Surgencia

Si el viento sopla paralelo a la costa en el hemisferio sur (como a lo largo de la costa de Perú, donde el viento sopla hacia el norte), el transporte de Ekman puede producir un movimiento neto del agua superficial de 90° hacia la izquierda, lo que puede resultar en un afloramiento costero. ^{[ 1 ]}

El afloramiento es un fenómeno oceanográfico que implica el movimiento, impulsado por el viento , de agua densa, más fría y generalmente rica en nutrientes desde las profundidades hacia la superficie del océano . Esta agua reemplaza al agua superficial, más cálida y generalmente pobre en nutrientes . El agua aflorante rica en nutrientes estimula el crecimiento y la reproducción de productores primarios como el fitoplancton . La biomasa de fitoplancton y la presencia de agua fría en esas regiones permiten identificar las zonas de afloramiento mediante temperaturas superficiales del mar (TSM) bajas y altas concentraciones de clorofila a . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

La mayor disponibilidad de nutrientes en las regiones de afloramiento da como resultado altos niveles de producción primaria y, por ende, de producción pesquera . Aproximadamente el 25 % de las capturas mundiales totales de peces marinos provienen de cinco afloramientos, que ocupan solo el 5 % de la superficie oceánica total. ^{[ 4 ]} Los afloramientos impulsados ​​por corrientes costeras o por la divergencia del océano abierto tienen el mayor impacto en las aguas enriquecidas con nutrientes y en los rendimientos pesqueros mundiales. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Los tres principales impulsores que trabajan juntos para causar el afloramiento son el viento , el efecto Coriolis y el transporte de Ekman . Operan de manera diferente para distintos tipos de afloramiento, pero los efectos generales son los mismos. ^{[ 6 ]} En el proceso general de afloramiento, los vientos soplan a través de la superficie del mar en una dirección particular, lo que causa una interacción viento-agua. Como resultado del viento, el agua se ha transportado un neto de 90 grados con respecto a la dirección del viento debido a las fuerzas de Coriolis y el transporte de Ekman. El transporte de Ekman hace que la capa superficial del agua se mueva en un ángulo de aproximadamente 45 grados con respecto a la dirección del viento, y la fricción entre esa capa y la capa inferior hace que las capas sucesivas se muevan en la misma dirección. Esto da como resultado una espiral de agua que se mueve hacia abajo en la columna de agua. Luego, son las fuerzas de Coriolis las que determinan en qué dirección se moverá el agua; en el hemisferio norte, el agua se transporta a la derecha de la dirección del viento. En el hemisferio sur, el agua se transporta a la izquierda del viento. ^{[ 7 ]} Si este movimiento neto de agua es divergente, entonces se produce un afloramiento de agua profunda para reemplazar el agua que se perdió. ^{[ 2 ] [ 6 ]}

Las principales surgencias oceánicas están asociadas a la divergencia de corrientes que traen a la superficie aguas más profundas, frías y ricas en nutrientes. Existen al menos cinco tipos de surgencia: surgencia costera, surgencia a gran escala impulsada por el viento en el interior del océano, surgencia asociada a remolinos, surgencia asociada a la topografía y surgencia difusa y extensa en el interior del océano.

Costero

El afloramiento costero es el tipo de afloramiento más conocido y el que está más estrechamente relacionado con las actividades humanas, ya que sustenta algunas de las pesquerías más productivas del mundo. El afloramiento costero se produce cuando la dirección del viento es paralela a la costa y genera corrientes impulsadas por el viento. Estas corrientes se desvían a la derecha de los vientos en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur debido al efecto Coriolis . El resultado es un movimiento neto de agua superficial perpendicular a la dirección del viento, conocido como transporte de Ekman (véase también Espiral de Ekman ). Cuando el transporte de Ekman se produce lejos de la costa, las aguas superficiales que se alejan son reemplazadas por aguas más profundas, frías y densas. ^{[ 5 ]} Normalmente, este proceso de afloramiento se produce a una velocidad de entre 5 y 10 metros por día, pero la velocidad y la proximidad del afloramiento a la costa pueden variar debido a la fuerza y ​​la distancia del viento. ^{[ 2 ] [ 8 ]}

Las aguas profundas son ricas en nutrientes, como nitrato , fosfato y ácido silícico , que a su vez son el resultado de la descomposición de la materia orgánica que se hunde (plancton muerto/detrítico) de las aguas superficiales. Al llegar a la superficie, estos nutrientes son utilizados por el fitoplancton , junto con el CO₂ disuelto ₍ dióxido de carbono ) y la energía lumínica del sol , para producir compuestos orgánicos mediante la fotosíntesis . Por lo tanto, las regiones de afloramiento dan lugar a niveles muy altos de producción primaria (la cantidad de carbono fijado por el fitoplancton ) en comparación con otras áreas del océano. Representan aproximadamente el 50 % de la productividad marina global. ^{[ 9 ]} La alta producción primaria se propaga a lo largo de la cadena alimentaria porque el fitoplancton se encuentra en la base de la cadena alimentaria oceánica. ^{[ 10 ]}

La cadena alimentaria sigue el siguiente curso:

• Fitoplancton → Zooplancton → Zooplancton depredador → Alimentadores por filtración → Peces depredadores ^{[ 5 ]} → Aves marinas, mamíferos marinos ^{[ 11 ]}

En algunas regiones, conocidas como sistemas de afloramiento costero importantes , el afloramiento costero se produce durante todo el año, mientras que en otras solo ocurre en ciertos meses, denominadas sistemas de afloramiento costero estacionales . Muchos de estos sistemas de afloramiento están asociados a una productividad de carbono relativamente alta y, por lo tanto, se clasifican como grandes ecosistemas marinos . ^{[ 12 ]}

A nivel mundial, existen cinco corrientes costeras principales asociadas con áreas de afloramiento: la Corriente de Canarias (frente al noroeste de África ), la Corriente de Benguela (frente al sur de África ), la Corriente de California (frente a California y Oregón ), la Corriente de Humboldt (frente a Perú y Chile ) y la Corriente de Somalia (frente a Somalia y Omán ). Todas estas corrientes sustentan importantes pesquerías. Las cuatro principales corrientes de límite oriental en las que ocurre principalmente el afloramiento costero son la Corriente de Canarias, la Corriente de Benguela, la Corriente de California y la Corriente de Humboldt. ^{[ 13 ]} La Corriente de Benguela es el límite oriental del giro subtropical del Atlántico Sur y se puede dividir en un subsistema norte y sur con afloramiento en ambas áreas. Los subsistemas están divididos por un área de afloramiento permanente frente a Luderitz , que es la zona de afloramiento más fuerte del mundo. El Sistema de la Corriente de California (SCC) es una corriente de límite oriental del Pacífico Norte que también se caracteriza por una división norte y sur. La división de este sistema se produce en Point Conception , California, debido a una débil surgencia en el sur y una fuerte surgencia en el norte. La Corriente de Canarias es una corriente de límite oriental del Giro del Atlántico Norte y también se separa debido a la presencia de las Islas Canarias . Finalmente, la Corriente de Humboldt o Corriente de Perú fluye hacia el oeste a lo largo de la costa de Sudamérica desde Perú hasta Chile y se extiende hasta 1000 kilómetros mar adentro. ^{[ 9 ]} Estas cuatro corrientes de límite oriental comprenden la mayor parte de las zonas de surgencia costera en los océanos.

Ecuatorial

El afloramiento en el ecuador está asociado con la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), que se desplaza y, por consiguiente, suele ubicarse justo al norte o al sur del ecuador. Los vientos alisios del este (oeste) soplan desde el noreste y el sureste y convergen a lo largo del ecuador, soplando hacia el oeste para formar la ZCIT. Aunque no existen fuerzas de Coriolis a lo largo del ecuador, el afloramiento se produce justo al norte y al sur del mismo. Esto genera una divergencia, con el afloramiento de aguas más densas y ricas en nutrientes desde las profundidades, lo que explica el hecho notable de que la región ecuatorial del Pacífico pueda detectarse desde el espacio como una amplia línea de alta concentración de fitoplancton . ^{[ 4 ]}

Océano Austral

También se encuentra un afloramiento a gran escala en el Océano Austral . Allí, fuertes vientos del oeste (hacia el este) soplan alrededor de la Antártida , impulsando un flujo significativo de agua hacia el norte. Este es en realidad un tipo de afloramiento costero. Dado que no hay continentes en una franja de latitudes abiertas entre Sudamérica y el extremo de la Península Antártica, parte de esta agua se extrae de grandes profundidades. En muchos modelos numéricos y síntesis observacionales, el afloramiento del Océano Austral representa el principal medio por el cual el agua profunda y densa llega a la superficie. En algunas regiones de la Antártida, el afloramiento impulsado por el viento cerca de la costa arrastra agua profunda circumpolar relativamente cálida hacia la plataforma continental, donde puede aumentar el derretimiento de las plataformas de hielo e influir en la estabilidad de la capa de hielo. ^{[ 14 ]} También se encuentra un afloramiento menos profundo, impulsado por el viento, frente a las costas occidentales de América del Norte y del Sur, el noroeste y suroeste de África, y el suroeste y sur de Australia , todos asociados con circulaciones oceánicas subtropicales de alta presión (véase afloramiento costero más arriba).

Algunos modelos de circulación oceánica sugieren que en los trópicos se produce un afloramiento a gran escala, a medida que las corrientes impulsadas por la presión dirigen el agua hacia las bajas latitudes, donde se calienta por difusión desde arriba. Sin embargo, los coeficientes de difusión necesarios parecen ser mayores que los observados en el océano real. No obstante, es probable que se produzca cierto afloramiento difusivo.

Otras fuentes

• Pueden producirse afloramientos locales e intermitentes cuando islas, dorsales o montes submarinos provocan una desviación de las corrientes profundas, creando una zona rica en nutrientes en áreas oceánicas que, de otro modo, tendrían baja productividad. Algunos ejemplos son los afloramientos alrededor de las Islas Galápagos y las Islas Seychelles , que cuentan con importantes pesquerías pelágicas . ^{[ 4 ]}
• El afloramiento puede ocurrir en cualquier lugar donde exista una cizalladura adecuada en el campo de viento horizontal. Por ejemplo, cuando un ciclón tropical transita una zona, generalmente a velocidades inferiores a 8 km/h  (5 mph  ). Los vientos ciclónicos provocan una divergencia en la capa superficial del agua, en la capa de Ekman, lo que a su vez requiere el afloramiento de aguas más profundas para mantener la continuidad. ^{[ 15 ]}
• El afloramiento artificial se produce mediante dispositivos que utilizan la energía de las olas del océano o la conversión de energía térmica oceánica para bombear agua a la superficie. También se sabe que las turbinas eólicas marinas producen afloramientos. ^{[ 16 ]} Se ha demostrado que los dispositivos de olas del océano producen floraciones de plancton. ^{[ 17 ]}

La intensidad del afloramiento depende de la fuerza del viento y la variabilidad estacional, así como de la estructura vertical del agua , las variaciones en la batimetría del fondo y las inestabilidades en las corrientes .

En algunas zonas, el afloramiento es un fenómeno estacional que provoca aumentos periódicos de productividad similares a las floraciones primaverales en aguas costeras. El afloramiento inducido por el viento se genera por las diferencias de temperatura entre el aire cálido y ligero sobre la tierra y el aire más frío y denso sobre el mar. En latitudes templadas , el contraste de temperatura varía mucho según la estación, creando periodos de fuerte afloramiento en primavera y verano, y periodos de afloramiento débil o nulo en invierno. Por ejemplo, frente a la costa de Oregón, se producen cuatro o cinco fuertes afloramientos separados por periodos de poco o ningún afloramiento durante la temporada de seis meses de afloramiento. En cambio, las latitudes tropicales presentan un contraste de temperatura más constante, lo que genera un afloramiento constante durante todo el año. El afloramiento peruano, por ejemplo, se produce durante la mayor parte del año, lo que da lugar a una de las pesquerías marinas de sardinas y anchoas más grandes del mundo . ^{[ 5 ]}

En años anómalos, cuando los vientos alisios se debilitan o cambian de dirección, el agua que emerge es mucho más cálida y pobre en nutrientes, lo que provoca una drástica reducción de la biomasa y la productividad del fitoplancton . Este fenómeno se conoce como El Niño-Oscilación del Sur (ENOS). El sistema de afloramiento peruano es particularmente vulnerable a los eventos ENOS y puede causar una variabilidad interanual extrema en la productividad. ^{[ 5 ]}

Los cambios en la batimetría pueden afectar la intensidad de una surgencia. Por ejemplo, una dorsal submarina que se extiende desde la costa generará condiciones de surgencia más favorables que las regiones vecinas. La surgencia generalmente comienza en dichas dorsales y permanece más intensa allí incluso después de desarrollarse en otras ubicaciones. ^{[ 5 ]}

Las zonas oceánicas más productivas y fértiles, las regiones de afloramiento, son fuentes importantes de productividad marina. Atraen a cientos de especies a lo largo de los niveles tróficos; la diversidad de estos sistemas ha sido un punto central de la investigación marina . Al estudiar los niveles tróficos y los patrones típicos de las regiones de afloramiento, los investigadores han descubierto que los sistemas de afloramiento exhiben un patrón de riqueza en forma de cintura de avispa. En este tipo de patrón, los niveles tróficos altos y bajos están bien representados por una alta diversidad de especies. Sin embargo, el nivel trófico intermedio está representado solo por una o dos especies. Esta capa trófica, que consiste en peces pelágicos pequeños, generalmente constituye solo entre el tres y el cuatro por ciento de la diversidad de especies de todos los peces presentes. Las capas tróficas inferiores están muy bien representadas con alrededor de 500 especies de copépodos , 2500 especies de gasterópodos y 2500 especies de crustáceos en promedio. En los niveles tróficos ápice y casi ápice, generalmente hay alrededor de 100 especies de mamíferos marinos y alrededor de 50 especies de aves marinas. Las especies tróficas intermedias vitales son, sin embargo, los pequeños peces pelágicos que se alimentan habitualmente de fitoplancton . En la mayoría de los sistemas de afloramiento, estas especies son anchoas o sardinas, y normalmente solo está presente una, aunque ocasionalmente pueden estar presentes dos o tres. Estos peces constituyen una importante fuente de alimento para depredadores como grandes peces pelágicos, mamíferos marinos y aves marinas. Si bien no se encuentran en la base de la pirámide trófica, son las especies vitales que conectan todo el ecosistema marino y mantienen la alta productividad de las zonas de afloramiento ^{[ 13 ].}

Una de las principales amenazas tanto para este crucial nivel trófico intermedio como para todo el ecosistema trófico de afloramiento es el problema de la pesca comercial . Dado que las regiones de afloramiento son las zonas más productivas y ricas en especies del mundo, atraen a un gran número de pescadores y pesquerías comerciales. Por un lado, esto representa otro beneficio del proceso de afloramiento, ya que constituye una fuente viable de alimento e ingresos para muchas personas y naciones, además de los animales marinos. Sin embargo, al igual que en cualquier ecosistema, las consecuencias de la sobrepesca de una población pueden ser perjudiciales para dicha población y para el ecosistema en su conjunto. En los ecosistemas de afloramiento, cada especie presente desempeña un papel vital en el funcionamiento del ecosistema. Si una especie se agota significativamente, esto tendrá un efecto en el resto de los niveles tróficos. Por ejemplo, si una especie presa popular es el objetivo de la pesca, los pescadores pueden capturar cientos de miles de individuos de esta especie simplemente lanzando sus redes en las aguas de afloramiento. A medida que estos peces disminuyen, la fuente de alimento para quienes se alimentaban de ellos también disminuye. Por lo tanto, los depredadores de los peces objetivo comenzarán a morir, y no habrá tantos para alimentar a los depredadores que se encuentran por encima de ellos. Este sistema se repite a lo largo de toda la cadena alimentaria , lo que puede provocar un colapso del ecosistema. Es posible que el ecosistema se restaure con el tiempo, pero no todas las especies pueden recuperarse de eventos como estos. Incluso si las especies pueden adaptarse, puede haber un retraso en la reconstrucción de esta comunidad de afloramiento. ^{[ 13 ]}

La posibilidad de un colapso de este ecosistema es el principal peligro de la pesca en las zonas de afloramiento. La pesca puede abarcar diversas especies, por lo que representa una amenaza directa para muchas de ellas, pero constituye la mayor amenaza para los peces pelágicos intermedios . Dado que estos peces son fundamentales para el proceso trófico de los ecosistemas de afloramiento, están ampliamente representados en todo el ecosistema (incluso si solo hay una especie presente). Desafortunadamente, estos peces suelen ser los objetivos más populares de la pesca, ya que alrededor del 64 % de la captura total corresponde a peces pelágicos. Entre ellos, las seis especies principales que suelen formar la capa trófica intermedia representan más de la mitad de la captura. ^{[ 13 ]}

Además de provocar directamente el colapso del ecosistema debido a su ausencia, esto también puede generar problemas en el ecosistema a través de diversos métodos. Los animales de niveles tróficos superiores podrían no morir completamente de hambre, pero la disminución del suministro de alimento podría afectar a las poblaciones. Si los animales no obtienen suficiente alimento, su viabilidad reproductiva disminuirá, lo que significa que no se reproducirán con la misma frecuencia ni éxito que de costumbre. Esto puede conducir a una disminución de la población, especialmente en especies que no se reproducen con frecuencia en circunstancias normales o que alcanzan la madurez reproductiva tardíamente. Otro problema es que la disminución de la población de una especie debido a la pesca puede provocar una disminución de la diversidad genética, lo que resulta en una disminución de la biodiversidad de la especie. Si la diversidad de especies disminuye significativamente, esto podría causar problemas a la especie en un entorno tan variable y cambiante; podrían no ser capaces de adaptarse, lo que podría resultar en el colapso de la población o del ecosistema. ^{[ 13 ]}

Otra amenaza para la productividad y los ecosistemas de las regiones de afloramiento es el sistema El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), o más específicamente, los eventos de El Niño. Durante el período normal y los eventos de La Niña , los vientos alisios del este siguen siendo fuertes, lo que continúa impulsando el proceso de afloramiento. Sin embargo, durante los eventos de El Niño, los vientos alisios se debilitan, lo que provoca una disminución del afloramiento en las regiones ecuatoriales , ya que la divergencia de las aguas al norte y al sur del ecuador no es tan fuerte ni tan frecuente. Las zonas costeras de afloramiento también disminuyen, ya que son sistemas impulsados ​​por el viento, y este ya no es una fuerza impulsora muy fuerte en estas áreas. Como resultado, el afloramiento global disminuye drásticamente, lo que provoca una disminución de la productividad, ya que las aguas ya no reciben agua rica en nutrientes. Sin estos nutrientes, el resto de la pirámide trófica no puede mantenerse y el rico ecosistema de afloramiento colapsará. ^{[ 18 ]}

El afloramiento costero tiene una gran influencia sobre el clima local de la región afectada. Este efecto se magnifica si la corriente oceánica ya es fría. A medida que el agua fría y rica en nutrientes se mueve hacia arriba y la temperatura de la superficie del mar se enfría, el aire inmediatamente por encima también se enfría y es probable que se condense, formando niebla marina y nubes estratos . Esto también inhibe la formación de nubes de mayor altitud, chubascos y tormentas eléctricas y da como resultado lluvia sobre el océano dejando la tierra seca. ^{[ 19 ] [ 20 ]} En sistemas de afloramiento durante todo el año (como el de las costas occidentales del sur de África y Sudamérica), las temperaturas son generalmente más frías y la precipitación escasa. Los sistemas de afloramiento estacionales a menudo se combinan con sistemas de hundimiento estacionales (como el de las costas occidentales de los Estados Unidos ^{[ 21 ]} y la Península Ibérica ), lo que resulta en veranos más fríos y secos que el promedio e inviernos más suaves y húmedos que el promedio. Las zonas de afloramiento permanente suelen tener climas semiáridos o desérticos , mientras que las zonas de afloramiento estacional suelen tener climas mediterráneos o semiáridos , e incluso oceánicos en algunos casos. Algunas ciudades del mundo afectadas por fuertes regímenes de afloramiento son: San Francisco , Antofagasta , Sines , Essaouira , Walvis Bay y Curazao , entre otras.

• Corrientes superficiales generadas por el viento: afloramiento y hundimiento
• Surgencia costera
• Sobre la influencia de los grandes parques eólicos en la circulación oceánica superficial. Göran Broström, Instituto Meteorológico Noruego, Oslo, Noruega.