lago monomíctico

Los lagos monomícticos son lagos holomícticos que se mezclan de arriba abajo durante un único período de mezcla al año. Los lagos monomícticos se pueden subdividir en fríos y cálidos.

Los lagos monomícticos fríos son lagos que permanecen cubiertos de hielo durante gran parte del año. Durante su breve "verano", las aguas superficiales se mantienen a 4  °C o menos. El hielo impide que estos lagos se mezclen en invierno. Durante el verano, estos lagos carecen de una estratificación térmica significativa y se mezclan completamente de arriba abajo. Estos lagos son típicos de regiones de clima frío (por ejemplo, gran parte del Ártico). ^{[ 1 ]} Un ejemplo de lago monomíctico frío es el Gran Lago del Oso en Canadá . ^{[ 2 ]}

Los lagos monomícticos cálidos son lagos que nunca se congelan y presentan estratificación térmica durante gran parte del año. La diferencia de densidad entre las aguas superficiales cálidas (el epilimnio ) y las aguas más frías del fondo (el hipolimnio ) impide que estos lagos se mezclen en verano. Durante el invierno, las aguas superficiales se enfrían hasta alcanzar una temperatura igual a la de las aguas del fondo. Al carecer de una estratificación térmica significativa, estos lagos se mezclan completamente cada invierno de arriba abajo. Estos lagos se distribuyen ampliamente desde regiones climáticas templadas hasta tropicales. ^{[ 1 ]} Un ejemplo es el Lago Azul del sur de Australia , donde el cambio en la circulación se señala mediante un cambio de color llamativo. Otro ejemplo inusual es el Lago Profundo, en las Colinas Vestfold , Antártida . ^{[ 3 ]} La superficie de este lago hipersalino no se congela en invierno debido al descenso del punto de congelación por el alto contenido de sal.

La identificación y categorización de los lagos monomícticos se basa en la formación de un epilimnio (agua más cálida y menos densa) y un hipolimnio (agua más fría y más densa) separados por una termoclina durante la mayor parte del año. ^{[ 4 ]} La clara separación de estas capas de la columna de agua se denomina colectivamente estratificación térmica y de densidad. La estratificación térmica y de densidad es un factor crítico que influye en la composición de la columna de agua. La composición suele referirse a la presencia o ausencia de nutrientes y organismos. ^{[ 5 ]} Tanto en los lagos monomícticos fríos como en los cálidos, el epilimnio y el hipolimnio están separados durante la mayor parte del año. En los lagos monomícticos cálidos, el agua se encuentra en estado líquido uniforme; en los lagos monomícticos fríos, el cuerpo contiene una capa de hielo y su temperatura es más baja. A continuación, se exploran las preocupaciones y soluciones relacionadas con los lagos monomícticos cálidos y fríos.

Como los lagos monomícticos cálidos son completamente líquidos, de temperatura más elevada y altamente productivos, la estratificación estival suele provocar eutrofización . Esta estratificación estival es especialmente prolongada en los lagos monomícticos cálidos. Durante la eutrofización, se produce un exceso de nutrientes que se agotan en los extremos verticales opuestos de la columna de agua. Esto, a su vez, determina el crecimiento y la maduración de las poblaciones de organismos, lo que influye en los niveles de oxígeno y nutrientes del agua. En los lagos monomícticos cálidos, la estratificación térmica contribuye al agotamiento del oxígeno en el hipolimnio; la falta de mezcla impide la entrada de oxígeno de la atmósfera al agua. Esta medida se conoce como oxígeno disuelto (OD). Cuando el OD disminuye en el hipolimnio, predominan nutrientes como el amonio, el nitrato y los fosfatos. Cuando los niveles de oxígeno son extremadamente bajos, el agua se considera hipóxica y no puede sustentar muchas formas de vida. La falta de oxígeno también limita procesos químicos naturales como la conversión de amonio en nitrato. ^{[ 5 ]}

Se requiere una mezcla de amonio y nitratos para sustentar el crecimiento de las plantas; un exceso de amonio se relaciona con un crecimiento y productividad deficientes de las plantas. ^{[ 6 ]} En un lago, el exceso de amonio también indica condiciones anaeróbicas y ácidas. Esta falta de oxígeno modifica el potencial de oxidación-reducción (ORP) del lago . Cuanto mayor sea el ORP de un lago, mayores serán los niveles de oxígeno presentes en el agua. Los rangos ideales están entre 300 y 500 milivoltios. Idealmente, niveles más altos de oxígeno ayudan a las bacterias y microorganismos residentes en la descomposición de la materia orgánica y la dispersión de nutrientes necesarios en la columna de agua. ^{[ 7 ]} Por el contrario, un ORP bajo y un bajo nivel de oxígeno impulsan la liberación de fósforo del sedimento por difusión a lo largo de gradientes de concentración a través de un proceso conocido como carga interna. ^{[ 8 ]} En conjunto, los aumentos de fósforo, amonio y nitrato pueden impulsar la producción de floraciones de algas tóxicas. Estas floraciones crean un ciclo de retroalimentación positiva que agota los nutrientes y el oxígeno, y libera posteriormente los nutrientes necesarios para su continuo crecimiento. La eutrofización puede ser un proceso tanto natural como antropogénico; los aportes antropogénicos suelen provenir de aguas residuales o de la erosión y escorrentía del suelo agrícola. ^{[ 9 ]}

Una hipótesis relativamente reciente plantea una relación entre el tiempo de residencia del agua y la estratificación estacional en lagos monomícticos, lo que conduce a la eutrofización. Un mayor tiempo de residencia conlleva períodos más prolongados de estratificación, una menor mezcla del agua y una mayor eutrofización en el epilimnio. Algunos proponen el desarrollo de intervenciones personalizadas para cada lago con el fin de reducir estas condiciones. Dicha personalización se refiere a la manipulación del tiempo de residencia del lago para combatir la carga interna y la eutrofización, reduciendo la duración del período de estratificación. Los modelos actuales utilizan la redirección del flujo de agua hacia y desde los lagos monomícticos para facilitar la mezcla y el lavado físico del fitoplancton y el exceso de nutrientes. Se ha demostrado que estos métodos reducen el tiempo de residencia y la estratificación en días. Si bien estos plazos son limitados, muestran potencial para extenderse y obtener mejores resultados en estudios futuros y diversos modelos de lagos. ^{[ 10 ]}

La aireación y oxigenación hipolimnética tiene como objetivo abordar directamente la disminución de los niveles de oxígeno disuelto (OD) en un lago determinado, lo que conduce a la eutrofización. Al aumentar los niveles de oxígeno en el hipolimnio, se busca incrementar el potencial redox (ORP) y reducir la tasa y la incidencia de la carga interna. Los aireadores se utilizan para introducir oxígeno, puro o atmosférico, directamente en la columna de agua. Esta es una intervención particularmente costosa debido a la demanda eléctrica necesaria para alimentar dichos equipos. Estos costos hacen que estos aireadores sean poco sostenibles, ya que son económicamente costosos y la producción de electricidad puede tener implicaciones ambientales. También se han demostrado amenazas ecológicas. El uso de aireadores se correlaciona con una mayor prevalencia de la enfermedad de burbujas de gas entre los peces. Sin embargo, otros organismos, como el zooplancton y los peces, se benefician de este proceso, ya que las condiciones aeróbicas mejoradas expanden su territorio en el lago. ^{[ 11 ]}

La extracción hipolimnética implica la extracción de agua de un lago eutrófico en el hipolimnio durante los picos de estratificación estacional. Esta agua se extrae para eliminar indirectamente el fósforo. Al reintroducirla en el hipolimnio, se limita el crecimiento de cianobacterias . Esta adición al hipolimnio también reduce la mezcla de la columna de agua y la dispersión de nutrientes que alimentan las algas del epilimnio. La extracción física de agua puede ser pasiva o activa y, por lo general, se limita para minimizar los impactos en la calidad del agua. Esta agua también puede descargarse aguas abajo y tener efectos no deseados. El agua de baja calidad, rica en toxinas y nutrientes, extraída del hipolimnio al transferirse a otros lagos puede desestabilizar sus columnas de agua. En algunos casos, los lagos tratados mediante la extracción hipolimnética también pueden experimentar reducciones indeseables del nivel del agua y aumentos generales de la temperatura media del agua, seguidos de una mayor mezcla. ^{[ 11 ]}

Por último, el dragado de sedimentos se refiere a la recolección y remoción directa de sedimentos del fondo del lago. La remoción de la capa superior del sedimento tiene como objetivo eliminar la materia orgánica que contiene nutrientes indeseados. Este método tiene impactos medibles en los organismos bentónicos . La recuperación de los organismos bentónicos removidos por el dragado puede tardar hasta tres años. Dichos organismos son esenciales para el ciclo de nutrientes en lagos y ambientes acuáticos. ^{[ 11 ]}

El factor más importante que controla la temperatura del agua en un lago determinado es la temperatura del aire. ^{[ 5 ]} Los cambios y tendencias actuales en las temperaturas globales a lo largo del año representan una amenaza formidable para los ecosistemas acuáticos. Los estudios actuales respaldan que la combinación de temperaturas del aire más elevadas y precipitaciones reducidas afecta a los lagos monomícticos poco profundos. En particular, su mezcla puede aumentar; esta mezcla conduce a una mayor dispersión de nutrientes, condiciones anóxicas y proliferación de algas . Las regiones del sur también pueden experimentar aumentos en la salinidad. ^{[ 11 ]} Los lagos monomícticos cálidos que han experimentado inviernos históricamente cálidos demuestran una mayor estabilidad térmica. Esta estabilidad reduce las interacciones de mezcla y la oxigenación de las aguas. Además, los lagos monomícticos fríos pueden experimentar condiciones menos frías durante todo el año, lo que lleva a una mayor mezcla y cambios en la estratificación térmica que de otro modo no se observarían. ^{[ 12 ]}

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