El enigma de la corriente de Agulhas: una brecha oceánica en nuestra comprensión del clima

LA CORRIENTE DE AGULHAS, Océano Índico, frente a la costa de Sudáfrica: en julio pasado, abordé el buque de investigación sudafricano SA Agulhas II con grandes esperanzas de viajar junto con los científicos a bordo para estudiar la misteriosa Corriente de Agulhas, y con planes para informar sus datos y hallazgos a los lectores de Mongabay.

Pero los planes mejor trazados... Apenas unos días después de nuestro viaje, de repente nos vimos obligados a abandonar la importante misión climática del barco y desviarnos de nuestra ruta programada hacia el norte a lo largo de la costa este de Sudáfrica, y dirigirnos al sureste para evacuar a dos investigadores heridos de la isla Marion, una reserva natural remota en el Océano Índico subantártico.

En la prisa por realizar ese rescate marítimo de emergencia, los científicos a bordo del único buque de investigación antártico de Sudáfrica tuvieron que archivar meses de planificación, dejando sin resolver los enigmas de la extraordinariamente fuerte corriente de Agulhas, que se precipita por la costa este de Sudáfrica. al menos otro año.

Agregue a esto el retraso anterior de tres años debido a COVID-19, durante el cual el transecto Agulhas System Climate Array (ASCA) no había sido monitoreado, y surge un problema mayor: si la humanidad quiere comprender completamente cómo funciona el sistema climático de la Tierra. funciona, debemos comprender cómo funcionan las corrientes oceánicas limítrofes en el Sur Global tan a fondo como lo hacemos en el Norte Global.

Formadas por las costas, las corrientes fronterizas son corrientes superficiales que fluyen a lo largo de los lados este y oeste de las cuencas oceánicas. Pero aunque algunas de esas corrientes limítrofes en el norte, como la conocida Corriente del Golfo, han estado bajo escrutinio durante muchas décadas y, a veces, siglos, las que se arremolinan en los mares al sur del ecuador de la Tierra sufren escasez de estudio, y los esfuerzos actuales no cuentan con fondos suficientes. y con recursos científicos aquí a menudo estirados delgados.

"Todos los que participamos en el Sistema Global de Observación de los Océanos", un programa dirigido por la Comisión Oceanográfica Intergubernamental de las Naciones Unidas, o COI, "reconocemos que la deficiencia de este sistema en este momento es la falta de mediciones en los sistemas de corrientes fronterizas", como el Corriente de Agulhas, dice Lisa Beal, profesora de oceanografía en el Departamento de Ciencias Oceánicas de la Escuela Rosenstiel de la Universidad de Miami.

La falta resultante de datos históricos, junto con las brechas de datos recientes, es una preocupación compartida por investigadores y formuladores de políticas. "El monitoreo a largo plazo es uno de los aspectos más importantes de la ciencia cuando se trata de comprender las diferencias y los impactos entre la variabilidad natural y el cambio climático inducido por el hombre", explica Albi Modise, director jefe de comunicaciones del Departamento de Silvicultura, Pesca y Desarrollo de Sudáfrica. el entorno.

Los científicos sospechan firmemente que el Sistema de Corrientes de Agulhas juega un papel en el cambio climático global, pero es probable que también tenga un significado regional: "Sin series temporales de datos a largo plazo en todo el Sistema Terrestre que rodea [Sudáfrica], determinar con precisión los impactos del cambio climático localizados y Las estrategias de adaptación [climáticas] se vuelven casi imposibles", señala Modise.

Si se quiere mejorar en gran medida los pronósticos de modelos climáticos globales y regionales, la comunidad científica internacional debe abordar mejor las necesidades, los recursos, la financiación y las disparidades culturales entre el Norte y el Sur Globales, dice Juliet Hermes. Hermes es gerente del Nodo Egagasini de la Red de Observación Ambiental de Sudáfrica (SAEON) y también es gerente interino de la infraestructura de investigación polar del país.

La escalada del cambio climático antropogénico está destacando rápidamente importantes lagunas en nuestro conocimiento, especialmente en lo que respecta a los océanos. Las corrientes fronterizas occidentales y sus extensiones se han convertido en las regiones oceánicas de más rápido calentamiento en los últimos 100 años. Las razones de esto y sus implicaciones aún son turbias. Algunos científicos especulan que la alta tasa de calentamiento podría deberse a vientos cambiantes y un desplazamiento de las corrientes hacia los polos, lo que podría afectar la capacidad del océano para absorber dióxido de carbono antropogénico en estas regiones.

Dado que las diversas corrientes desempeñan un papel clave en el funcionamiento del sistema climático de la Tierra, los investigadores temen que los efectos oceánicos locales puedan propagarse a nivel regional y luego a nivel mundial.

El primer desafío para comprender los océanos es el tamaño. Representan un área de estudio vasta, interconectada y compleja. Establecidas en movimiento continuo por la rotación del globo y la energía radiante del sol, sus aguas giran en vórtices circulares masivos llamados giros, delimitados por poderosas corrientes fronterizas que agitan y absorben agua y calor alrededor del globo.

Las corrientes fronterizas occidentales subtropicales como las Agulhas son fuertes, estrechas, profundas y cálidas. Al igual que la Corriente del Golfo en el norte, mueve el calor de los trópicos cálidos a latitudes más frías, moderando el clima de la Tierra y dando forma a los patrones climáticos en el mar y la tierra.

Las corrientes fronterizas que bordean los países industrializados, incluidos los EE. UU., Australia y Japón, se examinan de cerca, con programas de observación sostenidos a largo plazo. Ese no es el caso de las Agulhas, dice Tamaryn Morris, científica principal de la unidad marina del Servicio Meteorológico de Sudáfrica (SAWS) y co-investigadora principal del proyecto ASCA. Aunque la corriente de Agulhas se ha estudiado ampliamente desde las costas locales, Morris señala que "actualmente no se está realizando un seguimiento sostenible a largo plazo de la corriente".

El llamado Agulhas "gritando" es uno de los sistemas actuales más energéticos de la Tierra. La corriente se dispara hacia el suroeste a lo largo del talud continental de Sudáfrica a más de 75 millones de metros cúbicos (2,650 millones de pies cúbicos) por segundo, unas 350 veces el caudal del río Amazonas.

En la década de 1400, el explorador portugués Vasco de Gama informó que la corriente era tan fuerte que obligó a su flotilla de veleros a retroceder constantemente durante tres días. "Es simplemente una bestia", dice Hermes, y agrega que la fuerza hercúlea de la corriente contribuye a los desafíos de la investigación sobre las Agulhas. Incluso en el viaje de julio, generalmente una época más tranquila del año, el equipo de recopilación de datos fue arrastrado por la corriente.

En el extremo sur del Agulhas Bank, una parte amplia y poco profunda de la plataforma continental de África, la corriente se desvía hacia el este por los vientos del oeste y luego gira en sentido contrario a las agujas del reloj de regreso al Océano Índico, básicamente separándolo del Océano Austral.

En este flujo retroactivo, las aguas de Agulhas se filtran hacia el oeste alrededor de la punta de Sudáfrica hacia el Océano Atlántico Sur en corrientes circulares más pequeñas que se agitan casi como remolinos llamados remolinos y en filamentos de agua cálida y salada.

Aquí, en el llamado "Caldero del Cabo", las aguas cálidas y salinas del Océano Índico se mezclan con el agua más fría y fresca del Atlántico, fluyendo hacia el norte e influyendo en la Circulación Meridional de Vuelco del Atlántico (AMOC). El AMOC es un sistema de corrientes oceánicas (impulsadas por diferencias de temperatura y sal) que mueve el calor a través del ecuador desde el hemisferio sur hacia el norte.

El AMOC funciona como una cinta transportadora. El agua cálida fluye hacia el norte desde los trópicos y subtrópicos hasta que se enfría y se hunde en el sur subártico de Groenlandia, luego fluye en las profundidades del Atlántico y regresa hacia el sur. El impacto potencial de las Agulhas en el AMOC en constante cambio ha llevado la atención internacional a comprender la corriente del sur.

Los modelos climáticos sugieren que la AMOC se debilitará a medida que aumenten los gases de efecto invernadero atmosféricos y que la atmósfera y la superficie del océano se calienten. El derretimiento acelerado de la capa de hielo de Groenlandia en los últimos años parece estar reforzando este debilitamiento al inundar el Atlántico subártico con agua dulce. Algunas investigaciones sugieren que puede haber un umbral para la entrada de agua dulce, más allá del cual el AMOC podría colapsar y dejar de fluir.

Los impactos climáticos de tal evento serían catastróficos para la humanidad y la biodiversidad.

Según los modelos climáticos, un cierre de AMOC podría enfriar el hemisferio norte a las temperaturas de la edad de hielo, reduciendo las precipitaciones sobre Europa y América del Norte, provocando condiciones de sequía permanentes en África Occidental y desplazando los monzones en América del Sur y África hacia el sur. Podrían ocurrir tormentas e inundaciones de invierno más severas en el norte de Europa y más lluvias de verano en el Mediterráneo. Los estudios indican que el aumento subsiguiente del nivel del mar podría inundar permanentemente las ciudades a lo largo de la costa este de los Estados Unidos.

Pero incluso cuando los cambios de AMOC se ponen en marcha en el norte, la fuga de aguas cálidas y saladas de Agulhas hacia el Atlántico puede estar aumentando, y eso podría cambiar el comportamiento modelado de AMOC.

"Realmente se trata de la fuerza de los vientos del oeste", explica Beal. "La cantidad de agua del Océano Índico que se filtra al Océano Atlántico ha aumentado porque los vientos del oeste alrededor de la Antártida se han intensificado como efecto del cambio climático antropogénico". En el pasado, un fortalecimiento de la fuga de Agulhas se ha relacionado con un fortalecimiento de la AMOC.

Los científicos se preguntan si estas aguas saladas del Océano Índico podrían eventualmente equilibrar y cancelar el impacto oceánico del derretimiento de los glaciares en el AMOC. La respuesta: No lo sabemos con certeza.

Hasta ahora, los modelos climáticos no han captado las características del sistema de corrientes de Greater Agulhas o sus fugas de manera realista, porque el sistema actual es muy turbulento. Para aumentar la precisión, los científicos necesitan datos de Agulhas detallados, continuos e in situ que puedan incorporar a sus modelos.

Incluso el monitoreo satelital solo puede leer la "piel" superior del océano, explica Morris.

"La forma casi única de estudiar el sistema de corrientes de Greater Agulhas en toda su profundidad es con mediciones sostenidas a largo plazo de conjuntos de instrumentos amarrados y observaciones hidrográficas repetidas desde barcos", escribieron los investigadores en un artículo de 2017 sobre la importancia de monitorear la corriente. y sus intercambios interoceánicos. "Solo entonces la comunidad científica comenzará a comprender y predecir los cambios en el Gran Sistema de Corrientes de Agulhas y [reconocerá] sus comentarios sobre el cambio climático regional y global, proporcionando así beneficios sociales y económicos al público en general".

En 2010 se lanzó un primer intento de monitorear la corriente en el mar, con Beal como líder del proyecto. La iniciativa de tres años requirió tres cruceros científicos consecutivos a bordo de buques de investigación de EE. UU. y el mantenimiento de una serie de instrumentos a través de la corriente de Agulhas y a lo largo de una pista terrestre satelital.

Los investigadores combinaron estos valiosos datos in situ a bordo con más de 20 años de datos satelitales para estimar cómo ha estado cambiando la corriente de Agulhas desde principios de la década de 1990.

Los hallazgos del proyecto desafiaron la comprensión de los científicos sobre las corrientes fronterizas occidentales y la respuesta de las aguas al cambio climático. Contrariamente a las expectativas basadas en el aumento del calentamiento global y la intensificación de los vientos, particularmente en el hemisferio sur, la fuerza de la corriente de Agulhas no ha aumentado en las últimas dos décadas. En cambio, la corriente parece haberse vuelto más variable, revela Beal. Pero lo que presagia exactamente esa mayor variabilidad es incierto.

Después de este primer proyecto, se lanzó ASCA en 2016, una ambiciosa colaboración entre científicos estadounidenses y sudafricanos para mantener las primeras observaciones a largo plazo del volumen, el calor y el transporte de sal de la corriente de Agulhas utilizando embarcaciones sudafricanas. "Medir el transporte de calor en lugar de solo el transporte de agua es parte integral de los estudios climáticos", explica Beal.

Pero, como fue el caso este año, las cosas no salieron según lo planeado. El componente amarrado de ASCA se "pausó" después de solo dos despliegues debido a dificultades con las capacidades de los buques. Luego, el transecto fue visitado anualmente por la SA Agulhas II, hasta la pandemia de COVID-19, que creó una gran brecha de datos.

Sin embargo, dice Hermes, no todo fue en vano. "Todavía hicimos un trabajo increíble". Los 26 meses de datos recopilados han brindado nuevos conocimientos sobre la corriente, incluidas las primeras estimaciones de su transporte de calor y sal.

"A partir de un conjunto de datos relativamente pequeño, hemos podido ver bastante sobre lo que sucede en la corriente de Agulhas [estacionalmente]", dice Laura Braby, investigadora postdoctoral en SAEON. Los investigadores descubrieron que, en el fondo, el agua rica en nutrientes que se encuentra lejos de la costa migra hacia la plataforma continental en verano, cuando la corriente es más fuerte. En invierno, cuando las Agulhas son más débiles y lentas que en verano, las aguas profundas del Atlántico Norte (agua del Atlántico Norte a una profundidad superior a los 2000 metros) fluyen alrededor de la punta de África por debajo de la corriente de las Agulhas y hacia el norte hasta el ecuador.

Aún así, la brecha de investigación en curso de tres años resultó en una falta de datos in situ continuos, lo que dejó serias preguntas pendientes sobre cómo el Sistema de corriente de Agulhas cambia el AMOC e influye en el clima global, con otras preguntas planteadas más cerca de casa. "No es solo el Norte Global el que se ve afectado [por las Agulhas], sino también el Sur Global", dice Morris.

El sistema Agulhas influye en el desarrollo de tormentas regionales y puede causar estragos en forma de lluvias extremas y tornados en el sur de África. El calentamiento del Sistema de Corrientes de Agulhas desde la década de 1980 puede haber aumentado la sensibilidad del ciclo hidrológico africano a los efectos de El Niño/Oscilación del Sur, pero los investigadores no están seguros.

"Es probable que la corriente cambiante afecte las precipitaciones, lo que a su vez afectará a múltiples industrias integrales como la agricultura", explica Morris. Ella dice que los cambios actuales también podrían ser perjudiciales para los prolíficos viveros de peces del Agulhas Bank, que son clave para el futuro de los ricos caladeros de la costa.

"Pero, de nuevo, puede que no", dice ella. "Simplemente no sabemos."

"No puedo exagerar la importancia de tener mediciones continuas del sistema Agulhas", dice Beal, "y no hay nadie más que pueda hacerlo aparte de Sudáfrica".

Pero los obstáculos se avecinan, especialmente el dinero.

Los desafíos incluyen encontrar financiamiento para adquirir infraestructura de investigación para medir parámetros in situ a lo largo de la corriente de Agulhas en múltiples ubicaciones estratégicas; al tiempo que obtiene suficiente instrumentación para la redundancia; y contar con un equipo de personas técnicamente capacitadas para respaldar esta empresa masiva en todas las ubicaciones, dice Modise.

"Una vez que se tiene tanto la capacidad humana como la infraestructura de equipos", concluye, "se necesita el presupuesto y la disponibilidad de un barco de investigación adecuado para desplegar, mantener y recuperar equipos en el mar".

Investigaciones recientes también han puesto de relieve otras preocupaciones crónicas, incluidas las prioridades socioeconómicas de amplio alcance de Sudáfrica que compiten por la escasa financiación estatal; falta de integración estratégica y cooperación entre los departamentos gubernamentales; el equipo no siempre cumple con los estándares internacionales; falta de oportunidades a largo plazo para retener y formar expertos; y el exceso de compromiso del personal técnico.

Aún así, dice Hermes, el futuro parece emocionante y brillante. Los proyectos de investigación deben centrarse en desarrollar la capacidad existente en África, en lugar de desarrollar nueva capacidad en África, dice. Modise señala que Sudáfrica ha llevado a cabo con éxito proyectos de oceanografía reconocidos internacionalmente. "El departamento ha estado monitoreando el intercambio de calor y sal entre la cuenca del Océano Índico y el Atlántico Sur, así como las intrusiones del Océano Austral como un estudio climático más amplio con socios internacionales", dice.

Mientras tanto, de regreso en el SA Agulhas II en julio, Morris escribió el informe del crucero mientras el barco se dirigía a Ciudad del Cabo, documentando cómo, en lugar de lograr el transecto ASCA, los investigadores a bordo estudiaron un remolino ciclónico que se formó en una ensenada en el continente. estante a lo largo de su ruta ajustada. Tal vez no eran los datos que buscaban, pero tal vez ayudaría a resolver los muchos acertijos de Agulhas.

Hermes, que no estaba a bordo, no se sorprende. "En África, haces un plan, haces un plan", dice. “No tenemos la cantidad de expertos necesarios y no tenemos el dinero, pero aprovechamos al máximo lo que tenemos”.

Imagen del encabezado: Despliegue de un globo meteorológico del SA Agulhas II. Imagen de Petro Kotzé.

Citas:

Beal, LM y Elipot, S. (2016). Ampliación, no fortalecimiento de la corriente de Agulhas desde principios de la década de 1990. Naturaleza, 540, 570–573. doi:10.1038/naturaleza19853

Beal, LM, De Ruijter, WP, Biastoch, A., Zahn, R. y SCOR/WCRP/IAPSO Working Group 136. (2011). Sobre el papel del sistema Agulhas en la circulación oceánica y el clima. Naturaleza, 472, 429–436. doi:10.1038/naturaleza09983

Morris, T., Hermes, J., Beal, L., Du Plessis, M., Duncombe Rae, C., Gulekana, M., … Ansorge, IJ (2017). La importancia de monitorear la Gran Corriente de Agulhas y sus intercambios interoceánicos utilizando grandes arreglos de amarre. Revista Sudafricana de Ciencias, 113(7-8). doi:10.17159/sajs.2017/20160330

McMonigal, K., Beal, LM, Elipot, S., Gunn, KL, Hermes, J., Morris, T. y Houk, A. (2020). El impacto de los meandros, la profundización y la ampliación, y la estacionalidad en la variabilidad de la temperatura actual de Agulhas. Revista de oceanografía física, 50(12), 3529-3544. doi:10.1175/JPO-D-20-0018.1

Gunn, KL, Beal, LM, Elipot, S., McMonigal, K. y Houk, A. (2020). Mezcla de aguas subtropicales, centrales e intermedias impulsada por el desplazamiento y pulsación de la corriente de Agulhas. Revista de oceanografía física, 50(12), 3545-3560. doi:10.1175/JPO-D-20-0093.1

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