aguas anóxicas

Las aguas anóxicas son cuerpos o áreas de agua de mar , agua dulce o agua subterránea con bajo contenido de oxígeno disuelto . Las aguas anóxicas se diferencian de las aguas hipóxicas , que tienen un bajo contenido de oxígeno disuelto, aunque no carecen completamente de él, y se definen generalmente como aquellas con una concentración de oxígeno inferior a 2  miligramos por litro. ^{[ 1 ]} Esta condición se encuentra generalmente en áreas con estancamiento de agua y/o estratificación muerta . El Servicio Geológico de los Estados Unidos define el agua subterránea anóxica como aquella con una concentración de oxígeno disuelto inferior a 0,5 miligramos por litro. ^{[ 2 ]}

En la mayoría de los casos, la difusión de oxígeno desde la zona fótica más superficial hacia niveles más profundos se ve impedida por una barrera física, ^{[ 3 ]} así como por estratificaciones pronunciadas debidas a la temperatura o la salinidad , en las que, por ejemplo, aguas más densas, frías o hipersalinas se encuentran en el fondo de una cuenca. Se producirán condiciones anóxicas si la tasa de descomposición oxidativa ( digestión aeróbica ) de detritos orgánicos por microorganismos aerobios (principalmente hongos y bacterias aerobias ) es mayor que el suministro de oxígeno disuelto fresco.

Las aguas anóxicas son un fenómeno natural ^{[ 4 ]} y han ocurrido a lo largo de la historia geológica de la Tierra . El evento de extinción del Pérmico-Triásico , una extinción masiva que acabó con la mayoría de las especies de los océanos del mundo, pudo haber sido resultado de condiciones anóxicas generalizadas combinadas con la acidificación de los océanos impulsada por una liberación masiva de dióxido de carbono volcánico a la atmósfera terrestre por la supererupción de las Trampas de Siberia ^{[ 5 ]} , que simultáneamente devastó la vegetación terrestre responsable de eliminar fotosintéticamente el carbono de la atmósfera . Muchos lagos tienen una capa anóxica permanente o temporal creada por la respiración aeróbica biótica que agota el oxígeno en profundidad y la estratificación térmica que impide su reposición en profundidad ^{[ 6 ] .}

Existen cuencas anóxicas en el Mar Báltico , ^{[ 7 ]} el Mar Negro , la Fosa de Cariaco , varios valles de fiordos y otros lugares. ^{[ 8 ]} Es probable que la eutrofización haya aumentado la extensión de las zonas anóxicas en áreas que incluyen el Mar Báltico, el Golfo de México , ^{[ 9 ]} y Hood Canal en el estado de Washington . ^{[ 10 ]}

Las condiciones anóxicas resultan de una combinación de condiciones ambientales, incluyendo la estratificación de densidad , ^{[ 11 ]} aportes de materia orgánica u otros agentes reductores y barreras físicas a la circulación del agua. En los fiordos, los umbrales poco profundos en la entrada pueden impedir la circulación. Por el contrario, en los límites continentales, la circulación puede ser especialmente baja mientras que el aporte de materia orgánica proveniente de la producción en niveles superiores es excepcionalmente alto. ^{[ 12 ]} En el tratamiento de aguas residuales , la ausencia de oxígeno por sí sola indica anoxia, mientras que el término anaeróbico se utiliza para indicar la ausencia de cualquier aceptor de electrones común como nitrato , sulfato u oxígeno.

Cuando el oxígeno se agota en una cuenca, las bacterias recurren primero al segundo mejor aceptor de electrones, que en el agua de mar es el nitrato . Se produce la desnitrificación y el nitrato se consume con relativa rapidez. Tras reducir otros elementos menores, las bacterias recurren a la reducción de sulfato . Esto da como resultado el subproducto sulfuro de hidrógeno (H₂S ₎ , una sustancia química tóxica para la mayoría de los organismos biológicos y responsable del característico olor a "huevo podrido" y del color negro intenso del sedimento: ^{[ 13 ] [ 14 ]}

2 _CH₂O + SO₂⁻ _→ 2 HCO₃⁻ ⁺ _H₂S + energía _química^​

Estos sulfuros se oxidarán principalmente a sulfatos (~90%) en agua más rica en oxígeno o precipitarán y se convertirán en pirita (~10%), según las siguientes ecuaciones químicas: ^{[ 14 ]}

Algunos quimiolitótrofos también pueden facilitar la oxidación del sulfuro de hidrógeno a azufre elemental , según la siguiente ecuación química: ^{[ 15 ]}

H₂S + _O₂ → S _{+ H₂O₂​}

La anoxia es bastante común en los fondos oceánicos fangosos, donde hay grandes cantidades de materia orgánica y bajos niveles de entrada de agua oxigenada a través del sedimento. A pocos centímetros de la superficie, el agua intersticial (el agua de los poros entre los granos de sedimento) carece de oxígeno.

La anoxia se ve influenciada además por la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que representa la cantidad de oxígeno utilizada por los organismos marinos durante el proceso de descomposición de la materia orgánica. La DBO está influenciada por el tipo de organismos presentes, el pH del agua, la temperatura y el tipo de materia orgánica presente en la zona. La DBO está directamente relacionada con la cantidad de oxígeno disuelto disponible, especialmente en cuerpos de agua más pequeños como ríos y arroyos. A medida que aumenta la DBO, disminuye el oxígeno disponible. Esto provoca estrés en los organismos más grandes. La DBO proviene de fuentes naturales y antropogénicas, incluyendo: organismos muertos, estiércol, aguas residuales y escorrentía urbana. ^{[ 16 ]}

La eutrofización , un tipo de contaminación por nutrientes (típicamente fosfatos y nitratos ) que suele producirse como subproducto de la escorrentía agrícola y las descargas de aguas residuales , puede provocar floraciones de algas a gran escala pero de corta duración . Aunque las algas son autótrofas fotosintéticas , el consumo metabólico de oxígeno en poblaciones de algas que proliferan rápidamente en un área de agua relativamente pequeña supera rápidamente cualquier producción de oxígeno , y la descomposición de la biomasa de algas muertas que se hunde hasta el fondo consume aún más oxígeno, creando áreas de hipoxia cada vez más extensas . Cuando la saturación local de oxígeno desciende demasiado como para mantener las demandas metabólicas de otros organismos acuáticos, suelen producirse mortandades masivas , especialmente entre los animales acuáticos nectónicos más activos metabólicamente , como los peces . Un ejemplo notable de estas floraciones de algas nocivas es el Golfo de México , donde se forma una zona muerta estacional , que puede verse alterada por fenómenos meteorológicos como huracanes y convección tropical. Las descargas de aguas residuales, específicamente las de lodos concentrados en nutrientes, pueden ser especialmente dañinas para la diversidad del ecosistema. Las mortandades masivas de peces suelen ocurrir en especies sensibles a las condiciones hipóxicas, que son reemplazadas por una menor variedad de especies más resistentes, y estos cambios en los nichos ecológicos se propagarán a lo largo de la red trófica , reduciendo la biodiversidad general del ecosistema acuático afectado . ^{[ 13 ]}

Los cambios ambientales graduales debido a la eutrofización o al calentamiento global pueden provocar cambios importantes en el régimen óxico-anóxico. Según estudios de modelos, esto puede ocurrir abruptamente, con una transición entre un estado óxico dominado por cianobacterias con clorofila y un estado anóxico con bacterias púrpuras y arqueas anoxigénicas reductoras de sulfato . ^{[ 17 ]}

La temperatura de una masa de agua afecta directamente la cantidad de oxígeno disuelto que puede contener. Según la ley de Henry , a medida que el agua se calienta, la solubilidad del oxígeno disminuye. Esta propiedad da lugar a ciclos anóxicos diarios a pequeña escala geográfica y a ciclos estacionales de anoxia a mayor escala. Por lo tanto, las masas de agua son más vulnerables a la anoxia durante las horas más cálidas del día y durante los meses de verano. Este problema puede agravarse aún más en las proximidades de vertidos industriales, donde el agua caliente utilizada para refrigerar la maquinaria tiene menor capacidad para retener oxígeno que la masa de agua a la que se vierte.

La actividad de los organismos fotosintéticos también influye en los ciclos diarios. La falta de fotosíntesis durante las horas nocturnas, en ausencia de luz, puede provocar condiciones anóxicas que se intensifican a lo largo de la noche, alcanzando su máximo poco después del amanecer. ^{[ 18 ]}

Las reacciones de las distintas especies a la eutrofización pueden variar considerablemente. Por ejemplo, algunos organismos, como los productores primarios, pueden adaptarse rápidamente e incluso prosperar en condiciones anóxicas. Sin embargo, la mayoría de los organismos son muy sensibles a los cambios leves en los niveles de oxígeno del agua. Cuando un organismo que respira se encuentra con poco o ningún oxígeno, sus posibilidades de supervivencia disminuyen. Por lo tanto, la eutrofización y las condiciones anóxicas en el agua provocan una reducción de la biodiversidad .

Por ejemplo, el coral blando Xenia umbellata puede resistir algunas condiciones anóxicas durante cortos periodos. Sin embargo, después de unas tres semanas, la supervivencia media disminuye a aproximadamente el 81%, y alrededor del 40% de las especies supervivientes experimentan reducciones de tamaño, una disminución de la coloración y estructuras pinnadas comprometidas. ^{[ 19 ]} Otro ejemplo de un organismo susceptible es el berberecho de Sídney , Anadara trapezia . Los sedimentos enriquecidos tienen efectos letales y subletales sobre este berberecho y, como se afirma en Vadillo González et al. (2021), "el movimiento de los berberechos se redujo en sedimentos enriquecidos en comparación con los tratamientos naturales". ^{[ 20 ]}

Un estudio que recopiló más de 850 experimentos publicados "informando sobre umbrales de oxígeno y/o tiempos letales para un total de 206 especies que abarcan todo el rango taxonómico de los metazoos bentónicos ". ^{[ 21 ]}

Las especies individuales exhibirán diferentes respuestas adaptativas a las condiciones anóxicas, dependiendo de su constitución biológica y las condiciones de su hábitat. Mientras que algunas pueden bombear oxígeno desde niveles de agua más altos hacia el sedimento, otras adaptaciones incluyen hemoglobinas específicas para ambientes con bajo contenido de oxígeno, movimientos lentos para reducir la tasa metabólica y relaciones simbióticas con bacterias anaeróbicas . En todos los casos, la prevalencia de exceso de nutrientes resulta en bajos niveles de actividad biológica y una menor diversidad de especies, a menos que el área sea normalmente anóxica. ^{[ 13 ]}

• Cuenca de Bannock en el mar levantino , Mediterráneo oriental ;
• Cuenca del Mar Negro , frente a la costa este de Europa, por debajo de los 50 metros (150 pies);
• Cuenca del Mar Caspio , por debajo de los 100 metros (300 pies);
• Cuenca de Cariaco , frente al centro norte de Venezuela ;
• Fosa de Gotland , en el mar Báltico, frente a las costas de Suecia ;
• Cuenca de L'Atalante , mar Mediterráneo oriental
• Fiordo Mariager , frente a Dinamarca ;
• Cuenca de Orca , noreste del Golfo de México ;
• Ensenada de Saanich , frente a la isla de Vancouver , Canadá ;

• Evento anóxico : eventos históricos de agotamiento de oxígeno en los océanos de la Tierra. 
• Zona muerta (ecología) : Áreas con bajo contenido de oxígeno en zonas costeras y lagos causadas por la eutrofización. 
• Hipoxia (ambiental) : condiciones o niveles bajos de oxígeno. 
• Meromíctico : lago permanentemente estratificado con capas de agua que no se mezclan. Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redirección. 
• Mortichnia : últimos pasos fosilizados de una criatura viva. 
• Desoxigenación oceánica : reducción del contenido de oxígeno en los océanos. 
• Zona de mínimo oxígeno : zona en la que la saturación de oxígeno en el agua de mar del océano es la más baja . 
• Estancamiento del agua : agua que no fluye.