De todos los mares del planeta, el Mar Negro tiene un perfil muy particular. Rodeado de tierra, podría incluso confundirse con un gran lago si no fuera porque está directamente conectado con el mar Mediterráneo a través del estrecho del Bósforo, una pequeña vía de agua de un kilómetro de ancho. Un mar rodeado de tierra que determina sus especiales características. “El principal suministro de agua al Mar Negro procede de los ríos. Especialmente el Danubio”, explica Arthur Capet, primer autor de la publicación sobre la disminución del oxígeno en el Mar Negro e investigador del MAST, dirigido por Marilaure Grégoire, directora de investigación de la FNRS. “Esta agua dulce, menos densa que la del mar, coloniza las capas superiores de la columna de agua sin mezclarse con las inferiores”. Porque las capas inferiores son mucho más salinas. El origen se encuentra al suroeste del Mar Negro, en el Bósforo. “Aquí se produce un intercambio con el Mar Mediterráneo en dos capas. El agua dulce de la superficie sale, y más abajo, el agua salada entra y se hunde directamente hacia los niveles más densos”

La estratificación permanente ligada a la salinidad, la haloclina, priva de oxígeno a las aguas profundas. La cadena alimentaria marina se desarrolla, por tanto, por encima de este límite por debajo del cual las aguas están desprovistas de oxígeno. “Sin embargo, la afluencia del Mediterráneo aporta una pequeña cantidad de oxígeno a las capas intermedias. No sólo contiene oxígeno, sino que, al descender, arrastra con él el agua superficial. Sin embargo, este oxígeno se consume muy rápidamente al descomponerse la materia orgánica”. Lo que ocurre es que la materia orgánica (plancton, algas, etc.), producida en la superficie por la fotosíntesis, se descompone o es consumida y expulsada por otras especies de la cadena trófica. En ambos casos, acaba hundiéndose. Como requiere oxígeno para descomponerse, las pocas reservas que existen en las capas inferiores se agotan.

“La zona oxigenada y por tanto habitable del Mar Negro es un espacio muy restringido. Lo es horizontalmente, porque la cuenca está casi completamente cerrada, y también verticalmente, debido a esta estratificación permanente. En comparación con otros mares, este volumen restringido está expuesto a importantes influencias externas. Por tanto, es más sensible y capaz de evolucionar rápidamente”, explica Arthur Capet. Este tipo de evolución es la que ha podido observar el investigador. Al recopilar los datos recogidos en los últimos 60 años, observó que la capa superior del Mar Negro, rica en oxígeno, se había reducido de 140 a 90 metros de profundidad. Cifras impresionantes que corresponden a una disminución de más del 40 % del volumen habitable.

La estratificación permanente frente a la estacional

El contenido de sal favorece la estratificación vertical permanente en el Mar Negro. A esta estratificación permanente se suma una estratificación estacional debida a la temperatura del agua. “En invierno”, continúa Arthur Capet, “las temperaturas más bajas, acompañadas de vientos más fuertes, hacen que el agua de la superficie sea más fría y más rica en oxígeno. Sin embargo, el agua fría es más densa que la caliente. Por tanto, esta agua fría se hunde y se lleva consigo el oxígeno que contiene. Esto crea un efecto de ventilación”. Este fenómeno periódico es el que suministra oxígeno a las capas más profundas. En el caso del Mediterráneo, las aguas superficiales enfriadas en invierno se hunden hasta el fondo, suministrando oxígeno a toda la cuenca. Sin embargo, en el Mar Negro, estas aguas quedan bloqueadas en la haloclina permanente, aunque sean más frías que las aguas profundas. En términos de densidad, la sal acaba ganando a la temperatura. Las aguas frías terminan aquí su viaje y conservan su oxígeno. En verano, las aguas superficiales se calientan y ya no se hunden, creando así una nueva estratificación de la columna de agua, la termoclina.

Para diagnosticar esta disminución de la capa superior rica en oxígeno, Arthur Capet tuvo que tener en cuenta dos fuentes de variabilidad que había que distinguir para evitar conclusiones sesgadas. Por un lado, la variabilidad temporal, que proporciona una visión de la evolución en el tiempo de la presencia de oxígeno en el mar, y por otro lado, la variabilidad espacial. “La penetración del oxígeno no es constante en todas las zonas. Especialmente cerca de las costas, donde la interacción entre la corriente y el fondo marino induce una mayor mezcla vertical, o cerca del estrecho del Bósforo. Fue necesario tener en cuenta todos los lugares donde se realizaron las mediciones para obtener una imagen clara de esta evolución en el tiempo. Además, había otra dificultad: las corrientes dominantes en el Mar Negro crean fuerzas que elevan la estructura vertical en el centro de la cuenca y la bajan en la periferia. Esto significa que, a la misma profundidad, el agua será menos densa cerca de la costa que en el centro de la cuenca”. En otras palabras, en lugar de formar un límite horizontal, la haloclina se asemeja a una cúpula. Para superar esta dificultad adicional, el investigador cuantificó la concentración de oxígeno expresando la profundidad en metros, por un lado, y en términos de densidad, por otro. Lo que permitió hallar una media coherente para el conjunto de la cuenca y establecer un perfil vertical global preciso para la columna de agua.

Las causas de este asombroso descenso

Varias bases de datos históricas contenían información, recogida durante varias campañas, sobre la distribución del oxígeno en el Mar Negro. Al compilar estas cifras y las recogidas por las boyas ARGO, que derivan libremente y envían información por satélite sobre la evolución de la temperatura, la salinidad y el oxígeno, fue posible comparar más de 4000 perfiles, tomados entre 1955 y 2015. Al proponer una media de todos estos diagnósticos y al inventariar la cantidad de oxígeno en el Mar Negro, la observación final fue muy precisa e inequívoca. La penetración de oxígeno disminuyó a lo largo de la segunda mitad del siglo XX, pasando de 140 metros en 1955 a apenas 90 metros en 2015.

Hubo dos causas sucesivas detrás de este descenso gradual. Inicialmente, una mayor abundancia de nutrientes; después, el calentamiento global. Hasta los años 90, la intensidad de la ventilación ligada a la dinámica de las aguas frías no disminuyó. Incluso aumentó en algunos años, durante los inviernos más duros. Por tanto, debería haber habido una mayor cantidad de oxígeno disuelto. Sin embargo, su concentración siguió disminuyendo en toda la columna de agua. Había que buscar la causa en otro lugar que en la reacción física ligada al clima. “En realidad”, contextualiza Arthur Capet, “esta escasez se explica por la amplia eutrofización de la cuenca durante este periodo. Corresponde a un importante auge económico en la URSS, cuando se desarrollaron enormes explotaciones y una ganadería extensiva. Además, este auge no iba acompañado de consideraciones medioambientales”. Los fertilizantes y los residuos orgánicos relacionados con la cría llegaron a los ríos y acabaron en el Mar Negro. Tenían un contenido muy alto de nitratos y fosfatos que fomentaban la producción primaria. “Al igual que los fertilizantes fomentan el crecimiento de las plantas, también influyen en la producción de algas. Estas algas consumen oxígeno cuando se descomponen o se consumen. Por tanto, una mayor biomasa conlleva un mayor consumo de oxígeno”. En 1990, esta afluencia de nutrientes disminuyó considerablemente. Una vez más, parece que se asoció a un contexto geopolítico y económico, ya que coincidió con la caída del imperio soviético y las dificultades económicas de la región. También es el momento en el que se aplicaron las primeras medidas medioambientales a gran escala.

Y sin embargo, el nivel de oxígeno no volvió a aumentar. Al contrario, se mantuvo igual durante varios años, en los que los inviernos fueron especialmente fríos, antes de volver a disminuir. Esta vez, el culpable fue el calentamiento global, al influir en la ventilación. Si los inviernos son más cálidos, se genera un menor volumen de agua densa, lo que reduce el contenido de oxígeno cuando estas aguas se hunden en la haloclina. “El fenómeno podría agravarse. Antes, esta formación de agua fría tenía lugar todos los años. Sin embargo, las cifras recogidas en los últimos diez años atestiguan una formación de agua fría cada vez más intermitente. Actualmente estamos analizando nuestros resultados, pero parece que esta ventilación, que antes era anual, ahora sólo tiene lugar cada dos o tres años. Todavía no podemos determinar las consecuencias de este fenómeno, pero en cualquier caso, estamos asistiendo a un sistema cambiante”

Además de una mezcla menos extensa y ocasional, este calentamiento oculta otro efecto que conduce a la desoxigenación. Una de las propiedades químicas del agua fría hace que se sature menos rápidamente que el agua caliente. Cuanto más fría esté el agua, más puede contener gas disuelto, que obviamente incluye oxígeno. A medida que se calienta, el agua superficial es cada vez más incapaz de acumular oxígeno. En consecuencia, el oxígeno no sólo deja de colonizar el Mar Negro en profundidad, sino que, además, su concentración disminuye en toda la columna de agua. La desoxigenación provocada por el aumento de la temperatura del agua es un problema global que afecta a todos los océanos. Hoy en día, el problema es tomado muy en serio por la comunidad científica.

Implicaciones a cuantificar

El estudio pretende sobre todo cuantificar los procesos físicos ligados a la columna de agua mediante la recogida y el análisis de los datos. La dinámica parece estar ya bien entendida, tanto en el espacio como en el tiempo. La gran incógnita sigue siendo la influencia que estas variaciones tendrán en el ecosistema. Los modelos que permiten estudiar los diferentes escenarios en el Mar Negro deben integrarse ahora con estos nuevos datos de haloclina, termoclina y oxiclina, para poder predecir con mayor precisión su impacto real. Sin embargo, ya se pueden explorar varias vías. “El Mar Negro se enfrenta claramente a una importante compresión de su zona habitable. Todo el ecosistema se forma en esta capa, desde el fitoplancton hasta los depredadores, que se desarrollan en las aguas más profundas. Toda la cadena trófica se organiza en la columna de agua en función de la presencia de luz o nutrientes. Las interacciones entre estos grupos tróficos, antes organizados en una profundidad de 140 metros, deben ahora encontrar un nuevo equilibrio en una profundidad de 90 metros. Esto tendrá un efecto ecológico y económico. La pesca, que es una de las principales actividades de la región, probablemente tendrá que adaptarse a esta reorganización” Según la FAO, las capturas ascendieron a 376.000 toneladas en 2013. Apenas dos veces menos que en el conjunto del Mediterráneo.

Un forastero tóxico

Un último proceso merece ser vigilado. Como ya se ha dicho, la biomasa consume oxígeno al descomponerse. Cuando no hay más oxígeno, esta biomasa sigue descomponiéndose, lo que lleva al consumo de sulfatos por parte de las bacterias y a la producción de sulfuro de hidrógeno (H2S), un gas altamente tóxico. La estratificación permanente del Mar Negro actúa como una tapa sobre las aguas profundas, en las que este sulfuro de hidrógeno se ha acumulado y alcanza ahora concentraciones sin precedentes. Actualmente no hay nada que demuestre que el descenso de la profundidad de penetración del oxígeno se corresponda directamente con un descenso de la profundidad de aparición del sulfuro de hidrógeno. “La profundidad a la que aparece el H2S no se corresponde exactamente con la profundidad a la que desaparece el oxígeno. Hay toda una serie de procesos intermedios en una zona media que es subóxica y carece de sulfuro de hidrógeno. Nos centramos en el oxígeno y nuestro estudio reveló un aumento en el límite superior de esta zona, pero no en el inferior. Podemos suponer que la estratificación del Mar Negro se mantendrá estable en general. Pero es posible que si el H2S subiera, las condiciones climáticas o geológicas inestables harían que el sulfuro de hidrógeno atravesara la capa oxigenada. Esto podría tener importantes repercusiones en la vida acuática. Para determinar la situación y resolver la dinámica del H2S, ahora debemos modelar estos procesos y cuantificar e inventariar su concentración”.