Zonas de Mínimo Oxigénio e Zonas Mortas Costeiras

Compreendendo as Zonas de Mínimo Oxigénio

As ZMOs são características permanentes e naturais do oceano mundial, encontradas principalmente no Pacífico tropical oriental, no Mar Arábico e na Baía de Bengala. Formam-se em profundidades médias (tipicamente 200–1.000 m) onde dois processos convergem: intensa procura biológica de oxigénio por micróbios que decompõem a chuva de partículas orgânicas que afundam da superfície oceânica produtiva acima, e fraca ventilação por águas profundas e intermédias bem oxigenadas vindas de baixo. O resultado é uma camada onde o oxigénio dissolvido (OD) pode cair do valor de saturação da superfície de ~8 mg L⁻¹ para abaixo de 0,5 mg L⁻¹ — ou mesmo para zero analítico nas ZMOs mais intensas, como no Pacífico tropical sul oriental, ao largo do Peru e do Chile, onde se desenvolvem condições sulfídicas.

Séries Temporais de 50 Anos de Stramma

Stramma et al. [1] compilaram observações hidrográficas repetidas dos oceanos Atlântico, Pacífico e Índico tropicais abrangendo 50 anos e construíram séries temporais de oxigénio dissolvido em profundidade. A sua análise revelou uma expansão estatisticamente robusta do volume de água com baixo oxigénio, com a ZMO do Atlântico tropical a crescer aproximadamente 4,5 milhões de km² durante o período. A perda de oxigénio no Atlântico tropical a 300–700 m de profundidade, em média, foi de 0,36 μmol kg⁻¹ por década — modesta em termos absolutos, mas acumulando-se ao longo de décadas para produzir um aumento mensurável da oxiclina superior (o limite acima do qual o oxigénio é adequado para a maioria da vida animal). Os impulsionadores físicos incluem a solubilidade reduzida do oxigénio num oceano em aquecimento (a água mais quente simplesmente retém menos gás dissolvido) e o aumento da estratificação de densidade que suprime a mistura descendente de água superficial oxigenada na termoclina.

Zonas Mortas Costeiras: Uma História de Eutrofização

Enquanto as ZMOs são características da circulação de profundidade média do oceano aberto, as zonas mortas costeiras são um fenómeno distintamente antropogénico impulsionado pela poluição de nutrientes. Quando rios carregados com azoto e fósforo de fertilizantes agrícolas, efluentes de esgotos e deposição atmosférica de produtos de combustão de combustíveis fósseis descarregam em mares costeiros, eles alimentam proliferações explosivas de fitoplâncton. Essas proliferações eventualmente morrem e afundam, e a decomposição microbiana dessa vasta quantidade de matéria orgânica consome o oxigénio dissolvido na água do fundo, criando condições hipóxicas ou anóxicas — hipóxia da água do fundo — que persiste por semanas a meses durante a estratificação de verão, quando a água superficial mais quente e menos densa cobre o sistema e impede a reoxigenação de cima.

A Zona Hipóxica do Golfo do México

O norte do Golfo do México abriga a maior zona morta do hemisfério ocidental, alimentada pelo sistema fluvial Mississippi-Atchafalaya que drena 41% dos Estados Unidos continentais — 1,8 milhões de km² de terras agrícolas. A cada primavera, o degelo da neve e as chuvas primaveris arrastam o escoamento rico em azoto dos campos de milho e soja para o Mississippi, que entrega ao Golfo uma carga anual de azoto de aproximadamente 1,5 milhões de toneladas. Em meados do verão, a zona hipóxica resultante geralmente cobre 13.000–15.000 km² do fundo da plataforma continental da Louisiana-Texas; em 2017, atingiu um recorde de 22.720 km². Diaz e Rosenberg [2] notaram que a zona morta do Golfo do México está entre as mais bem documentadas globalmente, com monitorização desde meados da década de 1980 mostrando alta variabilidade interanual (impulsionada pelo fluxo do rio), mas nenhuma melhoria a longo prazo na carga de nutrientes proveniente da bacia hidrográfica.

O Mar Báltico

A bacia semi-fechada do Mar Báltico, com as suas soleiras rasas que limitam a troca com o Mar do Norte, e a sua bacia hidrográfica fortemente cultivada que abrange nove nações, tornam-no o maior mar eutrofizado do mundo. A hipóxia nas águas abertas do Báltico não é um fenómeno sazonal, mas sim crónico: as bacias profundas do Báltico têm experimentado anoxia quase permanente desde pelo menos meados do século XX, e a área hipóxica e euxínica (sulfídica) expandiu-se substancialmente. Conley et al. [4] documentaram que a hipóxia costeira — ocorrendo nos arquipélagos e baías anteriormente protegidos da anoxia em águas abertas — tornou-se generalizada e sem precedentes ao longo da costa do Báltico no início do século XXI. Krapf et al. [3] descobriram que a área hipóxica no Báltico aberto excedeu 60.000 km² nos últimos anos, com condições euxínicas (total esgotamento de oxigénio com produção de sulfureto de hidrogénio) cobrindo até 20.000 km². Meier et al. [5] documentaram taxas aceleradas de consumo de oxigénio que amplificam a desoxigenação — o que significa que, mesmo que as cargas de nutrientes fossem reduzidas, a recuperação do oxigénio seria atrasada em décadas.

Impulsionadores da Expansão das ZMOs

Aquecimento Oceânico e Estratificação

O impulsionador mais fundamental da expansão das ZMOs é o aquecimento oceânico. A solubilidade dos gases dissolvidos diminui com a temperatura: quanto mais quente a água, menos oxigénio ela pode reter em saturação. À medida que a superfície do oceano aquece, o teor de oxigénio da água subductada na termoclina diminui. Simultaneamente, uma estratificação térmica mais forte reduz a mistura descendente de água superficial oxigenada e a ventilação ascendente da água das ZMOs por convecção profunda. Kwiatkowski et al. [7] projectaram a partir de modelos CMIP6 que o oxigénio dissolvido médio global diminuirá aproximadamente 3,5% até 2100 sob o cenário SSP5-8.5, com as maiores perdas nas águas da termoclina tropical, onde as ZMOs já são mais intensas. Isso corresponde a uma expansão volumétrica de água hipóxica na faixa de profundidade de 200–600 m que comprimiria ainda mais o habitat disponível para organismos de meia-água e meso-pelágicos superiores.

Poluição por Nutrientes e Proliferações de Algas

Em sistemas costeiros, o principal impulsionador da expansão das zonas mortas é a eutrofização — o enriquecimento excessivo da água com nutrientes, principalmente azoto reactivo (nitrato, amónio) e fósforo. A produção global de azoto reactivo aumentou mais de dez vezes desde 1900, impulsionada pelo processo Haber-Bosch para a fabricação de fertilizantes sintéticos e pela queima de combustíveis fósseis (que liberta óxidos de azoto). As bacias hidrográficas agrícolas exportam muito mais azoto para os mares costeiros do que os sistemas pré-industriais, impulsionando eventos hipóxicos mais frequentes, mais intensos e mais extensos geograficamente. Diaz e Rosenberg [2] descobriram que o número de zonas mortas costeiras cresceu exponencialmente entre 1960 e 2008, de menos de 10 documentadas globalmente para mais de 400 — uma trajectória de crescimento correlacionada directamente com a produção de fertilizantes sintéticos e a deposição de azoto.

Limiares de Hipóxia: O que a Biologia Tolera

O limiar hipóxico ecológico canónico é de 2,0 mg O₂ L⁻¹ (62,5 μmol kg⁻¹). Abaixo desta concentração, a maioria dos peixes demersais (espécies que vivem no fundo, como bacalhau, peixe-chato e garoupa) evacuam a área ou, se não conseguirem escapar, morrem. Invertebrados móveis — camarões, caranguejos, lagostas — tentam migrar, mas são frequentemente aprisionados pela extensão da zona hipóxica. Invertebrados sésseis — esponjas, bivalves, equinodermes — não podem fugir e morrem no local, às vezes em eventos de mortalidade em massa. Abaixo de 0,5 mg L⁻¹, apenas certos anelídeos especializados e bactérias anaeróbias podem persistir. Sweetman et al. [6] reviram os impactos nas comunidades bentónicas de águas profundas e notaram que mesmo a hipóxia sub-letal — concentrações de oxigénio entre 2,0 e 4,0 mg L⁻¹ — reduz as taxas de crescimento, a produção reprodutiva e a função imunitária em invertebrados bentónicos, comprometendo a resiliência da comunidade muito antes de ocorrerem eventos de mortalidade em massa.

• Acima de 4,0 mg L⁻¹: Função normal para a maioria da fauna marinha. Oxigénio dissolvido mínimo para a maioria das espécies de peixes de recifes de coral.
• 2,0–4,0 mg L⁻¹ (hipóxia sub-letal): Crescimento, reprodução e função imunitária reduzidos. Muitos peixes evitam estas profundidades.
• Abaixo de 2,0 mg L⁻¹ (hipóxia): Morte em massa de peixes e invertebrados; zona morta ecológica. Limiar padrão para declaração de uma zona morta.
• Abaixo de 0,5 mg L⁻¹ (hipóxia severa/anoxia): Ausência virtual de macrofauna; comunidades de tapetes de bactérias sulfurosas. Possível produção de gás sulfeto de hidrogénio em anoxia completa.

Consequências Ecológicas

Compressão de Habitat e o Efeito de Compressão

À medida que as ZMOs se expandem para cima (para a superfície), espécies comercialmente importantes e ecologicamente significativas — incluindo atum-amarelo, marlim-azul, dourado e uma série de lulas grandes — são comprimidas em camadas superficiais mais finas e bem oxigenadas. Esta 'compressão de habitat' foi documentada empiricamente usando dados de marcação electrónica de atuns no Pacífico tropical oriental, onde a ZMO agora restringe o comportamento de mergulho aos primeiros 100 m. Para os mergulhadores, este efeito de compressão pode criar agregações espectaculares de megafauna pelágica perto da superfície — mas estas agregações sinalizam estresse ecológico, não abundância. Elas também aumentam a vulnerabilidade dos peixes à pesca com palangre de superfície, potencialmente acelerando a sobre-exploração de estoques já fragilizados.

Colapso e Recuperação da Comunidade Bentónica

Eventos de zona morta aniquilam comunidades bentónicas de forma abrangente. Diaz e Rosenberg [2] estimaram que as zonas mortas matam milhões de milhões de invertebrados bentónicos anualmente apenas na plataforma do Golfo do México, com perdas económicas directas para as pescas comerciais de marisco e camarão medidas em centenas de milhões de dólares por ano. A recuperação bentónica após eventos hipóxicos depende da intensidade do evento, da duração e da disponibilidade de recrutas larvais de áreas oxigenadas circundantes. Após um único evento moderado, a recuperação pode começar em semanas, à medida que o oxigénio regressa e os organismos móveis recolonizam a partir das bordas. Após anoxia repetida ou prolongada — como nas bacias profundas do Báltico — a recuperação pode exigir décadas a séculos, particularmente se o sedimento se tornou sulfídico.

As zonas mortas são agora um grave problema ambiental global, comparável em importância à perda de biodiversidade e às mudanças climáticas, com a capacidade de alterar fundamentalmente os ecossistemas costeiros e oceânicos.

— Diaz & Rosenberg, Science, 2008 [2]

O que os Mergulhadores Encontram em Regiões de ZMO e Zonas Mortas

Os mergulhadores desportivos raramente encontram directamente as águas centrais das ZMOs, uma vez que estas normalmente se situam abaixo das profundidades de mergulho recreativo (abaixo de 200 m). No entanto, os efeitos ecológicos são visíveis na coluna de água superior: agregações incomuns de peixes e lulas perto da superfície, acima das margens de ressurgência das ZMOs; aparente escassez de certas espécies demersais nas encostas da plataforma continental; ausência das diversas comunidades de esponjas e crinóides que prosperam onde a água oxigenada ventila as paredes dos montes submarinos. Em zonas mortas costeiras rasas, os mergulhadores que se aventuram em fiordes bálticos estratificados no verão, águas adjacentes à Baía de Chesapeake ou à plataforma norte do Golfo do México podem detectar o odor característico de sulfureto de hidrogénio em profundidade — resultado de bactérias redutoras de sulfato que metabolizam em sedimentos de fundo completamente anóxicos. A visibilidade frequentemente colapsa em águas de zonas mortas, à medida que os tapetes bacterianos e a matéria orgânica particulada aumentam a turvação.

Política, Recuperação e o Longo Caminho de Volta

O Plano de Acção para o Mar Báltico da HELCOM, adoptado em 2007, estabeleceu metas nacionais vinculativas de redução de nutrientes e produziu modestas reduções na carga de azoto de algumas nações. A monitorização mostra ligeiras melhorias de oxigénio em algumas estações costeiras, mas a hipóxia em águas abertas no Báltico central permanece severa — porque o sistema tem um atraso de várias décadas entre a redução de nutrientes e a resposta de oxigénio, reflectindo o longo tempo de residência dos nutrientes já incorporados no sedimento. A zona morta do Golfo do México não diminuirá significativamente sem grandes reduções nas cargas de azoto da bacia do Mississippi provenientes da agricultura — um desafio que derrotou múltiplos quadros políticos desde a década de 1990. As regulamentações da IMO sobre água de lastro, as disposições do Anexo V da MARPOL sobre lixo marinho e os esquemas emergentes de comércio de nutrientes abordam algumas pressões, mas deixam o principal impulsionador — o escoamento agrícola — largamente não regulamentado na fonte.

• Reduzir as cargas de azoto e fósforo da agricultura: A intervenção única mais eficaz para as zonas mortas costeiras. Requer melhor gestão de nutrientes, culturas de cobertura e zonas tampão ribeirinhas nas bacias hidrográficas.
• Melhorar o tratamento de águas residuais: O tratamento secundário e terciário reduz drasticamente as cargas de azoto e fósforo de áreas urbanas.
• Restaurar zonas húmidas costeiras: Mangues, sapais e leitos de ervas marinhas interceptam o escoamento de nutrientes terrestres antes que atinja o mar aberto.
• Gerir as pescas para manter a função da teia alimentar: Comunidades de predadores intactas podem suprimir o crescimento excessivo de algas e manter o equilíbrio de oxigénio em recifes rasos.
• Reduzir as emissões de gases de efeito estufa: A única intervenção que aborda o componente de aquecimento oceânico da expansão das ZMOs é a descarbonização profunda.

O Futuro Oceano sob Altas Emissões

Sweetman et al. [6] projectaram que, até 2100, até 70% da zona batial (200–3.000 m de profundidade) — o domínio dos corais de águas frias, agregações de peixes em montes submarinos e locais de mergulho em recifes profundos — poderá experimentar uma desoxigenação significativa sob cenários de altas emissões, reestruturando fundamentalmente as comunidades de águas profundas que são em grande parte desconhecidas para a ciência e completamente inexploradas pelos mergulhadores recreativos. Para sistemas mais rasos, Kwiatkowski et al. [7] projectam uma diminuição do oxigénio nas águas da termoclina tropical em todos os cenários SSP, com o SSP5-8.5 a impulsionar perdas grandes o suficiente para causar uma expansão permanente dos limites superiores das ZMOs para a zona mesopelágica onde as espécies de peixes comerciais se alimentam. Para destinos de mergulho construídos em torno da extraordinária produtividade de sistemas de ressurgência — Galápagos, Socorro, Ilha do Coco, Canal de Moçambique — a subida das ZMOs representa um estressor adicional sobre o branqueamento térmico, a acidificação e a pesca excessiva, comprimindo a margem ecológica dentro da qual estes ecossistemas de mergulho de classe mundial funcionam actualmente.