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Registro fósil del fuego

Un incendio forestal de la época actual El registro fósil del fuego aparece por primera vez con el establecimiento de una flora terrestre en el período Ordovícico Medio , hace 4...

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Un incendio forestal de la época actual

El registro fósil del fuego aparece por primera vez con el establecimiento de una flora terrestre en el período Ordovícico Medio , hace 470  millones de años . [ 1 ] Esto llevó a un aumento en los niveles de oxígeno en la atmósfera, ya que las nuevas hordas de plantas terrestres lo bombeaban como producto de desecho. Cuando esta concentración superó el 13%, dio lugar a la posibilidad de incendios forestales . [ 2 ] Los incendios forestales se registraron por primera vez en el registro fósil del Silúrico Tardío , hace 420  millones de años , evidenciados por fósiles de plantas carbonizadas . [ 3 ] [ 4 ] Aparte de una controvertida laguna en el Devónico Tardío , el carbón vegetal ha estado presente en el registro fósil desde entonces. [ 4 ] El nivel de oxígeno atmosférico está estrechamente relacionado con la prevalencia del carbón vegetal, ya que el oxígeno es el factor clave en la abundancia de incendios forestales. [ 5 ] El fuego también se volvió más abundante cuando las gramíneas se convirtieron en el componente dominante de muchos ecosistemas, hace unos 6  a  7 millones de años ; esta yesca proporcionó material combustible que permitió una propagación más rápida del fuego. [ 5 ] [ 6 ] Estos incendios generalizados pueden haber iniciado un proceso de retroalimentación positiva , mediante el cual produjeron un clima más cálido y seco más propicio para los incendios. [ 5 ]

evidencia fósil

La evidencia fósil de paleoincendios proviene principalmente del carbón vegetal , cuya evidencia más antigua data del período Silúrico. [ 3 ] El carbón vegetal se produce cuando la materia orgánica se expone a altas temperaturas, lo que extrae elementos volátiles de la materia, dando como resultado carbono negro refractario . [ 7 ] El carbón vegetal se diferencia del carbón mineral , que es una combinación de plantas fosilizadas e inertinita , o carbón vegetal fosilizado. La inertinita puede quemarse para producir calor, pero, a diferencia de los componentes no carbonizados del carbón mineral, no produce fracciones volátiles significativas durante la coquización . [ 8 ] La coquización es el proceso refractario que separa el gas de carbón del carbón mineral para producir coque . [ 9 ] La pérdida de elementos volátiles durante la combustión significa que los restos carbonizados se contraen en volumen. [ 10 ] La naturaleza refractaria del carbón vegetal mejora su potencial de preservación . [ 11 ]

Los principales submacerales de inertinita son fusinita , semifusinita, micrinita, macrinita y funginita , siendo la semifusinita la más común. [ 12 ] [ 13 ] Los porcentajes composicionales de fusinita y semifusinita indican la magnitud, frecuencia y tipo de paleoincendios forestales. [ 11 ] Las plantas carbonizadas en fusinita y semifusinita pueden conservarse en detalle, con estructuras celulares originales preservadas en tres dimensiones. [ 11 ] Las imágenes pueden recuperarse utilizando microscopía electrónica de barrido . [ 14 ] Los fragmentos pueden ser distribuidos a cierta distancia tanto por el viento como por el agua. [ 15 ] Los depósitos aluviales ricos en carbono negro en los deltas de los ríos pueden proporcionar un registro "promedio en el tiempo" de la actividad de incendios en la cuenca del río y el área aguas arriba. [ 11 ]

Los árboles fosilizados que sobrevivieron a incendios también pueden proporcionar evidencia de la frecuencia de incendios, especialmente cuando las marcas de quemaduras se pueden vincular con los anillos de crecimiento anuales del árbol afectado. [ 16 ] Estos son más útiles para épocas relativamente recientes, aunque hay un informe de este fenómeno en estratos preterciarios, como árboles triásicos fosilizados encontrados en la Antártida. [ 11 ] [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

La evidencia de descargas eléctricas suele ser difícil de vincular con incendios específicos, aunque ocasionalmente pueden quemar árboles, ya que la evidencia del rayo a menudo se destruye en el fuego. [ 20 ] Las fulguritas —sedimentos fusionados donde un rayo ha fundido el suelo— se conservan ocasionalmente en el registro geológico desde el Pérmico en adelante. [ 11 ]

Carbón

Carbón moderno

La distribución y presencia de carbón vegetal en los sedimentos se utiliza ampliamente para comprender eventos paleo-incendios forestales. [ 21 ] Los incendios forestales son eventos naturales que queman tierras silvestres ( bosques , pastizales y praderas ) y generan un ciclo de renovación de ecosistemas, que se puede rastrear a través de registros de carbón vegetal. El carbón vegetal es el producto más grande del fuego por volumen y a menudo se deposita en capas de rocas sedimentarias y sedimentos lacustres . [ 22 ] El carbón vegetal se forma a partir de la combustión incompleta de la vegetación en ecosistemas terrestres [ 23 ] y su evidencia describe regímenes de perturbación del fuego (frecuencia e intensidad) y la tasa de acumulación a lo largo del tiempo. [ 24 ] [ 25 ] Los estudios sobre el carbón vegetal como un indicador de fuego dependen de la escala y se agrupan ampliamente en carbón vegetal macroscópico, que se refiere a eventos locales de incendios forestales, y carbón vegetal microscópico, que describe la escala regional de eventos de incendios forestales. [ 26 ] La evidencia de registros de carbón vegetal es importante en los estudios de paleoecología y se archiva en la Base de Datos Global de Carbón Vegetal, que se ha utilizado para ayudar a reconstruir la historia de los incendios , probar hipótesis y modelar la relación fuego-vegetación-clima. [ 27 ] Esta evidencia de regímenes de incendios pasados ​​se ha utilizado para comprender los cambios pasados ​​de la vegetación, la evolución de las plantas en la Tierra y otros procesos ecológicos que impulsan los ecosistemas terrestres y acuáticos . [ 20 ]

Procesamiento macroscópico del carbón vegetal

El procesamiento y análisis de los registros de carbón vegetal ayuda a demostrar la presencia y distribución del carbón, así como a comprender conceptos relacionados con el fuego. Para examinar la intensidad y frecuencia de los regímenes de incendios locales, los restos macroscópicos de carbón vegetal (>125 μm) se procesan en el laboratorio mediante protocolos estándar, lo que implica tres etapas. [ 28 ]

La primera etapa consiste en medir las muestras de sedimento, tratarlas con 25 ml de peróxido de hidrógeno al 6% para oxidar la materia orgánica y calentarlas durante 24 horas. Este proceso deja el carbón intacto pero descompone cualquier materia orgánica presente. La segunda etapa consiste en tamizar, lavar y enjuagar las muestras con agua desionizada y secarlas en una placa de Petri durante 12 a 48 horas. Los restos de carbón se tamizan en tamaños que van desde micro- (125-180 μm), meso- (180-250 μm) hasta macro-carbón (>250 μm). [ 23 ] [ 24 ] [ 28 ] La tercera etapa es el recuento de carbón utilizando el microscopio estereoscópico. [ 28 ] Al contar el carbón, a veces se hace clasificarlos en diferentes morfotipos, porque ayuda a comprender el tipo de vegetación y el hábito de las plantas, como leñosas o herbáceas, presentes en un tiempo geológico dado. [ 29 ] [ 30 ] La clasificación morfotípica común del carbón vegetal para el registro de plantas incluye oscuro, celular, poroso, fibroso, esponjoso, ramificado, reticular y con fosas ramificadas. [ 30 ] [ 31 ]

Conceptos de fuego

  1. Triángulo del fuego : Los incendios forestales requieren la combinación de tres componentes : oxígeno, ignición y combustible. [ 32 ] El oxígeno es el elemento más abundante en el planeta Tierra y un factor importante que contribuye a los incendios y a la vida en la Tierra. [ 33 ] Antes del período Cretácico, los niveles de oxígeno cambiaron significativamente, aunque no han cambiado mucho desde entonces. [ 34 ] La ignición es la combustión de materiales combustibles en presencia de oxígeno. Las fuentes de ignición incluyen calor, rayos, acción humana, volcanes , vida silvestre y combustión espontánea . [ 35 ] El combustible es cualquier material orgánico o inorgánico que reacciona al calor, y puede verse influenciado por la calidad y cantidad del material, el contenido de humedad, la tasa de descomposición, el clima, la biomasa y la conectividad de los materiales. [ 32 ] Estos tres componentes a menudo dejan restos de carbón vegetal, que se utilizan como evidencia de la historia de los incendios y las perturbaciones [ 24 ] así como indicadores de procesos ecológicos y biológicos pasados. [ 36 ]
  2. Regímenes de incendios : se refiere a los patrones y características espaciales y temporales de la actividad del fuego . [ 37 ] Los regímenes de incendios forestales suelen estar determinados por el tipo de vegetación y el clima, y ​​se definen por la frecuencia, intensidad y tamaño de las actividades del fuego. [ 25 ] [ 38 ] [ 39 ] Otros factores que afectan los regímenes de incendios incluyen los registros de incendios previos, la etapa de sucesión después de perturbaciones previas como la actividad del fuego, el contenido de humedad y el manejo de plagas. [ 40 ] [ 41 ]
  3. Frecuencia de incendios : Es el número de veces que se produce un incendio en un área determinada durante un período geológico definido. El concepto de frecuencia de incendios se aplica a menudo a eventos de incendios locales. [ 42 ]
  4. Intensidad del fuego : también conocida como severidad o magnitud del fuego, es el grado de incendio o la magnitud del evento de incendio. La intensidad del fuego se clasifica en baja intensidad y alta intensidad. [ 40 ] La baja intensidad del fuego generalmente destruye la vegetación del sotobosque y afecta los eventos de dispersión, mientras que la alta intensidad del fuego destruye el sotobosque y el dosel forestal y puede causar bosques fantasma . [ 43 ] [ 40 ]
  5. Intervalo entre incendios : Es el período de tiempo entre un incendio y otro dentro de un área determinada. El período entre incendios forestales puede estar influenciado por el tipo de vegetación y la temperatura. [ 44 ] El intervalo entre incendios también se conoce como rotación de incendios o ciclo de incendios.

evidencia geoquímica

La cantidad de oxígeno en la atmósfera es el factor principal vinculado a la abundancia de incendios; esto se puede aproximar mediante varios indicadores indirectos. [ 45 ]

Historia geológica de los incendios forestales

Los incendios entre las plantas bajas, arbustivas y húmedas del Silúrico habrían tenido un alcance limitado, y no fue hasta los bosques del Devónico Medio que los incendios forestales a gran escala pudieron realmente establecerse. [ 11 ] Los incendios comenzaron a proliferar en el período de alto oxígeno y alta biomasa del Carbonífero, donde los bosques formadores de carbón ardían con frecuencia. [ 20 ] El carbón que son los restos fosilizados de esos árboles puede contener hasta un 10-20% de carbón vegetal en volumen. [ 46 ] Estos representan incendios que pueden haber tenido un ciclo de repetición de aproximadamente 100 años. [ 11 ]

Al final del Pérmico, los niveles de oxígeno se desplomaron y los incendios se volvieron menos comunes. [ 11 ] A principios del Triásico , después del mayor evento de extinción de origen natural en la historia de la Tierra al final del Pérmico, hay una enigmática brecha de carbón, lo que sugiere una biomasa muy baja; [ 47 ] esto está acompañado por una escasez de carbón vegetal durante todo el período Triásico. [ 11 ]

Los incendios volvieron a ser importantes a finales del Jurásico y durante el Cretácico. [ 48 ] Las flores carbonizadas son una evidencia especialmente útil para rastrear el origen del linaje de las angiospermas . [ 11 ] Contrariamente a la percepción popular, no hay evidencia de un infierno global al final del Cretácico, cuando muchos linajes se extinguieron , sobre todo todos los dinosaurios no aviares. [ 49 ] El registro de incendios después de este punto es bastante escaso hasta la llegada de la intervención humana hace aproximadamente medio millón de años, aunque esto puede deberse a la falta de investigaciones sobre el registro de incendios de este período. [ 11 ]

Efectos ecológicos de los incendios forestales

Los efectos de los incendios forestales en la Tierra son amplios y se remontan al período Silúrico. [ 50 ] Algunos efectos comunes de los incendios forestales son:

Perturbación : Los incendios forestales son agentes de perturbación que ocurren naturalmente y que afectan el medio ambiente natural y conducen a la destrucción de los ecosistemas terrestres. Los sistemas de fuego han contribuido significativamente a la configuración de la estructura de la vegetación en la Tierra. [ 11 ] [ 25 ] Por ejemplo, el primer registro de perturbación por fuego en las funciones del ecosistema data de hace 10 millones de años, durante el cual el aumento de la actividad del fuego destruyó la vegetación de los bosques y creó un espacio favorable para la propagación de plantas C4 . [ 51 ] Esta actividad destruye la estructura de la vegetación y la composición de especies y, en consecuencia, disminuye las funciones y los servicios del ecosistema. [ 36 ] [ 52 ]

Bosques fantasma : Los incendios forestales de gran magnitud pueden dar lugar a bosques fantasma. Estos bosques son antiguas regiones forestales compuestas por árboles muertos y secos, con funciones y servicios ecosistémicos en declive. [ 53 ]

Aumento de la erosión : Las actividades de incendios provocan la destrucción de la cubierta vegetal, lo que deja la capa superficial del suelo expuesta a agentes erosivos como el agua y el viento. [ 54 ] Esta erosión arrastra la capa superficial del suelo, los nutrientes, los minerales y otros organismos biológicos, dejando así el suelo pobre en nutrientes y, por lo tanto, inadecuado para actividades agrícolas y domésticas. [ 55 ]

Paisaje heterogéneo : El aumento de la actividad de incendios puede causar la destrucción y alteración de paisajes homogéneos, dando lugar a un paisaje heterogéneo. [ 56 ] Por ejemplo, la destrucción del 20 % de una superficie forestal por el fuego promueve la propagación de pastos y un cambio en la estructura forestal y la composición de especies. [ 57 ] De manera similar, la destrucción de un pastizal por la actividad del fuego facilita el lavado de la capa superficial del suelo por erosión y una pérdida de la comunidad vegetal y los servicios ecosistémicos. [ 55 ]

Pérdida de humedad : La frecuencia e intensidad de la actividad del fuego pueden causar una pérdida en el contenido de humedad de las plantas y disminuir la disponibilidad de humedad para la absorción de las plantas debido a la destrucción de la vegetación y el hábitat . [ 58 ]

Destrucción de la cubierta forestal y la vegetación del sotobosque : Las actividades de fuego de baja intensidad, también conocidas como incendios superficiales, pueden causar la destrucción de la vegetación del sotobosque, en particular pastos y plantas herbáceas . [ 43 ] La baja intensidad del fuego tiene un mayor efecto en la vegetación del sotobosque en comparación con los árboles del bosque, ya que solo afecta la corteza de los árboles , debido a las propiedades aislantes de la corteza. [ 59 ] Por otro lado, las actividades de incendios forestales pueden causar la destrucción de las cubiertas forestales, lo que abre una ventana para que la vegetación del sotobosque florezca debido al aumento repentino en la cantidad de luz solar directa recibida. [ 60 ]

Notas

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Lecturas adicionales

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