D7 Óptica y Biogeoquímica Física

Tópico

La óptica oceánica y la biogeoquímica física estudian cómo interactúa la luz con los constituyentes del agua de mar, y qué implica esa interacción tanto para la productividad biológica como para el ciclo del carbono. La luz solar es el motor de toda la fotosíntesis marina: la irradiancia fotosintéticamente activa, la parte del espectro solar que va de los cuatrocientos a los setecientos nanómetros, penetra el océano y se atenúa de manera exponencial con la profundidad, siguiendo la ley de Beer-Lambert. El coeficiente de atenuación que rige esa pérdida de luz depende, a su vez, de tres cosas: la concentración de fitoplancton, la cantidad de materia orgánica disuelta coloreada, y la cantidad de partículas minerales que hay suspendidas en el agua, y es esa combinación de tres factores la que hace que dos aguas con la misma cantidad de luz en superficie terminen teniendo perfiles de luz completamente distintos en profundidad.

La fluorescencia de la clorofila es la principal herramienta para medir, directamente en el agua, la concentración de fitoplancton: cuando la clorofila absorbe luz azul, en una longitud de onda cercana a los cuatrocientos setenta nanómetros, responde emitiendo fluorescencia roja, en una longitud de onda cercana a los seiscientos ochenta y cinco nanómetros, y es precisamente esa emisión roja la que hace que un sensor pueda medir, sin tocar el agua directamente, cuánto fitoplancton hay en ella. Estos sensores de fluorescencia se integran hoy tanto en los flotadores autónomos equipados con instrumental óptico como en los gliders oceánicos, lo que permite obtener perfiles continuos de abundancia de fitoplancton en vez de mediciones puntuales aisladas.

La retrodispersión de la luz, medida en varias longitudes de onda a la vez, permite estimar cuánto contenido de partículas —tanto orgánicas como inorgánicas— hay suspendido en el agua, y en particular, cuánto carbono orgánico particulado contiene. Cuantas más partículas hay suspendidas en el agua, más luz se retrodispersa hacia el sensor, y es esa relación directa la que hace que la retrodispersión sirva como un sustituto óptico de la concentración de partículas que de otro modo habría que medir filtrando el agua.

La transmisometría, en cambio, mide cuánta luz atraviesa una distancia fija dentro del agua, típicamente unos veinticinco centímetros, y de esa fracción transmitida deriva el coeficiente de atenuación de la luz, que no es más que la suma de dos componentes: cuánta luz absorbe el agua y cuánta luz dispersa. Es precisamente esa suma la que hace que el coeficiente de atenuación resuma, en un solo número, tanto lo que el agua absorbe como lo que el agua desvía sin absorber.

Las cámaras de partículas, por su parte, fotografían automáticamente todo lo que flota en el agua, desde partículas de apenas una décima de milímetro hasta organismos de cien milímetros de tamaño, lo que hace que sea posible seguir la distribución del zooplancton y de los agregados orgánicos con un detalle que ningún sensor óptico anterior alcanza por sí solo. El comportamiento esperado, reuniendo todas estas técnicas, es que la fluorescencia alcance su máximo justo en la cima de la picnoclina, donde tanto la luz como los nutrientes todavía son suficientes a la vez, y que buena parte de ese carbono orgánico particulado que se formó ahí termine exportándose hacia las aguas profundas. Así, desde la irradiancia que entra por la superficie hasta el carbono particulado que termina hundiéndose, la óptica oceánica sigue, longitud de onda por longitud de onda, el mismo camino que recorre la luz dentro del carbono que el océano produce y transporta.

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