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Oceanografía

Fuentes de metano bajo el mar

Dos mil cráteres descubiertos recientemente en la costa brasileña liberan gases de efecto invernadero

Representación gráfica del perfil del lecho marino de un tramo de la costa del sudeste brasileño, delineado por medio de un sonar de profundidad; las depresiones son los cráteres que liberan metano

Michel M. Mahiques/ IO-USP

Dos grupos de investigación –uno de São Paulo y otro de Rio Grande do Sul– identificaron casi 2 mil cráteres en el lecho marino en tramos de la costa de las regiones sur y sudeste de Brasil, a unos 200 kilómetros (km) de la costa. Esos hoyos en el fondo del mar, de hasta 230 metros (m) de diámetro y 90 m de profundidad, a los cuales se los conoce como pockmarks, se forman por la expulsión de gas desde el fondo marino, principalmente metano (CH4), uno de los causantes del efecto invernadero. Empero, se estima que la mayor parte del metano es consumido por bacterias y otros organismos en el propio océano, antes de llegar a la atmósfera.

Aún no hay datos acerca de la contribución de los cráteres marinos de la costa brasileña sobre las emisiones totales de gases de efecto invernadero del país, que registraron cifras del orden de los 2 mil millones de toneladas en 2014, el equivalente a alrededor del 5% del total mundial, según datos del Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovaciones y Comunicaciones (MCTIC). El metano, un compuesto que es producto principalmente de la ganadería y el tratamiento de residuos, contribuye con el 24% de las emisiones netas (volumen de gas que queda en la atmósfera luego de restarle a las emisiones totales el carbono extraído por actividades humanas tales como la restauración de selvas). El dióxido de carbono (CO2), resultado principalmente de la quema de combustibles fósiles, responde por el 64% de las emisiones netas; y el óxido nitroso (N2H), proveniente del abono del suelo, por el 12% restante. El metano permanece bastante menos en la atmósfera que el CO2, pero su capacidad de retención calórica es 21 veces mayor; la del N2H es 310 veces mayor que la del CO2.

NOAA Burbujas de metano suben desde el sedimento del fondo del mar en la costa del estado de Virginia, en el este de Estados Unidos, y sirven de alimento a anémonas, helmintos y microorganismosNOAA

El metano que emana principalmente de los cráteres del fondo de los océanos a partir de la descomposición de materia orgánica y emerge a la superficie contribuiría con alrededor del 1% al 5% de las emisiones globales de ese gas hacia la atmósfera, de acuerdo con estimaciones del Instituto Max Planck de Microbiología Marina y del Centro de Ciencias Ambientales Marinas (Marum, según su acrónimo en alemán), de la Universidad de Bremen, ambos de Alemania, publicadas en 2013 en la revista Nature Geoscience. “Estudios recientes sugieren que el escape de metano a profundidades mayores a 100 m difícilmente llega a la superficie del mar”, dice el geólogo Anthony Rathburn, docente de la Universidad del Estado de California, en Estados Unidos. “El metano disuelto con frecuencia se oxida, formando CO2, a partir de la actividad de microorganismos presentes en la columna de agua”. El CO2 también es consumido por los organismos marinos antes de que pueda salir a la atmósfera.

Los cráteres submarinos de ese tipo podrían tener valor económico, porque indicarían la presencia de yacimientos de gas natural. En 2011 y 2013, investigadores de la Pontificia Universidad Católica de Rio Grande do Sul (PUC-RS) y de Petrobras, mapearon alrededor de mil cráteres submarinos en la costa gaúcha y las usaron para identificar reservas de hidrocarburos en la cuenca de Pelotas, un área de 250 km2 en el sur del estado de Rio Grande do Sul. “Con base en los estudios iniciales, creemos que esa área sería una reserva enorme de gas natural, que en un futuro podría explotarse”, dice el químico Luiz Frederico Rodrigues, investigador del Instituto del Petróleo y de los Recursos Naturales de la PUC-RS. Entre los sedimentos había sólidos cristalinos, los hidratos de carbono formados por agua y gases, que retienen gran cantidad de metano, tal como se describe en un artículo que salió en la edición de septiembre de 2017 de la Revista Brasileira de Geofísica.

En 2016, un equipo del Instituto Oceanográfico de la Universidad de São Paulo (IO-USP) identificó 984 cráteres en un área de 130 km de largo por 30 km de ancho que se extiende desde el sur del litoral de São Paulo hasta el norte de Rio Grande do Sul. De acuerdo con un estudio publicado en septiembre de 2018 en el Journal of Geochemical Exploration, algunos cráteres todavía emiten metano. “Resulta difícil saber cuáles liberan gas y cuáles han dejado de hacerlo. La única manera de descubrirlo es con el uso de un sensor de metano, que por el momento no tenemos”, dice el geólogo Michel Mahiques, docente del IO-USP y coordinador de la expedición con el buque Alpha Crucis, que condujo al hallazgo de esos cráteres. Las formaciones se distribuyen en profundidades del lecho marino que varían entre 300 y 700 m. “En diciembre de 2017, ejecutamos nuevos sondeos en el área y descubrimos pockmarks aún mayores en zonas más profundas”, comenta.

Andreia Plaza Faverola/ CAGE Representación artística de la liberación de metano y de los cráteres en el lecho del mar ÁrticoAndreia Plaza Faverola/ CAGE

“La liberación de metano en el océano habría sido más intensa en el pasado, principalmente durante la era glacial, cuando el nivel del mar se redujo alrededor de 120 m y hubo una merma de la presión del agua sobre los depósitos de gas en el fondo oceánico, facilitando el escape”, dice el biólogo brasileño Rodrigo Portilho-Ramos, quien en la actualidad es investigador en el Marum, en Bremen. En un estudio que llevó a cabo en la Universidad Federal Fluminense y en la USP, con la colaboración de Rathburn y otros expertos de Alemania y de Estados Unidos, Portilho-Ramos identificó una reducción en los niveles de carbono en caparazones de organismos fósiles en sedimentos recolectados en un cráter del litoral de Florianópolis, a 475 m de profundidad, en comparación con muestras recogidas en áreas vecinas. Esa variación en los porcentajes de carbono sería el resultado de una intensa, aunque todavía no dimensionada liberación de metano hace entre 20 mil y 40 mil años atrás, tiempo que corresponde a la última era glacial, según consta en un artículo de abril de 2018 en la revista Scientific Reports.

Los cráteres del litoral paulista –y después otros, próximos al banco de arrecifes de Abrolhos, al sur del estado de Bahía y al norte del de Espírito Santo– comenzaron a identificarlos en forma aislada en 2007 investigadores de la Fundación Universidad Federal de Rio Grande e inicialmente se los consideró como remanentes de cavernas. En 2016, el grupo de la USP llevó a cabo un relevamiento exhaustivo y notó que los cráteres eran abundantes y podían liberar metano, pero todavía no se sabe cuántos hay en el litoral brasileño ni cuántos de ellos emiten metano. “El fondo marino de la costa brasileña ha sido escasamente mapeado por institutos de investigación, aunque las empresas petroleras y sus prestadoras de servicios tenían mucha información, raramente liberada para uso público porque podían indicar reservas de petróleo y gas natural”, dice Mahiques.

La liberación de gas en la costa del sudeste brasileño es resultado, principalmente, del ascenso de columnas de sal por debajo del lecho marino, según indica un estudio del grupo de la USP que fue publicado en febrero de 2017 en la revista científica Heliyon. A causa de la intensa presión a la que se encuentran sometidas, las columnas de sal, a las cuales se denomina diapiros, rompen las capas de rocas del suelo marino, que colapsa, formando los cráteres. Ese desplazamiento libera el metano atrapado a partir del material orgánico –restos animales y vegetales– acumulados  en el fondo del mar.

Para los seres que habitan en el fondo del mar, sin oxígeno ni luz solar, el metano es fuente de energía

Riqueza biológica
Los cráteres configuran ambientes únicos, donde viven comunidades de microorganismos, moluscos y otros invertebrados más diversificados y abundantes que en las áreas vecinas. En una región del océano Ártico, a 1.200 m de profundidad, la abundancia de especies era 2,5 veces mayor en las áreas con profusión de metano que en las regiones vecinas, verificaron científicos de Noruega y de Estados Unidos en un artículo en la revista Limology and Oceanography, publicado en octubre de 2007. En esas áreas, dicen los autores del trabajo, la fuente de vida es el metano y no la luz solar, que no llega a lo profundo del mar.

En su laboratorio en el IO-USP, la bióloga Vivian Pellizari cultiva bacterias y otros microorganismos que producen metano a partir de la degradación de la materia orgánica en el fondo del mar, un ambiente desprovisto de oxígeno. “El desafío actual consiste en mantener viables esos cultivos hasta que se pueda aislar a los microorganismos presentes”, dice Pellizari, quien se propuso entender la diversidad de los microorganismos productores y consumidores de metano en el fondo del mar. En el mes de octubre, ella será coordinará en Ilhabela, en el litoral paulista, la Escuela São Paulo de Ciencia Avanzada del Metano, cuyo propósito es debatir el origen y las transformaciones del metano en ambientes marinos y terrestres.

Los primeros cráteres submarinos de ese tipo los descubrió en la costa de Nueva Escocia, en Canadá, al final de la década de 1960, un equipo del Instituto de Oceanografía Bedford, también de Canadá. Esos cráteres, que por entonces fueron detectados por lo que era un nuevo sistema de sonar, tenían 150 m de diámetro y 10 m de profundidad. Luego se los fue identificando por todo el mundo. En 2013, científicos de Nueva Zelanda, Alemania y Estados Unidos hallaron los mayores cráteres submarinos, ubicados 500 km al este de Christchurch, en Nueva Zelanda. Los mayores cráteres de esa región tenían 11 km de diámetro y 100 m de profundidad, a alrededor de 1 km de la superficie. Se habrían originado por la erupción de gases a través de las capas de sedimentos, pero en apariencia ya no liberaban metano.

Proyecto
Formaciones anómalas del fondo marino en el talud superior del sur de Brasil (nº 16/22194-0); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Michel Michaelovitch de Mahiques (USP); Inversión R$ 231.247,09

Artículos científicos
SANTOS, R. F. dos et al. Metal/ Ca ratios in pockmarks and adjacent sediments on the SW Atlantic slope: Implications for redox potential and modern seepage. Journal of Geochemical Exploration. v. 192, p. 163-73. sept. 2018.
PORTILHO-RAMOS, R. C. et al. Methane release from the southern brazilian margin during the last glacial. Scientific Reports. v. 8, n. 1, 5948. 13 abr. 2018.
MAHIQUES, M. M. de et al. An extensive pockmark field on the upper Atlantic margin of Southeast Brazil: spatial analysis and its relationship with salt diapirismHeliyon. v. 3, n. 2, e00257. 24 feb. 2017.
BOETIUS, A. y WENZHÖFER, F. Seafloor oxygen consumption fuelled by methane from cold seepsNature Geoscience. v. 6, p. 725-34. 29 ago. 2013.
RODRIGUES, L. F. et alThe influence of methane fluxes on the sulfate/ methane interface in sediments from the Rio Grande Cone Gas Hydrate Province, southern BrazilRevista Brasileira de Geofísica. v. 47, n. 3, p. 369-81. sept. 2017.
ASTRÖM, E. K. L. et alMethane cold seeps as biological oases in the high Arctic deep seaLimnology and Oceanography. v. 63, n. S1, p. 209-31. 27 oct. 2007.

Libro
MINISTERIO DE CIENCIA, TECNOLOGÍA, INNOVACIONES Y COMUNICACIONES. Estimativas anuais de emissões de gases de efeito estufa no Brasil. Brasilia, DF: MCTIC. 2017, 91 p. 4ª. ed.

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