Los océanos suponen el 70% de la superficie terrestre, y son la base de la vida en nuestro planeta. Sin unos mares sanos, nos enfrentamos a efectos catastróficos en la biodiversidad y el clima de la Tierra. Pese a su importancia, solo un 3% de la superficie de nuestros océanos está protegida. Y mientras, se multiplican las amenazas que ponen en peligro su salud y a las especies que los habitan. Ante la magnitud del problema, también resulta útil la utilización de isótopos radiactivos para estudiar y ayudar a solventar algunas de las causas del mismo. El Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA) mantiene una línea de investigación con cuatro laboratorios dedicados a ello.

Texto: Pura C. Roy | Periodista científica 

De los mares proceden la mitad del oxígeno que respiramos y una buena parte de las proteínas que ingerimos. Aún así, los contaminantes, especialmente los que se derivan de la actividad humana, siguen amenazando nuestros océanos. El aumento de la concentración de dióxido de carbono (CO2 ) está cambiando la química del agua del mar y muchos contaminantes no solo están dañando la vida marina, sino que también se están abriendo paso a través de la cadena alimentaria hasta nuestra mesa.

Gobiernos de todo el mundo están trabajando en un Tratado Global de los Océanos para ampliar la red de santuarios marinos existentes y alcanzar el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) de Naciones Unidas número 14, que se refiere a la necesidad de conservar y utilizar de forma sostenible los océanos, los mares y los recursos marinos en favor de un desarrollo sostenible.

También hay organismos internacionales que trabajan en la conservación de los océanos. Uno de ellos es el Organismo Internacional de Energía Atómica (OIEA). Esta institución colabora con sus Estados miembro y múltiples asociados de todo el mundo para promover el uso de las tecnologías nucleares con fines pacíficos y en condiciones de seguridad tecnológica y física. Para cumplir con estos fines y cuidar de los océanos dispone de la división de los laboratorios para la conservación del medio ambiente. Situados en Mónaco, en ellos se evalúa la contaminación costera y marina para medirla y determinar el origen de los contaminantes, así como los procesos que pueden desatar.

Esta división consta de cuatro laboratorios. En ellos se emplean técnicas nucleares e isotópicas para interpretar y proponer estrategias e instrumentos destinados a mitigar los efectos ambientales de los radionucleidos, los oligoelementos y los contaminantes orgánicos, así como los del cambio climático, la destrucción del hábitat y la pérdida de biodiversidad. En ellos se desarrollan y aplican técnicas de isótopos estables, como, por ejemplo, la espectrometría de masas de relaciones isotópicas para determinar las fuentes y los procesos de contaminación en las costas y estudiar las alteraciones climáticas.

Técnicas nucleares

Los isótopos son un instrumento valioso en geoquímica, pero también para el medio ambiente. Por ejemplo, es posible datar los testigos de un material sedimentario mediante distintos isótopos radiactivos del plomo o del mercurio y sus productos de desintegración, utilizando para ello un contador gamma. Esta técnica recibe el nombre de análisis por activación neutrónica. Procesados sus datos mediante ordenador la información permite identificar los elementos presentes en la muestra y la concentración de los mismos.

La abundancia o la razón isotópica de determinados oligoelementos pueden utilizarse para cuantificar la contribución de un contaminante. Según el OIEA, por ejemplo, los isótopos estables del oxígeno, el hidrógeno, el nitrógeno y el carbono pueden emplearse para saber de dónde procede el material orgánico presente en el sedimento; si viene de una fuente terrestre o marina, de plantas, animales o de abonos artificiales.

Si bien pueden utilizarse otros métodos para obtener información sobre la composición isotópica de los elementos, las técnicas de espectrometría de masas predominan claramente en el campo del análisis isotópico.

Técnicas nucleares se han aplicado con éxito a diversos problemas de contaminación como los causados por el dióxido de azufre, las descargas gaseosas a nivel del suelo, los derrames de petróleo, los desechos agrícolas, la contaminación de aguas y la generada por las ciudades.

Acidificación

Los científicos de los laboratorios del OIEA para el medio ambiente utilizan también técnicas isotópicas para examinar los efectos de la acidificación de los océanos y su interacción con otros factores de estrés ambiental. Para comprender la acidificación de los océanos se realizan también, entre otros, estudios de procesos biológicos, como la calcificación.

Según el OIEA “aunque ya se ha detectado un descenso del pH (que significa mayor acidez) en la superficie del océano, es difícil estimar todas las consecuencias de la acidificación de los océanos en la biota marina. Los estudios realizados muestran un amplio abanico de efectos posibles, tanto positivos como negativos, ya que las distintas especies presentan distintos niveles de resiliencia y adaptabilidad”.

Por debajo de un determinado pH y de la correspondiente concentración de carbonatos, las condiciones ambientales se vuelven corrosivas para el carbonato de calcio, que muchos organismos necesitan para fabricar sus conchas y esqueletos. Algunos corales, pterópodos, moluscos bivalvos y fitoplancton calcificador pueden ser especialmente vulnerables a los cambios de la química del agua de mar. Las condiciones de una mayor acidez reducen la energía disponible para procesos fisiológicos como la reproducción y el crecimiento de ciertas especies. 

Corales

Terence Hughes, recientemente galardonado con el Premio de la Fundación BBVA Fronteras del Conocimiento en Ecología y Biología de la Conservación, director del Centro de Excelencia para los Estudios sobre la Barrera de Coral de la Universidad James Cook, en Australia, y referente mundial en arrecifes coralinos, alertó ya a principios de los años 90 de la degradación que estaban sufriendo estos frágiles ecosistemas, opina que “todavía no es demasiado tarde para salvarlos, pero debemos actuar ya para reducir las emisiones contaminantes”. Avisa de que además de ser “lugares hermosos, hay 400 millones de personas que dependen de ellos para su seguridad alimentaria y su bienestar”.

Los arrecifes de coral albergan algunos de los ecosistemas más diversos del planeta, pero varios estudios demuestran que son muy vulnerables a las variaciones en su entorno. Los casos de acidificación de los océanos en el pasado geológico han dado lugar a cambios importantes en los ecosistemas; por ejemplo, en situaciones extremas, a la extinción masiva de algunos foraminíferos (un tipo de organismo marino) bentónicos de las profundidades oceánicas y al colapso de las algas y los corales calcáreos que forman arrecifes. La acidificación de los océanos constituye hoy una amenaza cada vez más grave para organismos como los corales y los moluscos.

Por ello, el OIEA cuenta también con un Centro Internacional de Coordinación sobre la Acidificación de los Océanos, que contribuye a que progresen los conocimientos científicos y las comunicaciones a nivel mundial en materia de acidificación de los mares. 

El laboratorio utiliza técnicas nucleares e isotópicas para estudiar la frecuencia de los procesos biológicos en organismos marinos como moluscos, ostras y corales. Los isótopos naturales de boro pueden utilizarse para estudiar los cambios habidos en el pasado en el pH del agua de mar, determinando la cantidad relativa de esos isótopos en esqueletos de coral formados hace miles de años, para evaluar la acidez del agua de mar en el pasado. Los isótopos de calcio se utilizan también para estudiar la tasa de calcificación (en la creación de conchas y esqueletos) y otros procesos.

Ciclo del carbono

Los océanos son un importante sumidero de dióxido de carbono de la atmósfera y desempeñan un papel fundamental en la regulación del clima. Los mares absorben el dióxido de carbono, que puede ser arrastrado y transportado por grandes masas de agua o captado durante la fotosíntesis y convertido en materia orgánica. Gran parte de esta materia orgánica se recicla en la superficie oceánica, al servir de alimento a zooplancton y microorganismos y ser descompuesto por ellos. Sin embargo, una parte pequeña pero importante de este material se hunde en sus profundidades, donde queda aislado de la atmósfera durante siglos.

Este torrente de materia orgánica que se hunde es una importante fuente de energía para los organismos marinos. El equilibrio entre el carbono que se encuentra en la atmósfera y el que hay en los océanos se regula mediante procesos físicos y biológicos, que pueden verse alterados debido a cambios en la temperatura o la química de los océanos, lo que conlleva variaciones del equilibrio global del carbono.

El OIEA utiliza radioisótopos estables y naturales para estudiar el origen y el destino de la materia orgánica y para conocer la función de los océanos en el ciclo global del carbono. En su Laboratorio de Radioecología se mide el flujo del carbono que va las profundidades oceánicas directamente, capturando el material mediante trampas de sedimentos de tipo pluviómetro, e indirectamente, mediante radionucleidos naturales (torio 234, uranio 238, polonio 210 y plomo 210) que se adhieren al material que está en proceso de hundirse hasta el fondo marino. La aplicación de estos instrumentos en diversos contextos oceánicos como las zonas de surgencia (en que afloran las aguas frías y ricas en nutrientes) y los océanos polares contribuye a determinar la magnitud de este flujo de hundimiento y evaluar su vulnerabilidad al cambio climático.

Ciencia nuclear

Se estima que el 80% de los contaminantes presentes en el medio marino proceden de la tierra. Algunas sustancias peligrosas, como los metales pesados tóxicos, los compuestos orgánicos persistentes (los plaguicidas y los productos químicos industriales), los hidrocarburos y las sustancias radiactivas procedentes de actividades industriales, agrícolas, municipales y mineras, terminan pasando al medio marino por medio de las aguas superficiales y subterráneas.

Los contaminantes que acaban en las aguas costeras pueden acumularse en los organismos marinos a través de la cadena alimentaria, lo que deteriora la resiliencia del ecosistema y supone un peligro para la salud humana de consumirse esos pescados y mariscos contaminados. En los últimos años también han aumentado los casos de floraciones de algas nocivas, que pueden producir toxinas que generan intoxicación paralizante por mariscos e intoxicación por ciguatera en pescados, situaciones que pueden ser letales. se trata de neurotoxinas producidas por microalgas comunes en la dieta de los pescados tropicales y subtropicales.

El OIEA, por medio de sus laboratorios para el medio ambiente, desempeña un papel clave en la investigación y la capacitación sobre la manera de detectar la presencia de contaminantes y biotoxinas peligrosos en los alimentos de origen marino; por ejemplo, mediante el análisis de unión de radioligandos, procedimiento analítico empleado para detectar toxinas durante la floración de algas nocivas. Asimismo, en el marco de una colaboración con la Organización Regional para la Protección del Medio Marino (uno de los programas de mares regionales del Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente), se analizaron en los laboratorios del OIEA muestras de ostras y sedimentos marinos del Golfo Pérsico, para determinar los niveles de radionucleidos, oligoelementos, contaminantes orgánicos y biotoxinas relacionados con la floración de algas nocivas.

Aunque no es tarea fácil, medir la concentración de radionucleidos (tanto naturales como de origen antrópico), oligoelementos y tierras raras y seguir su rastro hasta determinar su procedencia es fundamental para entender el estado del medio marino.

Hay varios radionucleidos antrópicos que pueden ser detectados a niveles ínfimos. Algunos, como el yodo 129 (I 129) o el uranio 236 (U 236), pueden servir de radiotrazadores para estudiar procesos oceanográficos como la circulación de las masas de agua o contaminantes presentes en los océanos y disponer así de modelos más exactos de dispersión marina. “Al igual que se observa un colorante en una masa de agua para conocer sus desplazamientos, los investigadores pueden seguir el rastro de estos radionucleidos, que presentan una firma única, para estudiar diferentes corrientes y saber a qué velocidad van de una parte del mundo a otra”, informa el OIEA.

Plásticos

Según las últimas estimaciones, la cantidad de micropartículas de plástico que flotan en el océano es de 51.000 millones. En total pesan 250 000 toneladas, que flotan en los océanos de todo el mundo. Al estar diseñados para ser especialmente resistentes tardan mucho tiempo en desintegrarse y pueden permanecer en el ambiente más de 100 años. Se trata de partículas que miden menos de 5 mm y son difíciles de rastrear. Proceden de materiales manufacturados para uso industrial y doméstico, como el velcro o el detergente para la ropa. 

Flotan en el océano y se depositan, en las playas y en el suelo del mar. Los animales marinos a menudo los confunden con plancton y los ingieren. 

Según un informe del OIEA del año 2016 sobre los aspectos científicos de la protección ambiental marina, una sola prenda sintética puede desprender aproximadamente 1.900 microfibras sintéticas durante su lavado y aclarado.

Al ser tan pequeños, los microplásticos se introducen dentro de los órganos internos de los animales marinos, donde pueden comportarse como vehículos que arrastran contaminantes, como bifenilos policlorinados ((PCB por sus siglas en inglés) y trazas de metal como mercurio y plomo. Los contaminantes acumulados dentro de los organismos pueden entrar a formar parte de la cadena alimentaria y llegar hasta los humanos que consumen pescado, moluscos o marisco.

Dentro de los laboratorios del OIEA, utilizando radioisótopos como el carbono-14, los investigadores estudian la manera en que algunos contaminantes, como los PCB, se adhieren a los microplásticos del medioambiente, y comprueban si pueden llegar a separarse de los plásticos que ingieren los animales marinos.

De esta manera, se investiga si las partículas cruzan las membranas celulares. Esto puede ocurrir, por ejemplo, a través del cascarón del huevo de una hembra de tiburón a su cría, o a través de una pequeña gamba ingerida por un pez, que a su vez pasa a su sistema digestivo y posiblemente a su cerebro u otros órganos.

También investigan si la contaminación plástica afecta a la manera en que un pez absorbe los nutrientes o contaminantes. Utilizan los radioisótopos para estudiar el movimiento y la trayectoria de los microplásticos dentro de los animales, comprender exactamente cómo se absorben a través del sistema digestivo o de las agallas, y determinar si los animales pueden eliminar los microplásticos o por el contrario estos acaban obstruyendo los órganos. Si los microplásticos se acumulan en el intestino, los animales tendrían la sensación equivocada de estar saciados, y eso afectaría a su consumo de nutrientes.

A través de experimentos en acuarios controlados, esta investigación aporta datos cuantitativos y una ventana única al complejo impacto biológico de los microplásticos. La información recogida mejora la comprensión del efecto de estos materiales en organismos marinos, tan importantes para la sociedad y el comercio, y así ayudar a los países a fortalecer sus programas de seguridad y protección de pescados y mariscos.

En palabras de David Osborn, director del laboratorio medioambiental del OIEA, “comprender hasta qué punto los microplásticos pueden transferir contaminantes peligrosos a la flora y fauna marina es un tema de interés global, especialmente para países que confían en la industria pesquera como fuente de alimentos e ingresos”.