Científicos han confirmado que el calentamiento climático está oxidando ríos árticos a través de dos mecanismos químicos diferentes, ambos activados por el deshielo de suelos que permanecieron congelados durante miles de años, según un estudio publicado en Communications Earth & Environment.

La investigación, liderada por Roman Dial, profesor emérito de matemáticas y biología en la Universidad del Pacífico de Alaska, documenta cómo el deshielo del permafrost en la Cordillera Brooks de Alaska está liberando hierro y otros metales tóxicos que convierten aguas prístinas en corrientes naranjas que pueden extenderse más de 100 kilómetros río abajo.

"En elevaciones medias, con mayor cobertura forestal, no está ocurriendo mucho. Pero en las elevaciones más altas y más bajas pudimos ver fenómenos claramente diferentes", dijo Dial.

En las elevaciones altas, el problema comienza en terrenos rocosos que contienen pirita, también conocida como oro de los tontos. Durante años, el suelo congelado impidió que el agua y el aire afectaran la pirita. El calentamiento y el deshielo han puesto en marcha un proceso llamado drenaje ácido de roca, frecuentemente asociado con la minería, pero que aquí ocurre lejos de cualquier mina en un paisaje vasto, natural y anteriormente impoluto.

"Cuando la pirita se encuentra con el agua, se descompone. Se fragmenta en hierro y azufre, creando ácido sulfúrico así como sulfato y otros metales tóxicos", explicó Tim Lyons, biogeoquímico de la Universidad de California en Riverside y coautor correspondiente del estudio. "Cuando el agua rica en hierro se mezcla con más oxígeno, el hierro se convierte en partículas similares al óxido que colorean el agua y tiñen los sedimentos del fondo de naranja".

En las elevaciones bajas, la historia es diferente. Allí el paisaje está cubierto de humedales que están cambiando de forma y expandiéndose hacia abajo a medida que el permafrost se derrite. En estos lugares empapados, los suelos tienen poco oxígeno, por lo que los microbios, principalmente bacterias, "respiran" hierro en lugar de oxígeno.

"Cuando respiramos, el oxígeno entra y se convierte en el dióxido de carbono que exhalamos", dijo Dial. "De manera similar, los microbios están consumiendo hierro en los suelos de tierras bajas y convirtiéndolo en una forma soluble en agua que se filtra en los arroyos y resulta en oxidación cuando se encuentra con agua superficial oxigenada".

A diferencia del drenaje ácido de roca, los microbios de las tierras bajas no están produciendo directamente ácido o sulfato. Esa diferencia es una de las pistas que los investigadores utilizaron para distinguir los dos procesos.

Tomados en conjunto, ambos ayudan a explicar por qué las aguas naranjas están apareciendo en regiones tan grandes que ahora se extienden por el norte de Alaska, siguiendo de cerca las áreas donde el permafrost se está descongelando.

El estudio también revela un efecto retardado que podría ayudar a predecir la contaminación futura. Cada verano, la capa superior activa del suelo se descongela hasta su punto más profundo antes de volver a congelarse en invierno. El hierro liberado durante un deshielo puede quedar atrapado y luego ser arrastrado a los ríos al año siguiente.

Al analizar datos de temperatura del suelo a largo plazo junto con la química de los arroyos, el equipo descubrió que este retraso puede usarse para anticipar aumentos en los niveles de metales.

"Eso significa que podemos usar las temperaturas del suelo para ayudar a predecir la calidad del agua en el futuro", dijo Paddy Sullivan, ecóloga de la Universidad de Alaska y coautora del estudio, quien notó por primera vez los dramáticos cambios en los ríos que parecían "como aguas residuales" en 2019 mientras realizaba trabajo de campo en la región.

Para este estudio, el equipo se asoció con científicos de la mina de zinc Red Dog, que tienen registros de temperatura a largo plazo de perforaciones profundas en la tierra y de muestreo químico en agua de arroyos. Al vincular esas mediciones subterráneas con cambios en la química de los arroyos, los investigadores pudieron conectar directamente el deshielo del permafrost con la oxidación de los ríos.

Las consecuencias ecológicas de la oxidación son graves. Las partículas finas de hierro pueden permanecer suspendidas en el agua durante más de 100 kilómetros, enturbiando ríos, sofocando algas, interrumpiendo poblaciones de insectos y obstruyendo las branquias de los peces.

En Alaska y el vecino Canadá, el equipo sospecha que estos cambios están afectando al salmón, que depende de lechos de grava limpios para desovar y de redes alimentarias basadas en algas durante las primeras etapas de vida.

Los hallazgos también sugieren que el problema se expandirá globalmente. Condiciones similares que involucran permafrost derretido y rocas ricas en metales existen en el norte de Canadá, los Andes y los Alpes, por ejemplo.

"Ya está sucediendo en Rusia, y seguirá sucediendo en cualquier lugar donde tengas la geología correcta y temperaturas en aumento", dijo Lyons. "Comenzó como un canario en una mina de carbón en la Cordillera Brooks, pero ahora esos canarios están cantando por todas partes".

A diferencia de la contaminación por minería, que a veces puede contenerse, este proceso es difuso y difícil de manejar. Los investigadores señalan que esto está sucediendo incluso en las áreas naturales más remotas de Estados Unidos. "Uno pensaría que si algún ecosistema pudiera esconderse de los efectos del calentamiento y las grandes huellas humanas, sería este. Pero no es así", dijo Lyons. "No hay lugar seguro".

Sin embargo, la capacidad de predecir dónde puede ocurrir la contaminación podría ayudar a identificar y proteger hábitats críticos.

Los investigadores dicen que esto es especialmente importante para las comunidades que dependen de estas aguas, y de los peces que viven en ellas, para alimentación y prácticas culturales.

"No hay forma de arreglar esto una vez que comienza", dijo Lyons. "Pero podemos dar a las personas río abajo una advertencia anticipada y trabajar duro para proteger los lugares que todavía están seguros y son menos vulnerables a la oxidación".

El equipo de investigación estudió el problema desde múltiples niveles, comenzando con una vista regional amplia de una vasta región montañosa, luego enfocándose en un sistema fluvial específico, seguido de una mirada aún más cercana a un solo arroyo. Esta inmersión profunda les permitió conectar grandes patrones con procesos específicos sobre el terreno.

Las minas típicamente controlan las aguas cercanas para minimizar la contaminación. Para este estudio, el equipo se asoció con científicos de la mina de zinc Red Dog, que tienen registros de temperatura a largo plazo de perforaciones profundas en la tierra y de muestreo químico en agua de arroyos.

La investigación demuestra que lo que parece contaminación industrial está ocurriendo en un ambiente salvaje y previamente no perturbado, no por abuso industrial local, sino porque las reglas físicas del paisaje están siendo reescritas por el cambio climático. Incluso los lugares más remotos y aparentemente intactos ya no están aislados de ese impacto.

Aunque puede no haber una forma real de revertir la oxidación una vez que comienza, saber dónde es probable que aparezca aún podría ayudar. Ese conocimiento podría ayudar a proteger hábitats especialmente importantes y advertir a las comunidades río abajo con tiempo para prepararse.