miniaturadeimagen|400x400px|<br> secuestro en el océano La fertilización de los océanos o la nutrición de los océanos es un tipo de tecnología para la eliminación de dióxido de carbono del océano basada en la introducción deliberada de nutrientes vegetales en la parte superior del océano para aumentar la producción de alimentos marinos y eliminar el dióxido de carbono de la atmósfera. La fertilización con nutrientes del océano, por ejemplo , la fertilización con hierro, podría estimular la fotosíntesis en el fitoplancton . El fitoplancton convertiría el dióxido de carbono disuelto del océano en carbohidratos, algunos de los cuales se hundirían en las profundidades del océano antes de oxidarse. Más de una docena de experimentos en mar abierto confirmaron que agregar hierro al océano aumenta la fotosíntesis en el fitoplancton hasta 30 veces.
Este es uno de los enfoques de eliminación de dióxido de carbono (CDR) mejor investigados; sin embargo, este enfoque solo secuestraría carbono en una escala de tiempo de 10 a 100 años dependiendo de los tiempos de mezcla del océano. Si bien la acidez de la superficie del océano puede disminuir como resultado de la fertilización con nutrientes, cuando la materia orgánica que se hunde se remineraliza, la acidez del océano profundo aumentará. Un informe de 2021 sobre CDR indica que existe una confianza media-alta de que la técnica podría ser eficiente y escalable a bajo costo, con riesgos ambientales medios. Uno de los riesgos clave de la fertilización con nutrientes es el robo de nutrientes, un proceso por el cual el exceso de nutrientes utilizados en un lugar para mejorar la productividad primaria, como en un contexto de fertilización, no están disponibles para la productividad normal aguas abajo. Esto podría resultar en impactos en el ecosistema mucho más allá del sitio original de fertilización.
Se han propuesto varias técnicas, incluida la fertilización con el micronutriente hierro (llamada fertilización con hierro) o con nitrógeno y fósforo (ambos macronutrientes). Algunas investigaciones realizadas a principios de la década de 2020 sugerían que sólo podría secuestrar permanentemente una pequeña cantidad de carbono. Investigaciones más recientes sostienen que la fertilización con hierro es prometedora. Un informe especial de la NOAA calificó la fertilización con hierro de "potencial moderado en cuanto a coste, escalabilidad y tiempo de almacenamiento de carbono en comparación con otras ideas de secuestro marino".
Razón fundamental La cadena alimentaria marina se basa en la fotosíntesis del fitoplancton marino que combina carbono con nutrientes inorgánicos para producir materia orgánica. La producción está limitada por la disponibilidad de nutrientes, más comúnmente nitrógeno o hierro . Numerosos experimentos han demostrado cómo la fertilización con hierro puede aumentar la productividad del fitoplancton. El nitrógeno es un nutriente limitante en gran parte del océano y puede provenir de varias fuentes, incluida la fijación por cianobacterias . Las proporciones de carbono a hierro en el fitoplancton son mucho mayores que las proporciones de carbono a nitrógeno o de carbono a fósforo, por lo que el hierro tiene el mayor potencial de secuestro por unidad de masa añadida.
El carbono oceánico circula naturalmente entre la superficie y las profundidades a través de dos "bombas" de escala similar. La bomba de "solubilidad" es impulsada por la circulación oceánica y la solubilidad del CO 2 en agua de mar La bomba "biológica" es impulsada por el fitoplancton y el posterior asentamiento de partículas detríticas o la dispersión del carbono orgánico disuelto. El primero ha aumentado como consecuencia del aumento del CO 2 atmosférico concentración. Este sumidero de CO 2 se estima en aproximadamente 2 GtC año−1.
La población mundial de fitoplancton cayó alrededor del 40 por ciento entre 1950 y 2008, o alrededor del 1 por ciento por año. Los descensos más notables se produjeron en las aguas polares y en los trópicos. La disminución se atribuye al aumento de la temperatura de la superficie del mar. Un estudio separado encontró que las diatomeas, el tipo más grande de fitoplancton, disminuyó más del 1 por ciento por año entre 1998 y 2012, particularmente en los océanos Pacífico Norte, Índico Norte e Índico Ecuatorial. La disminución parece reducir la capacidad del fitoplancton para secuestrar carbono en las profundidades del océano.
La fertilización ofrece la posibilidad de reducir la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera con el fin de frenar el cambio climático y, al mismo tiempo, aumentar las poblaciones de peces mediante el aumento de la producción primaria . La reducción reduce la tasa de secuestro de carbono del océano en las profundidades del océano.
Cada área del océano tiene una tasa de secuestro base en alguna escala de tiempo, por ejemplo, anual. La fertilización debe aumentar esa tasa, pero debe hacerlo en una escala más allá de la escala natural. De lo contrario, la fertilización cambia el momento, pero no la cantidad total secuestrada. Sin embargo, la sincronización acelerada puede tener efectos beneficiosos para la producción primaria distintos de los del secuestro.
La producción de biomasa agota inherentemente todos los recursos (excepto el sol y el agua). O todos deben estar sujetos a fertilización o el secuestro eventualmente se verá limitado por el que se repone en su mayoría lentamente (después de una cantidad de ciclos) a menos que el último recurso limitante sea la luz solar y/o el área de superficie. Generalmente, el fosfato es el último nutriente limitante. A medida que se agote el fósforo oceánico (a través del secuestro), tendría que incluirse en el cóctel de fertilización suministrado desde fuentes terrestres.
Enfoques "Las opciones de fertilización del océano solo valen la pena si se mantienen en una escala de tiempo milenaria y la adición de fósforo puede tener un mayor potencial a largo plazo que la fertilización con hierro o nitrógeno". El fitoplancton requiere una variedad de nutrientes. Estos incluyen macronutrientes como nitrato y fosfato (en concentraciones relativamente altas) y micronutrientes como hierro y zinc (en cantidades mucho más pequeñas). Los requisitos de nutrientes varían según los grupos filogenéticos (p. ej., las diatomeas requieren silicio), pero es posible que no limiten individualmente la producción total de biomasa. La co-limitación (entre múltiples nutrientes) también puede significar que un nutriente puede compensar parcialmente la escasez de otro. El silicio no afecta la producción total, pero puede cambiar el tiempo y la estructura de la comunidad con efectos secundarios en los tiempos de remineralización y la subsiguiente distribución vertical de nutrientes mesopelágicos.
Las aguas ricas en nutrientes y bajas en clorofila (HNLC, por sus siglas en inglés) ocupan los sistemas de giros subtropicales de los océanos, aproximadamente el 40 por ciento de la superficie, donde el hundimiento impulsado por el viento y una fuerte termoclina impiden el reabastecimiento de nutrientes desde aguas más profundas. La fijación de nitrógeno por parte de las cianobacterias proporciona una fuente importante de N. En efecto, en última instancia evita que el océano pierda el N necesario para la fotosíntesis. El fósforo no tiene una ruta de suministro sustancial, lo que lo convierte en el macronutriente limitante final. Las fuentes que alimentan la producción primaria son las reservas de aguas profundas y la escorrentía o el polvo.
Fósforo A muy largo plazo, el fósforo "a menudo se considera el macronutriente limitante último en los ecosistemas marinos" y tiene un ciclo natural lento. Donde el fosfato es el nutriente limitante en la zona fótica, se espera que la adición de fosfato aumente la producción primaria de fitoplancton. Esta técnica puede proporcionar 0,83 W/m 2 de forzamiento negativo promedio global, que es suficiente para revertir el efecto de calentamiento de aproximadamente la mitad de los niveles actuales de antropogénico<br> emisiones. Un fertilizante soluble en agua es el fosfato diamónico (DAP), <br> <br> <br> , que a partir de 2008 tenía un precio de mercado de 1700/tonelada−1 de fósforo Usando ese precio y la relación C : P Redfield de 106 : 1 produce un costo de secuestro (excluyendo los costos de preparación e inyección) de unos $45/tonelada de carbono (2008), sustancialmente menor que el precio comercial de las emisiones de carbono.
Nitrógeno (urea) Esta técnica propone fertilizar el océano con urea, una sustancia rica en nitrógeno, para favorecer el crecimiento del fitoplancton . Note typo in paper Fig. 1. Las concentraciones de macronutrientes por área de la superficie del océano serían similares a las de los grandes afloramientos naturales. Una vez exportado desde la superficie, el carbono permanece secuestrado durante mucho tiempo.
Una empresa australiana, Ocean Nourishment Corporation (ONC), planeó inyectar cientos de toneladas de urea en el océano para impulsar el crecimiento de <br> -Fitoplancton absorbente, como forma de combatir el cambio climático. En 2007, ONC, con sede en Sídney, completó un experimento con una tonelada de nitrógeno en el mar de Sulu, frente a las Filipinas. Este proyecto fue criticado por muchas instituciones, incluida la Comisión Europea, debido a la falta de conocimiento de los efectos secundarios en el ecosistema marino.
La nutrición con macronutrientes puede proporcionar 0,38 W/m 2 de forzamiento negativo promedio global, que es suficiente para revertir el efecto de calentamiento de los niveles actuales de alrededor de una cuarta parte del antropogénico<br> emisiones. miniaturadeimagen|286x286px| Según Ramsay et al., la fertilización con urea podría dañar la rica biodiversidad marina del mar de Sulu (incluidos sus arrecifes de coral). En aguas con suficientes micronutrientes de hierro, pero con déficit de nitrógeno, la fertilización con urea es la mejor opción para el crecimiento de algas. La urea es el fertilizante más utilizado en el mundo, debido a su alto contenido de nitrógeno, bajo costo y alta reactividad hacia el agua. Cuando se expone a las aguas del océano, el fitoplancton metaboliza la urea a través de las enzimas ureasas para producir amoníaco .
<math xmlns="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"> CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH </math>CO(NH_2)_2 + H_2O ->[urease] NH_3 + NH_2COOH
El carbamato producto intermedio también reacciona con el agua para producir un total de dos moléculas de amoníaco.