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estratificación del lago

Los lagos se estratifican en tres secciones distintas: I. Epilimnio II. Metalimnio III. Hipolimnio . Las escalas se utilizan para relacionar cada sección de la estratificación c...

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Los lagos se estratifican en tres secciones distintas: I. Epilimnio II. Metalimnio III. Hipolimnio . Las escalas se utilizan para relacionar cada sección de la estratificación con su profundidad y temperatura correspondientes. La flecha indica el movimiento del viento sobre la superficie del agua, que inicia la mezcla en el epilimnio y el hipolimnio.

La estratificación lacustre es la tendencia de los lagos a formar capas térmicas separadas y distintas durante el clima cálido. Los lagos estratificados suelen presentar tres capas diferenciadas: el epilimnio , que comprende la capa superior cálida; la termoclina (o metalimnio), la capa intermedia, cuya profundidad puede variar a lo largo del día; y el hipolimnio, más frío , que se extiende hasta el fondo del lago.

Cada lago tiene un régimen de mezcla establecido que está influenciado por la morfometría del lago y las condiciones ambientales. Sin embargo, se ha demostrado que los cambios en las influencias humanas, como el cambio de uso del suelo , el aumento de la temperatura y las alteraciones en los patrones climáticos, modifican el momento y la intensidad de la estratificación en los lagos de todo el mundo. [ 1 ] [ 2 ] El aumento de las temperaturas del aire tiene el mismo efecto en los cuerpos de agua de los lagos que un cambio físico en la ubicación geográfica, siendo las zonas tropicales particularmente sensibles. [ 2 ] [ 1 ] Estos cambios pueden alterar aún más la composición de las comunidades de peces, zooplancton y fitoplancton , además de crear gradientes que alteran la disponibilidad de oxígeno disuelto y nutrientes. [ 3 ] [ 4 ]

Definición

La estratificación térmica de los lagos se refiere a un cambio en la temperatura a diferentes profundidades en el lago, y se debe a que la densidad del agua varía con la temperatura. [ 5 ] El agua fría es más densa que el agua caliente, y el epilimnio generalmente consiste en agua que es menos densa que el agua en el hipolimnio. [ 6 ] La temperatura de máxima densidad para el agua dulce es de 4  °C. En las regiones templadas donde el agua del lago se calienta y se enfría a lo largo de las estaciones, ocurre un patrón cíclico de mezcla que se repite año tras año a medida que el agua fría y densa en la superficie del lago se hunde (ver estratificación estable e inestable ). Por ejemplo, en los lagos dimícticos el agua del lago se mezcla durante la primavera y el otoño. Este proceso ocurre más lentamente en aguas más profundas; como resultado, puede formarse una barra térmica . [ 5 ] Si la estratificación del agua dura períodos prolongados, el lago es meromíctico .

El calor se transporta muy lentamente entre las capas mixtas de un lago estratificado: la difusión del calor a lo largo de un metro vertical tarda aproximadamente un mes. La interacción entre la atmósfera y los lagos depende de cómo se distribuye la radiación solar, razón por la cual la turbulencia del agua, causada principalmente por la tensión del viento, puede aumentar considerablemente la eficiencia de la transferencia de calor. [ 7 ] En lagos poco profundos, la estratificación en epilimnio, metalimnio e hipolimnio a menudo no ocurre, ya que el viento o el enfriamiento provocan una mezcla regular durante todo el año. Estos lagos se denominan polimícticos . No existe una profundidad fija que diferencie los lagos polimícticos de los estratificados, ya que esto también está influenciado por la turbidez, la superficie del lago y el clima. [ 8 ]

El régimen de mezcla de lagos (por ejemplo, polimíctico , dimíctico , meromíctico ) [ 9 ] describe los patrones anuales de estratificación de lagos que ocurren en la mayoría de los años. Sin embargo, los eventos a corto plazo también pueden influir en la estratificación de los lagos. Las olas de calor pueden causar períodos de estratificación en lagos poco profundos y mezclados, [ 10 ] mientras que los eventos de mezcla, como tormentas o grandes descargas de ríos, pueden romper la estratificación. [ 11 ] Las condiciones climáticas inducen una respuesta más rápida en lagos más grandes y menos profundos, por lo que estos lagos son más dinámicos y menos comprendidos. Sin embargo, los regímenes de mezcla que se sabe que existen en lagos grandes y poco profundos son en su mayoría diurnos, y la estratificación se perturba fácilmente. El lago Taihu en China es un ejemplo de un lago grande, poco profundo y diurno, donde aunque la profundidad no alcanza más de 3 metros (10 pies) , la turbidez del agua del lago sigue siendo lo suficientemente dinámica como para estratificarse y desestratificarse debido a la absorción de la radiación solar, principalmente en la capa superior. [ 12 ] La tendencia a que la estratificación se vea alterada afecta la tasa de transporte y consumo de nutrientes, lo que a su vez afecta la presencia de crecimiento de algas. [ 13 ] Los regímenes de estratificación y mezcla en los lagos más grandes de la Tierra también se comprenden poco, sin embargo, los cambios en las distribuciones térmicas, como el aumento de las temperaturas que se encuentra con el tiempo en las aguas profundas del lago Michigan , pueden alterar significativamente los ecosistemas de agua dulce más grandes del planeta. [ 14 ] 

Investigaciones recientes sugieren que los lagos dimícticos cubiertos de hielo estacionalmente pueden describirse como "crioestratificados" o "criomícticos" según sus regímenes de estratificación invernal. [ 15 ] Los lagos crioestratificados presentan estratificación inversa cerca de la superficie del hielo y tienen temperaturas promedio en profundidad cercanas a 4  °C, mientras que los lagos criomícticos no tienen termoclina bajo el hielo y tienen temperaturas invernales promedio en profundidad más cercanas a 0  °C. [ 15 ]

La circulación del agua durante los períodos de mezcla provoca el movimiento de oxígeno y otros nutrientes disueltos, distribuyéndolos por toda la masa de agua. [ 7 ] En lagos donde los organismos bentónicos son prominentes, la respiración y el consumo de estos organismos que se alimentan del fondo pueden superar las propiedades de mezcla de los lagos fuertemente estratificados, lo que resulta en zonas de concentraciones extremadamente bajas de oxígeno y nutrientes cerca del fondo. Esto puede ser perjudicial para los organismos bentónicos como los moluscos; en los peores casos puede acabar con poblaciones enteras. [ 16 ] La acumulación de dióxido de carbono disuelto (CO 2 ) en tres lagos meromícticos en África ( el lago Nyos y el lago Monoun en Camerún y el lago Kivu en Ruanda ) es potencialmente peligrosa, porque si uno de estos lagos entra en erupción límnica , una gran cantidad de CO 2 puede salir rápidamente del lago y desplazar el oxígeno necesario para la vida de las personas y los animales en el área circundante.

Desestratificación

En latitudes templadas, muchos lagos que se estratifican durante los meses de verano se desestratifican con el paso del tiempo, cuando las temperaturas bajan y el viento aumenta, siendo la mezcla superficial provocada por el viento un factor determinante en este proceso. A esto se le suele denominar «renovación otoñal». La mezcla del hipolimnio con el agua del lago recircula los nutrientes, en particular los compuestos de fósforo, que quedan atrapados en el hipolimnio durante el clima cálido. También conlleva el riesgo de una disminución del oxígeno disuelto, ya que un hipolimnio con larga trayectoria puede volverse anóxico o presentar niveles muy bajos de oxígeno.

Los regímenes de mezcla de los lagos pueden cambiar en respuesta al aumento de las temperaturas del aire. Esto puede convertir algunos lagos dimícticos en lagos monomícticos , mientras que algunos lagos monomícticos podrían volverse meromícticos. [ 17 ]

Se han utilizado muchos tipos de equipos de aireación para desestratificar térmicamente los lagos, particularmente los lagos sujetos a bajo oxígeno o floraciones de algas indeseables. [ 18 ] Los gestores de recursos naturales y ambientales a menudo se enfrentan a problemas causados ​​por la estratificación térmica de lagos y estanques. [ 6 ] [ 19 ] [ 20 ] La mortandad de peces se ha asociado directamente con gradientes térmicos, estancamiento y cobertura de hielo. [ 21 ] El crecimiento excesivo de plancton puede limitar el uso recreativo de los lagos y el uso comercial del agua de los lagos. La estratificación térmica severa en un lago también puede afectar negativamente la calidad del agua potable. [ 6 ] La distribución espacial de los peces dentro de un lago a menudo se ve afectada negativamente por la estratificación térmica y, en algunos casos, puede causar indirectamente grandes mortandades de peces de importancia recreativa. [ 21 ] Una herramienta comúnmente utilizada para mitigar estos problemas de gestión de lagos es eliminar o disminuir la estratificación térmica a través de la aireación del agua . [ 19 ] La aireación ha tenido cierto éxito, aunque rara vez ha demostrado ser una panacea. [ 20 ]

influencias antropogénicas

Cada lago posee un régimen de mezcla determinado, influenciado por su morfometría y las condiciones ambientales. Sin embargo, se ha demostrado que los cambios en la actividad humana, como el cambio de uso del suelo, el aumento de las temperaturas y las alteraciones en los patrones climáticos, modifican el momento y la intensidad de la estratificación en lagos de todo el mundo. [ 1 ] [ 2 ] Estos cambios pueden alterar aún más la composición de las comunidades de peces, zooplancton y fitoplancton, además de generar gradientes que modifican la disponibilidad de oxígeno disuelto y nutrientes. [ 3 ] [ 4 ]

Uso local del suelo

Existen diversas maneras en que los cambios en el uso del suelo por parte del ser humano influyen en la estratificación de los lagos y, por consiguiente, en las condiciones del agua. La expansión urbana ha llevado a la construcción de carreteras y viviendas cerca de lagos previamente aislados, lo que a veces provoca un aumento de la escorrentía y la contaminación. La adición de materia particulada a los cuerpos de agua de los lagos puede disminuir la claridad del agua , lo que resulta en una mayor estratificación térmica y temperaturas promedio más bajas en la columna de agua, lo que eventualmente puede afectar el inicio de la capa de hielo. [ 22 ] La calidad del agua también puede verse afectada por la escorrentía de sal de carreteras y aceras, que a menudo crea una capa salina bentónica que interfiere con la mezcla vertical de las aguas superficiales. [ 4 ] Además, la capa salina puede impedir que el oxígeno disuelto llegue a los sedimentos del fondo, disminuyendo el reciclaje de fósforo y afectando a las comunidades microbianas. [ 4 ]

Aumento global de las temperaturas

A escala global, el aumento de las temperaturas y los cambios en los patrones climáticos también pueden afectar la estratificación en los lagos. El aumento de la temperatura del aire tiene el mismo efecto en los cuerpos de agua de los lagos que un cambio físico en la ubicación geográfica, siendo las zonas tropicales particularmente sensibles. [ 2 ] [ 1 ] La intensidad y el alcance del impacto dependen de la ubicación y la morfometría del lago, pero en algunos casos puede ser tan extremo que requiere una reclasificación de monomíctico a dimíctico (por ejemplo, el Gran Lago del Oso ). [ 2 ] A nivel global, la estratificación de los lagos parece ser más estable con termoclinas más profundas y pronunciadas, y la temperatura promedio del lago como determinante principal en la respuesta de la estratificación a los cambios de temperatura. [ 1 ] Además, las tasas de calentamiento de la superficie son mucho mayores que las tasas de calentamiento del fondo, lo que nuevamente indica una estratificación térmica más fuerte en los lagos. [ 1 ]

Los cambios en los patrones de estratificación también pueden alterar la composición de la comunidad de los ecosistemas lacustres. En lagos poco profundos, los aumentos de temperatura pueden alterar la comunidad de diatomeas; mientras que en lagos profundos, el cambio se refleja en los taxones de la capa profunda de clorofila. [ 3 ] Los cambios en los patrones de mezcla y el aumento de la disponibilidad de nutrientes también pueden afectar la composición y abundancia de especies de zooplancton , mientras que la disminución de la disponibilidad de nutrientes puede ser perjudicial para las comunidades bentónicas y el hábitat de los peces. [ 3 ] [ 4 ]

En los lagos templados del norte, a medida que el cambio climático continúa causando una mayor variabilidad en los patrones meteorológicos, así como en las fechas de formación y deshielo del hielo, los cambios subsiguientes en los patrones de estratificación de un año a otro también pueden afectar a múltiples niveles tróficos . [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Las fluctuaciones en la consistencia de la estratificación pueden acelerar la desoxigenación de los lagos, la mineralización de nutrientes y la liberación de fósforo, con consecuencias significativas para las especies de fitoplancton. [ 25 ] [ 26 ] Además, estos cambios en la composición y abundancia de especies de fitoplancton pueden afectar el reclutamiento de peces , como el lucioperca . Cuando estas asincronías en las poblaciones de depredadores y presas ocurren año tras año debido a cambios en la estratificación, las poblaciones pueden tardar años en recuperar su consistencia "normal". [ 26 ] Combinado con las temperaturas típicamente más cálidas de los lagos asociadas con los patrones de estratificación provocados por el cambio climático, las poblaciones de presas variables de un año a otro pueden ser perjudiciales para las especies de peces de agua fría. [ 27 ]

Véase también

Referencias

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