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Microcapa de la superficie del mar

Las manchas marinas pueden proporcionar valiosos viveros para las larvas marinas

La microcapa de la superficie del mar ( SML ) es la interfaz límite entre la atmósfera y el océano , que cubre aproximadamente el 70% de la superficie de la  Tierra . Con un espesor definido operativamente entre 1 y 1.000 μm (1,0  mm ), la SML tiene propiedades fisicoquímicas y biológicas que son mensurablemente distintas de las aguas subyacentes. Estudios recientes indican ahora que la SML cubre el océano en una extensión significativa, y la evidencia muestra que es un entorno de biopelícula enriquecido con agregados con comunidades microbianas distintas . Debido a su posición única en la interfaz aire-mar, la SML es central para una variedad de procesos biogeoquímicos marinos globales y relacionados con el clima. [1]

La microcapa de la superficie del mar es la capa límite donde se produce todo el intercambio entre la atmósfera y el océano. [2] Las propiedades químicas, físicas y biológicas de la microcapa de la superficie del mar difieren en gran medida de las del agua subterránea que se encuentra a solo unos centímetros por debajo. [3]

A pesar de la enorme extensión de la superficie del océano, hasta ahora se ha prestado relativamente poca atención a la microcapa de la superficie del mar (SML) como la interfaz última donde se produce el intercambio de calor , momento y masa entre el océano y la atmósfera. A través de la SML, los cambios ambientales a gran escala en el océano, como el calentamiento , la acidificación , la desoxigenación y la eutrofización, influyen potencialmente en la formación de nubes , la precipitación y el balance de radiación global . Debido a la profunda conectividad entre los procesos biológicos, químicos y físicos, los estudios de la SML pueden revelar múltiples sensibilidades a los cambios globales y regionales. [4]

Comprender los procesos que se producen en la superficie del océano, en particular los que afectan a la capa superficial del mar como interfaz importante y determinante, podría ser una contribución esencial para reducir las incertidumbres en relación con las retroalimentaciones océano-clima. En 2017, los procesos que ocurren dentro de la capa superficial del mar, así como las tasas asociadas de intercambio de material a través de ella, seguían siendo poco comprendidos y rara vez se representaban en los modelos numéricos marinos y atmosféricos. [4]

Descripción general

La microcapa de la superficie del mar (SML) es la interfaz límite entre la atmósfera y el océano, y cubre aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra. La SML tiene propiedades fisicoquímicas y biológicas que son claramente distintas de las aguas subyacentes. Debido a su posición única en la interfaz aire-mar, la SML es fundamental para una variedad de procesos biogeoquímicos y relacionados con el clima globales. Aunque se conoce desde hace seis décadas, la SML a menudo ha permanecido en un nicho de investigación distinto, principalmente porque no se pensaba que existiera en condiciones oceánicas típicas. Estudios recientes indican ahora que la SML cubre el océano en una extensión significativa, [5] destacando su relevancia global como la capa límite que une dos componentes principales del sistema terrestre: el océano y la atmósfera. [1]

En 1983, Sieburth planteó la hipótesis de que la SML era una capa similar a un gel hidratado formada por una mezcla compleja de carbohidratos , proteínas y lípidos . [6] En los últimos años, su hipótesis se ha confirmado y la evidencia científica indica que la SML es un entorno de biopelícula enriquecido con agregados con comunidades microbianas distintas. [7] En 1999, Ellison et al. estimaron que 200 Tg C año −1 (200 millones de toneladas de carbono por año) se acumulan en la SML, de forma similar a las tasas de sedimentación del carbono en el fondo marino del océano, aunque el carbono acumulado en la SML probablemente tiene un tiempo de residencia muy corto . [8] Aunque el volumen total de la microcapa es muy pequeño en comparación con el volumen del océano, Carlson sugirió en su artículo seminal de 1993 que pueden ocurrir reacciones interfaciales únicas en la SML que pueden no ocurrir en el agua subyacente o a un ritmo mucho más lento allí. [9] Por lo tanto, planteó la hipótesis de que el SML desempeña un papel importante en la diagénesis del carbono en el océano superior. [9] Las propiedades similares a las de una biopelícula y la mayor exposición posible a la radiación solar conducen a una suposición intuitiva de que el SML es un microrreactor bioquímico. [10] [1]

La microcapa de la superficie del mar como microrreactor bioquímico [1]
  1. Orientación química única, reacción y agregación [9]
  2. Distintas comunidades microbianas que procesan materia orgánica disuelta y particulada [6]
  3. La mayor exposición a la radiación solar provoca reacciones fotoquímicas y la formación de radicales [11]

Históricamente, la SML se ha resumido como un microhábitat compuesto de varias capas que se distinguen por sus propiedades ecológicas, químicas y físicas con un espesor total operativo de entre 1 y 1000 μm. En 2005, Hunter definió la SML como una "porción microscópica de la superficie del océano que está en contacto con la atmósfera y que puede tener propiedades físicas, químicas o biológicas que son mensurablemente diferentes de las de las aguas subterráneas adyacentes". [12] Evita un rango definido de espesor, ya que depende en gran medida de la característica de interés. Se ha medido un espesor de 60 μm en función de cambios repentinos del pH, [13] y podría usarse significativamente para estudiar las propiedades fisicoquímicas de la SML. Con ese espesor, la SML representa una capa laminar, libre de turbulencias, y que afecta en gran medida el intercambio de gases entre el océano y la atmósfera. Como hábitat para los neuston (organismos que viven en la superficie, desde bacterias hasta sifonóforos más grandes), el espesor de la capa superficial del mar depende en cierta medida del organismo o la característica ecológica de interés. En 2005, Zaitsev describió la capa superficial del mar y la capa cercana a la superficie asociada (hasta 5 cm) como una incubadora o vivero para huevos y larvas de una amplia gama de organismos acuáticos. [14] [1]

La definición de Hunter incluye todas las capas interconectadas desde la capa laminar hasta la guardería sin referencia explícita a profundidades definidas. [15] En 2017, Wurl et al. propusieron que la definición de Hunter se validara con un paradigma de SML rediseñado que incluye su presencia global, propiedades similares a las de las biopelículas y su función como guardería. El nuevo paradigma lleva al SML a un contexto nuevo y más amplio, relevante para muchas ciencias oceánicas y climáticas. [1]

Según Wurl et al. , la SML nunca puede estar desprovista de compuestos orgánicos debido a la abundancia de sustancias activas en la superficie del océano (por ejemplo, surfactantes)  [5] y al fenómeno de la tensión superficial en las interfaces aire-líquido. [16] La SML es análoga a la capa límite térmica, y la teledetección de la temperatura de la superficie del mar muestra anomalías ubicuas entre la piel de la superficie del mar y la temperatura a granel. [17] Aun así, las diferencias en ambos son impulsadas por diferentes procesos. El enriquecimiento, definido como las relaciones de concentración de un analito en la SML con el agua a granel subyacente, se ha utilizado durante décadas como evidencia de la existencia de la SML. En consecuencia, las disminuciones de compuestos orgánicos en la SML son discutibles; Sin embargo, es probable que la cuestión del enriquecimiento o agotamiento sea una función del espesor de la capa superficial del mar (que varía con el estado del mar; [18] incluyendo pérdidas por la pulverización marina, las concentraciones de materia orgánica en el agua a granel, [5] y las limitaciones de las técnicas de muestreo para recolectar capas delgadas. [19] El enriquecimiento de surfactantes y los cambios en la temperatura y salinidad de la superficie del mar sirven como indicadores universales de la presencia de la capa superficial del mar. Los organismos son quizás menos adecuados como indicadores de la capa superficial del mar porque pueden evitarla activamente y/o las duras condiciones en la capa superficial del mar pueden reducir sus poblaciones. Sin embargo, el espesor de la capa superficial del mar sigue siendo "operativo" en los experimentos de campo porque el espesor de la capa recolectada está gobernado por el método de muestreo. Se necesitan avances en la tecnología de muestreo de la capa superficial del mar para mejorar nuestra comprensión de cómo la capa superficial del mar influye en las interacciones aire-mar. [1]

Los hábitats marinos superficiales se encuentran en la interfaz entre la atmósfera y el océano. El hábitat similar a una biopelícula en la superficie del océano alberga microorganismos que viven en la superficie, comúnmente conocidos como neuston . [20] La microcapa de la superficie del mar (SML) constituye la capa más superior del océano, con solo 1–1000 μm de espesor, con propiedades químicas y biológicas únicas que la distinguen del agua subyacente (ULW). [21] [2] Debido a la ubicación en la interfaz aire-mar, la SML puede influir en los procesos de intercambio a través de esta capa límite, como el intercambio de gases aire-mar y la formación de aerosoles de rocío marino. [2] [22] [23] [4] [24]

Debido a su posición exclusiva entre la atmósfera y la hidrosfera y al abarcar alrededor del 70% de la superficie de la Tierra, la microcapa de la superficie del mar (SML-mar) se considera un componente fundamental en los procesos de intercambio aire-mar y en el ciclo biogeoquímico. [7] Aunque tiene un espesor menor de <1000 μm, [2] la esquiva SML es conocida desde hace tiempo por sus características fisicoquímicas distintivas en comparación con el agua subyacente, [25] por ejemplo, al presentar la acumulación de materia orgánica disuelta y particulada, [25] [26] partículas de exopolímero transparentes (TEP) y moléculas tensioactivas. [27] [22] Por lo tanto, la SML es una biopelícula gelatinosa, [28] que mantiene la estabilidad física a través de fuerzas de tensión superficial. [29] También forma un vasto hábitat para diferentes organismos, denominados colectivamente como neuston  [29] con una estimación global reciente de 2 × 1023 células microbianas para la SML-mar. [30] [20]

La vida en las interfaces aire-agua nunca se ha considerado fácil, principalmente debido a las duras condiciones ambientales que influyen en la LMS. [31] Sin embargo, con frecuencia se informó de una gran abundancia de microorganismos, especialmente bacterias y picofitoplancton, acumulándose en la LMS en comparación con el agua subyacente, [26] [32] [33] acompañada de una actividad heterotrófica predominante. [34] [35] [36] Esto se debe a que la producción primaria en la interfaz inmediata aire-agua a menudo se ve obstaculizada por la fotoinhibición. [37] [38] Sin embargo, algunas excepciones de organismos fotosintéticos, por ejemplo, Trichodesmium, Synechococcus o Sargassum, muestran más tolerancia a las altas intensidades de luz y, por lo tanto, pueden enriquecerse en la LMS. [26] [39] [40] Investigaciones anteriores han proporcionado evidencia de que los organismos neustónicos pueden hacer frente a la energía del viento y las olas, [32] [41] [42] la radiación solar y ultravioleta (UV), [43] [44] [45] las fluctuaciones de temperatura y salinidad, [46] [47] y un mayor riesgo potencial de depredación por parte del zooneuston. [48] Además, la acción del viento que promueve la formación de rocío marino y burbujas que se elevan desde aguas más profundas y estallan en la superficie liberan microbios asociados al SML a la atmósfera. [49] Además de estar más concentrados en comparación con sus contrapartes planctónicas, el bacterioneuston, las algas y los protistas muestran composiciones comunitarias distintivas en comparación con el agua subyacente, tanto en hábitats marinos  [29] [39] [40] [41] [50] [51] como de agua dulce. [52] [53] Además, la composición de la comunidad bacteriana a menudo dependía del dispositivo de muestreo de SML que se usara. [54] [55] [56] Si bien la composición de la comunidad bacteriana está bien definida, poco se sabe sobre los virus en la LMS, es decir, el virioneuston. Esta revisión se centra en la dinámica virus-bacteria en las interfaces aire-agua, incluso si los virus probablemente interactúan con otros microbios de la LMS, incluidas las arqueas y el fitoneuston, como se puede deducir de la interferencia viral con sus contrapartes planctónicas. [57] [58] Aunque los virus se mencionaron brevemente como componentes fundamentales de la LMS en una revisión reciente sobre este hábitat único, [4] aún falta en la literatura una sinopsis del conocimiento emergente y las principales lagunas de investigación con respecto a los bacteriófagos en las interfaces aire-agua. [20]

Propiedades

Los compuestos orgánicos como aminoácidos , carbohidratos , ácidos grasos y fenoles están altamente enriquecidos en la interfaz SML. La mayoría de estos provienen de la biota en las aguas subterráneas, que se descomponen y se transportan a la superficie, [59] [60] aunque también existen otras fuentes como la deposición atmosférica , la escorrentía costera y la nutrificación antropogénica. [2] La concentración relativa de estos compuestos depende de las fuentes de nutrientes, así como de las condiciones climáticas , como la velocidad del viento y la precipitación . [60] Estos compuestos orgánicos en la superficie crean una "película", denominada "mancha" cuando es visible, [3] que afecta las propiedades físicas y ópticas de la interfaz. Estas películas se producen debido a las tendencias hidrófobas de muchos compuestos orgánicos, lo que hace que sobresalgan en la interfaz aire-aire. [2] [61] La existencia de surfactantes orgánicos en la superficie del océano impide la formación de olas para velocidades de viento bajas. Para concentraciones crecientes de surfactante hay una velocidad crítica del viento creciente necesaria para crear olas oceánicas. [2] [3] El aumento de los niveles de compuestos orgánicos en la superficie también dificulta el intercambio de gases entre el aire y el mar a bajas velocidades del viento. [62] Una forma en que las partículas y los compuestos orgánicos de la superficie se transportan a la atmósfera es el proceso llamado "estallido de burbujas". [2] [63] Las burbujas generan la mayor parte de los aerosoles marinos . [62] [64] [65] Pueden dispersarse a alturas de varios metros, recogiendo cualquier partícula que se adhiera a su superficie. Sin embargo, el principal proveedor de materiales proviene de la SML. [59]

Procesos

Procesos de transporte a través de la microcapa de la superficie del mar [4]

Las superficies e interfaces son zonas críticas donde ocurren importantes intercambios físicos, químicos y biológicos. Como el océano cubre 362 millones de km2 , aproximadamente el 71% de la superficie de la Tierra, la interfaz océano-atmósfera es plausiblemente una de las interfaces más grandes e importantes del planeta. Cada sustancia que entra o sale del océano desde o hacia la atmósfera pasa a través de esta interfaz, que en el lado del agua -y en menor medida en el lado del aire- muestra propiedades físicas, químicas y biológicas distintivas. En el lado del agua, los 1 a 1000 μm superiores de esta interfaz se denominan microcapa de la superficie del mar (SML). [66] Como una piel, se espera que la SML controle las tasas de intercambio de energía y materia entre el aire y el mar, ejerciendo así potencialmente impactos tanto a corto como a largo plazo en varios procesos del sistema terrestre, incluido el ciclo biogeoquímico, la producción y absorción de gases radiactivamente activos como el CO2 o el DMS, [67] y, en última instancia, la regulación del clima. [68] En 2017, los procesos que ocurren dentro de la capa superficial del mar, así como las tasas asociadas de intercambio de material a través de ella, seguían siendo poco comprendidos y rara vez se representaban en los modelos numéricos marinos y atmosféricos. [4]

Una mejor comprensión de los procesos biológicos, químicos y físicos en la superficie del océano podría proporcionar una contribución esencial a la reducción de las incertidumbres relacionadas con las reacciones entre océano y clima. Debido a su ubicación entre la atmósfera y el océano, la capa superficial del mar es la primera en estar expuesta a los cambios climáticos, incluidos la temperatura, los gases traza relevantes para el clima, la velocidad del viento y las precipitaciones, así como a la contaminación por desechos humanos, incluidos nutrientes, toxinas, nanomateriales y desechos plásticos. [4]

Bacterioneuston

El término neuston describe los organismos en la SML y fue sugerido por primera vez por Naumann en 1917. [69] Al igual que en otros ecosistemas marinos, las comunidades de bacterioneuston tienen papeles importantes en el funcionamiento de la SML. [70] La composición de la comunidad de bacterioneuston de la SML se ha analizado y comparado con el agua subyacente en diferentes hábitats con resultados variables, y se ha centrado principalmente en las aguas costeras y los mares de plataforma, con un estudio limitado del océano abierto. [71] [29] [50] En el Mar del Norte, se encontró una comunidad bacteriana distintiva en la SML con Vibrio spp. y Pseudoalteromonas spp. dominando el bacterioneuston. [29] Durante una floración de fitoplancton inducida artificialmente en un experimento de mesocosmos de fiordo, las bandas de electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante (DGGE) más dominantes del bacterioneuston consistieron en dos familias bacterianas: Flavobacteriaceae y Alteromonadaceae . [50] Sin embargo, otros estudios han encontrado pocas o ninguna diferencia en la composición de la comunidad bacteriana de la SML y la ULW. [71] [72] Pueden surgir dificultades en las comparaciones directas entre estudios debido a los diferentes métodos utilizados para muestrear la SML, que dan como resultado profundidades de muestreo variadas. [73] [56] [70] [24]

Aún se sabe menos sobre los mecanismos de control de la comunidad en la SML y cómo la comunidad bacteriana se reúne en la interfaz aire-mar. La comunidad de bacterioneuston podría verse alterada por diferentes condiciones de viento y niveles de radiación, [44] [74] [41] [42] con altas velocidades del viento inhibiendo la formación de una comunidad de bacterioneuston distinta. [41] [42] La velocidad del viento y los niveles de radiación se refieren a controles externos, sin embargo, la composición de la comunidad de bacterioneuston también podría verse influenciada por factores internos como la disponibilidad de nutrientes y materia orgánica (OM) producida ya sea en la SML o en el ULW. [75] [76] [77] [24]

Uno de los principales componentes de la materia orgánica que se enriquece de manera constante en la LMS son las partículas exopoliméricas transparentes (PET), [78] [79] [80] que son ricas en carbohidratos y se forman por la agregación de precursores disueltos excretados por el fitoplancton en la zona eufótica . [81] [82] [83] [84] Se han propuesto tasas de formación de PET más altas en la LMS, facilitadas por la cizalladura del viento y la dilatación del agua superficial, como una explicación del enriquecimiento observado en PET. [79] [85] Además, debido a su flotabilidad positiva natural, cuando no están lastradas por otras partículas adheridas a ellas, las PET ascienden a través de la columna de agua y finalmente terminan en la LMS. [86] Una segunda vía posible de las PET desde la columna de agua hasta la LMS es mediante la eliminación de burbujas. [87] [24]

Además de las burbujas ascendentes, otro mecanismo de transporte potencial para las bacterias desde el ULW al SML podrían ser las partículas ascendentes  [71] [74] o más específicamente TEP. [86] Las bacterias se adhieren fácilmente a TEP en la columna de agua . [88] [89] [90] TEP puede servir como puntos calientes microbianos y puede usarse directamente como sustrato para la degradación bacteriana, [91] [92] [93] y como protección de pastoreo para las bacterias adheridas, por ejemplo, actuando como una fuente de alimento alternativa para el zooplancton. [94] [95] [96] También se ha sugerido que TEP sirve como protección lumínica para microorganismos en entornos con alta irradiación. [97] [24]

Virioneuston

Dinámica viral-bacteriana en la microcapa superficial (SML) del océano y más allá. DOM = materia orgánica disuelta , UV = ultravioleta . [20]

Los virus en la microcapa de la superficie del mar, el llamado virioneuston , han despertado recientemente el interés de los investigadores como entidades biológicas enigmáticas en las capas superficiales limítrofes con impactos ecológicos potencialmente importantes. Dado que esta vasta interfaz aire-agua se encuentra en la intersección de los principales procesos de intercambio aire-agua que abarcan más del 70% de la superficie global, es probable que tenga profundas implicaciones para los ciclos biogeoquímicos marinos , en el circuito microbiano y el intercambio de gases, así como en la estructura de la red alimentaria marina , la dispersión global de virus transmitidos por el aire que se originan en la microcapa de la superficie del mar y la salud humana. [20]

Los virus son las entidades biológicas más abundantes en la columna de agua de los océanos del mundo. [98] En la columna de agua libre, el virioplancton normalmente supera en número al bacterioplancton en un orden de magnitud, alcanzando concentraciones típicas en agua a granel de 10 7 virus mL −1 . [99] Además, se sabe que son partes integrales de los ciclos biogeoquímicos globales [99] para dar forma e impulsar la diversidad microbiana  [100] y para estructurar las redes tróficas. [101] Al igual que otros miembros del neuston, el virioneuston probablemente se origina a partir del agua de mar a granel. Por ejemplo, en 1977 Baylor et al. postularon la adsorción de virus en burbujas de aire a medida que suben a la superficie, [102] o los virus pueden adherirse a partículas orgánicas  [103] que también son transportadas a la LMS a través de la limpieza de burbujas. [104] [20]

Dentro de la SML, los virus que interactúan con el bacterioneuston probablemente inducirán la derivación viral, un fenómeno que es bien conocido en los sistemas pelágicos marinos. El término derivación viral describe la liberación de carbono orgánico y otros compuestos nutritivos de la lisis mediada por virus de las células hospedadoras, y su adición al depósito local de materia orgánica disuelta (DOM). [105] El bacterioneuston enriquecido y densamente empaquetado forma un objetivo excelente para los virus en comparación con el bacterioplancton que puebla el subsuelo. Esto se debe a que un alto número de células hospedadoras aumentará la probabilidad de encuentros entre el hospedador y el virus. La derivación viral podría contribuir de manera efectiva al ya alto contenido de DOM de la SML, mejorando la producción bacteriana como se sugirió previamente para los ecosistemas pelágicos  [101] y, a su vez, reponiendo las células hospedadoras para las infecciones virales. Al afectar el depósito de DOM, los virus en la SML podrían interferir directamente con el ciclo microbiano que se inicia cuando la DOM se recicla microbianamente, se convierte en biomasa y se transmite a lo largo de la red alimentaria. Además, la liberación de DOM de las células huésped lisadas por los virus contribuye a la generación de partículas orgánicas. [106] Sin embargo, nunca se ha investigado el papel del virioneuston para el bucle microbiano. [20]

Medición

Los dispositivos utilizados para muestrear las concentraciones de partículas y compuestos del SML incluyen una tela de vidrio, pantallas de malla metálica y otras superficies hidrófobas. Estas se colocan en un cilindro giratorio que recoge muestras de la superficie a medida que gira sobre la superficie del océano. [107]

El muestreador de placa de vidrio es de uso común. [108] Fue descrito por primera vez en 1972 por Harvey y Burzell como un método simple pero efectivo para recolectar pequeñas muestras de microcapas de la superficie del mar.  [109] Una placa de vidrio limpia se sumerge verticalmente en el agua y luego se retira de manera controlada. Harvey y Burzell utilizaron una placa de 20 cm cuadrados y 4 mm de espesor. La retiraron del mar a una velocidad de 20 cm por segundo. [109] Por lo general, los 20–150 μm superiores de la microcapa de la superficie se adhieren a la placa a medida que se retira. [68] Luego, la muestra se limpia de ambos lados de la placa en un vial de muestreo. [110]

Para una placa del tamaño utilizado por Harvey y Burzel, los volúmenes de muestra resultantes oscilan entre 3 y 12 centímetros cúbicos. El espesor h de la capa de revestimiento de la muestra en micrómetros se obtiene de la siguiente manera:

donde V es el volumen de la muestra en cm 3 , A es el área total de la placa sumergida de ambos lados en cm 2 y N es el número de veces que se sumergió la muestra. [110]

Teledetección

Bacterias, manchas marinas y teledetección por satélite. Los surfactantes son capaces de amortiguar las olas capilares cortas de la superficie del océano y suavizar la superficie del mar. La teledetección por satélite con radar de apertura sintética (SAR) puede detectar áreas con surfactantes concentrados o manchas marinas, que aparecen como áreas oscuras en las imágenes SAR. [111]

Los hábitats de la superficie del océano se encuentran en la interfaz entre el océano y la atmósfera. El hábitat similar a una biopelícula en la superficie del océano alberga microorganismos que viven en la superficie, comúnmente conocidos como neuston . Esta vasta interfaz aire-agua se encuentra en la intersección de los principales procesos de intercambio aire-agua que abarcan más del 70% de la superficie global. Las bacterias en la microcapa superficial del océano, llamadas bacterioneuston , son de interés debido a aplicaciones prácticas como el intercambio de gases de efecto invernadero entre el aire y el mar, la producción de aerosoles marinos activos en el clima y la teledetección del océano. [111] De interés específico es la producción y degradación de surfactantes (materiales activos en la superficie) a través de procesos bioquímicos microbianos. Las principales fuentes de surfactantes en el océano abierto incluyen el fitoplancton, [112] la escorrentía terrestre y la deposición de la atmósfera. [111]

A diferencia de las floraciones de algas coloreadas, las bacterias asociadas a los surfactantes pueden no ser visibles en las imágenes en color del océano. Tener la capacidad de detectar estas bacterias "invisibles" asociadas a los surfactantes mediante un radar de apertura sintética tiene enormes beneficios en todas las condiciones climáticas, independientemente de las nubes, la niebla o la luz del día. [111] Esto es particularmente importante en vientos muy fuertes, porque estas son las condiciones en las que se producen los intercambios de gases aire-mar y la producción de aerosoles marinos más intensos. Por lo tanto, además de las imágenes satelitales en color, las imágenes satelitales SAR pueden proporcionar información adicional sobre un panorama global de los procesos biofísicos en el límite entre el océano y la atmósfera, los intercambios de gases de efecto invernadero aire-mar y la producción de aerosoles marinos activos para el clima. [111]

Aeroplancton

La espuma del mar que contiene microorganismos marinos puede ser arrastrada a lo alto de la atmósfera y viajar alrededor del mundo como aeroplancton antes de caer de nuevo a la Tierra.

Una corriente de microorganismos transportados por el aire, incluidos virus marinos , bacterias y protistos , circula por el planeta por encima de los sistemas meteorológicos pero por debajo de las rutas aéreas comerciales. [113] Algunos microorganismos peripatéticos son arrastrados por las tormentas de polvo terrestres, pero la mayoría se originan a partir de microorganismos marinos en el rocío del mar . En 2018, los científicos informaron que cientos de millones de estos virus y decenas de millones de bacterias se depositan diariamente en cada metro cuadrado alrededor del planeta. [114] [115]

En comparación con las aguas subterráneas, la microcapa de la superficie del mar contiene una concentración elevada de bacterias y virus , así como metales tóxicos y contaminantes orgánicos. [2] [116] [117] [118] [119] Estos materiales pueden transferirse desde la superficie del mar a la atmósfera en forma de aerosoles acuosos generados por el viento debido a su alta tensión de vapor y un proceso conocido como volatilización . [63] Cuando están en el aire, estos microbios pueden transportarse largas distancias a las regiones costeras. Si golpean la tierra, pueden tener efectos perjudiciales para los animales, la vegetación y la salud humana. [120] Los aerosoles marinos que contienen virus pueden viajar cientos de kilómetros desde su fuente y permanecer en forma líquida siempre que la humedad sea lo suficientemente alta (más del 70%). [121] [122] [123] Estos aerosoles pueden permanecer suspendidos en la atmósfera durante aproximadamente 31 días. [59] La evidencia sugiere que las bacterias pueden permanecer viables después de ser transportadas tierra adentro a través de aerosoles. Algunos alcanzaron hasta 200 metros a 30 metros sobre el nivel del mar. [124] También se observó que el proceso que transfiere este material a la atmósfera provoca un mayor enriquecimiento tanto de bacterias como de virus en comparación con el SML o las aguas subterráneas (hasta tres órdenes de magnitud en algunos lugares). [125] [124]

Modelado matemático

Modelo de película estancada que muestra el intercambio de gases entre una atmósfera mixta y un océano mixto con una película intermedia con un espesor Z

El modelo de película estancada es un modelo matemático utilizado para simular la microcapa de la superficie del mar. Es un modelo cinemático que se puede utilizar para describir cómo el intercambio de gases entre la superficie del océano y la atmósfera alcanza el equilibrio . [126] [127] El modelo supone que tanto el océano como la atmósfera están compuestos principalmente de capas de fluidos bien mezclados y en constante movimiento con la microcapa de la superficie del mar presente como una capa de película delgada permanente en el medio. El intercambio de gases se produce por difusión molecular entre las dos capas de fluidos a través de la microcapa de la superficie del mar. [126] [128]

Véase también

Referencias

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