los trópicos o costa). Los subtrópicos, grandes desiertos, por lo general no pueden producir mucho fitoplancton porque la turbulencia no es suficiente para transportar nutrientes desde el fondo del mar.

Ahora se trata de jugar con los datos y de crear nuevos mapas con información que ayude a entender cómo funciona la clorofila. Llegó mi parte favorita.

Veamos cuándo surgen explosiones de fitoplancton en el golfo de Maine (NE de Estados Unidos). En el siguiente mapa arriba a la izquierda vemos el mes de máximo fitoplancton y a la derecha, la concentración de fitoplancton en su máximo. En latitudes por encima de 40º, este máximo ocurre en primavera (más y más tarde cuando nos acercamos al Ártico). En primavera, la temperatura empieza a subir, y las capas más superficiales del océano se estratifican (menos turbulencia), así que el fitoplancton puede vivir en las capas bien iluminadas sin ser continuamente arrastrado para el fondo. Es el momento ideal para su supervivencia. Después de consumir todos los nutrientes acumulados durante el invierno, esta explosión de fitoplancton muere a los pocos meses.

 

 

 hola

 

Pongamos que queremos estudiar niveles tróficos más complejos. Por ejemplo, huevos de alguna especie de peces. Estos quieren alimentos (fitoplancton) y temperatura ideal para incubar. Analizando un mapa de temperatura (abajo medio) y fitoplancton (abajo izquierda), ahora ya sabemos dónde estarán los huevos (abajo derecha).

Además, el fitoplancton absorbe CO2 a través de la fotosíntesis y lo convierte en carbono orgánico. Después, todos los depredadores se comen a otros depredadores que se comen ... que se comen el fitoplancton, y las heces trasladan un pequeño porcentaje de este carbono al fondo del mar, donde sedimenta, y queda lejos de la atmósfera por miles de años.

Cualquier mecanismo que elimine CO2 de la atmósfera, bienvenido sea, que ya bastante tenemos. Así que todos a estudiar fitoplancton.

Y hasta aquí el cuento de la clorofila (por hoy...).