domingo, 4 de junio de 2017

7 ECOSISTEMAS DE AGUA SALADA II, OCEANO ABIERTO Y ABISMOS

La soledad azul del océano abierto es algo palpable, una sensación que casi puedes probar. Como hemos visto, los únicos biomas terrestres que evocan algo cercano al sentimiento de soledad de este lugar son las praderas y desiertos abiertos como el Namibia, donde las extensas dunas se llaman "mar de arena". Pero hay una diferencia entre estos ambientes terrestres y el mar. En el mar abierto, todo es agua azul que se extiende al horizonte, hasta donde resuelve el cielo azul. La experiencia con los organismos terrestres no puede preparar al explorador para lo que se encuentra en muestras tomadas del océano profundo. Soñamos con seres extraterrestres desconocidos, algunos amigos y algunos monstruosos, todos con una anatomía extraña y chocante, pero que podemos encontrar en nuestro propio mundo en las grandes profundidades de los mares. Desfilamos a través de la literatura de ciencia ficción y películas, mientras que, desconocido para la mayoría de nosotros, criaturas tan extrañas y maravillosas, algunas más allá de la imaginación, viven en el mundo azul profundo más allá de las plataformas continentales. 

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Miller & Spoolman, 2009; Mittelbach, 2012; Molles, 2013; Rana, 2013; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

7.1 Geografía

El océano mundial, que cubre más de 360 millones de km2, es una masa continua de agua interconectada. Esta agua se extiende entre las tres principales cuencas oceánicas: el Pacífico, el Atlántico y el Indico, cada uno con varios mares más pequeños, cuerpos de agua parcialmente encerrada por tierra, a lo largo de sus márgenes. La cuenca oceánica más grande, el Pacífico, tiene una superficie total de casi 180 millones de km2 y se extiende desde el Antártico hasta el Mar Ártico. En el Océano Pacífico, los principales mares son el Golfo de California, el Golfo de Alaska, el Mar de Bering, el Mar de Okhotsk, el Mar de Japón, el Mar de China, el Mar de Tasmania y el Mar de Coral. La segunda cuenca más grande, el Atlántico, tiene una superficie total de más de 106 millones de km2 y también se extiende casi de polo a polo. Los principales mares del Atlántico son el Mediterráneo, el Mar Negro, el Mar del Norte, el Mar Báltico, el Golfo de México y el Mar Caribe. El más pequeño de los tres océanos, el indio, con una superficie total de poco menos de 75 millones de km2, se limita principalmente al hemisferio sur. Sus principales mares son la Bahía de Bengala, el Mar Arábigo, el Golfo Pérsico y el Mar Rojo.

El Océano Pacífico es también el más profundo, con una profundidad media de más de 4.000 m. Las profundidades medias de los océanos Atlántico e Índico son aproximadamente iguales, a poco más de 3.900 m. Las montañas submarinas atrapan el suelo del océano profundo, algunas aisladas y algunas de largas cadenas que corren como crestas durante miles de kilómetros. Las zanjas submarinas, algunas de gran profundidad y volumen, rasgan a través del fondo marino. Una de esas trincheras, las Marianas, en el Océano Pacífico occidental, tiene más de 10.000 m de profundidad, suficiente para hundir el Monte Everest con 2 km de sobra. El pico de Mauna Loa en Hawai es un poco más de 4.000 m sobre el nivel del mar, una altura modesta para una montaña. Sin embargo, la base de Mauna Loa se extiende a 6.000 m bajo el nivel del mar, lo que lo hace, de base a pico, una de las montañas más altas de la tierra. ¿Qué nuevos descubrimientos biológicos podrían esperar los futuros ecologistas a lo largo de esta pendiente submarina?

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Miller & Spoolman, 2009; Mittelbach, 2012; Molles, 2013; Rana, 2013; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

7.2 Condiciones abióticas

7.2.1 Luz

Aproximadamente el 80% de la energía solar que golpea el océano se absorbe en los primeros 10 m. La mayor parte de la luz ultravioleta e infrarroja se absorbe en los primeros metros. Dentro del rango visible, la luz roja, naranja, amarilla y verde se absorbe más rápidamente que la luz azul. En consecuencia, el océano abierto parece azul, la longitud de onda más probable esparcida de nuevo a nuestros ojos. En los primeros 10 m, el ambiente marino es brillante con todos los colores del arco iris; Debajo de 50 o 60 m es un crepúsculo azul. Incluso en los océanos más claros en los días más brillantes, la cantidad de luz solar que penetra a una profundidad de 600 m es aproximadamente igual a la intensidad de la luz de las estrellas en una noche clara. Eso deja, en promedio, unos 3.400 m de agua negra profunda en la que la única luz es la producida por peces bioluminiscentes e invertebrados.

7.2.2 Temperatura

La energía solar absorbida por el agua aumenta la energía cinética, o velocidad de movimiento, de las moléculas de agua. Detectamos este estado cinético aumentado como temperatura aumentada. Debido a que el movimiento molecular más rápido disminuye la densidad del agua, el agua caliente flota en el agua fría. Como consecuencia, el agua superficial calentada por el sol flota en el agua más fría abajo. Estas capas calientes y frías están separadas por una termoclina, una capa de agua a través de la cual la temperatura cambia rápidamente con la profundidad. Esta estratificación de la columna de agua por la temperatura, que se llama estratificación térmica, es una característica permanente de los océanos tropicales. Los océanos templados se estratifican sólo durante el verano, y la termoclina se descompone a medida que las aguas superficiales se enfrían durante el otoño y el invierno. En las altas latitudes, la estratificación térmica sólo se desarrolla débilmente, o nunca. Como veremos, estas diferencias en las condiciones térmicas en diferentes latitudes tienen consecuencias ecológicas de gran alcance.

En la superficie del océano, la temperatura media anual y la variación anual de temperatura cambia con la latitud pero, en todas las latitudes, las temperaturas oceánicas son mucho más estables que las temperaturas terrestres. La temperatura oceánica más baja, alrededor de 21.5 ° C, está alrededor de la Antártida. Las temperaturas superficiales medias más altas, un poco más de 27 ° C, se producen cerca del ecuador. La variación anual máxima de la temperatura superficial, de aproximadamente 7 ° a 9 ° C, se produce en la zona templada por encima de los 40 ° de latitud norte. Cerca del ecuador el rango anual total de temperatura es de aproximadamente 1 ° C. La mayor estabilidad en las temperaturas oceánicas, sin embargo, está por debajo de la superficie. Con sólo 100 m de profundidad, la variación anual de la temperatura suele ser inferior a 1 ° C.

7.2.3 Corrientes oceánicas

Los océanos nunca están quietos. Los vientos predominantes impulsan las corrientes que transportan nutrientes, oxígeno y calor, así como organismos, a través del globo. Las corrientes oceánicas moderan los climas, fertilizan las aguas superficiales de los continentes, estimulan la fotosíntesis y promueven el flujo de genes entre las poblaciones de organismos marinos. Las corrientes superficiales de viento arrastran vastas extensiones de mar abierto para crear grandes sistemas de circulación llamados giros que, bajo la influencia del efecto Coriolis, se mueven a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda en el sur Hemisferio. Los grandes giros oceánicos transportan agua fría desde altas latitudes hacia el ecuador y aguas cálidas de las regiones ecuatoriales hacia los polos, moderando climas en latitudes medias y altas. Un segmento de uno de estos giros, la Corriente del Golfo, modera el clima del noroeste de Europa.

Además de las corrientes superficiales, existen corrientes de aguas profundas como las que se producen como sumideros de agua de alta densidad refrigerados en el Antártico y el Ártico que se mueven a lo largo del lecho oceánico. El agua profunda también se puede mover a la superficie en un proceso llamado surgimiento. El surgimiento ocurre a lo largo de las costas occidentales de los continentes y alrededor de la Antártida, donde los vientos soplan el agua de la superficie costa afuera, permitiendo que el agua más fría salga a la superficie. Estos diversos movimientos de agua son como vientos submarinos, pero con una diferencia: el agua es mucho más densa que el aire.

7.2.4 Salinidad

La cantidad de sal disuelta en el agua, llamada salinidad, varía con la latitud y entre los mares que bordean los océanos. En el océano abierto, varía de aproximadamente 34 g de sal por kilogramo de agua (% o partes por mil) a aproximadamente 36,5%. Las salinidades más bajas ocurren cerca del ecuador y por encima de 40° latitudes N y S, donde la precipitación excede la evaporación. El exceso de precipitación sobre la evaporación en estas latitudes está claramente demostrado por los diagramas climáticos para bosques templados, bosques boreales y tundra que. Las salinidades más elevadas ocurren en los subtropicales en las latitudes 20 ° a 30 ° N y S, donde la precipitación es baja y la evaporación alta, precisamente aquellas latitudes donde encontramos desiertos. La salinidad varía mucho más en las pequeñas cuencas cerradas a lo largo de los márgenes de los principales océanos.

El mar Báltico, que está rodeado de bosques templados y bosques boreales y recibe grandes aportes de agua dulce, tiene salinidades locales de 7% o menos. En contraste, el Mar Rojo, que está rodeado de desiertos, tiene salinidades superficiales de más del 40%. A pesar de la considerable variación en la salinidad total, las proporciones relativas de los iones principales, por ejemplo, sodio(1+), magnesio(2+) y cloruro(2-) permanecen aproximadamente constantes de una parte del océano a otra. Esta composición uniforme, que es una consecuencia de la mezcla continua y vigorosa de todo el océano mundial, subraya las conexiones físicas a través de los océanos del mundo.

7.2.5 Acidez

Es la proporción de iones protio(1+) disuelta en agua y expresada como una escala logarítmica llamada pH donde 7 es neutron, 0 es corrosivamente ácido y 14 es corrsivamente caustico. El cambio climático ha conllevado a una alteración de la acidez de los océanos. La acidificación del océano es la disminución en curso en el pH de los océanos de la Tierra, causada por la absorción del dióxido de carbono de la atmósfera. El agua de mar es ligeramente básica (es decir, pH> 7), y el proceso en cuestión es un cambio hacia condiciones de pH neutro en lugar de una transición a condiciones ácidas (pH <7). La alcalinidad del océano no es cambiada por el proceso, o puede aumentar durante largos períodos de tiempo debido a la disolución del carbonato. Un 30-40% estimado del dióxido de carbono de la actividad humana lanzada en la atmósfera se disuelve en océanos, ríos y lagos. 

Para alcanzar el equilibrio químico, parte de él reacciona con el agua para formar ácido llamado dihidrogeno(trioxidocarbonato) llamado vulgarmente como ácido carbónico así como sus iones disueltos: ion hidrogeno(trioxidocarbonato)(1+) y trioxidocarbonato(2+) llamados respectivamente bicarbonato y carbonato. Este equilibrio triple del carbonato provoca que se liberen uno o dos iones protio(1+) aumentando la acidez y disminuyendo el pH. Entre 1751 y 1996 se estima que el pH de los océanos de superficie ha disminuido de aproximadamente 8,25 a 8,14, lo que representa un aumento de casi el 35% en la concentración de iones H + en los océanos del mundo. Earth System Models proyecta que en la última década la acidez del océano superó los análogos históricos y en combinación con otros cambios biogeoquímicos oceánicos podría socavar el funcionamiento de los ecosistemas marinos e interrumpir la provisión de muchos bienes y servicios asociados con el océano.

7.2.6 Oxigenación

El oxígeno está presente en concentraciones mucho más bajas y varía mucho más en los océanos que en los ambientes aéreos. Un litro de aire contiene aproximadamente 200 ml de oxígeno a nivel del mar, mientras que un litro de agua de mar contiene un máximo de 9 ml de oxígeno. Típicamente, la concentración de oxígeno es más alta cerca de la superficie del océano y disminuye progresivamente con la profundidad a alguna profundidad intermedia que generalmente alcanza un mínimo a 1.000 m o menos. A partir de este mínimo, la concentración de oxígeno aumenta progresivamente hasta el fondo. Sin embargo, algunos ambientes marinos tales como las aguas profundas en el Mar Negro y en los fiordos noruegos del umbral están desprovistos de oxígeno.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Miller & Spoolman, 2009; Mittelbach, 2012; Molles, 2013; Rana, 2013; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

7.3 Estructura

Los océanos se pueden dividir en varias zonas verticales y horizontales . La costa poco profunda bajo la influencia de la subida y bajada de las mareas se denomina zona litoral o intertidal. La zona nerítica se extiende desde la costa hasta el margen de la plataforma continental, donde el océano está a unos 200 m de profundidad. Más allá de la plataforma continental se encuentra la zona oceánica. 

El océano también se divide generalmente verticalmente en varias zonas de la profundidad. La zona epipelágica es la capa superficial de los océanos que se extiende a una profundidad de 200 m. La zona mesopelágica se extiende de 200 a 1.000 m, y la zona batipelágica se extiende de 1.000 a 4.000 m. La capa de 4.000 a 6.000 m se llama zona abisal, y finalmente las partes más profundas de los océanos pertenecen a la zona hadal. Habitats en el fondo del océano, y otros ambientes acuáticos, se refieren como benticas, mientras que ésos del fondo, sin importar la profundidad, se llaman pelágico. Cada una de estas zonas apoya un conjunto distintivo de organismos marinos.


Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Miller & Spoolman, 2009; Mittelbach, 2012; Molles, 2013; Rana, 2013; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

7.4 Biología

Existe una estrecha correspondencia entre las condiciones físicas y químicas y la diversidad, composición y abundancia de los organismos oceánicos. Por ejemplo, debido a la penetración limitada de la luz solar en el agua de mar, los organismos fotosintéticos se limitan a la zona epipelágica superior brillantemente iluminada del océano. Los habitantes fotosintéticos más significativos de esta zona, también llamada zona fótica o eufóbica, son organismos microscópicos llamados fitoplancton que derivan con las corrientes en el mar abierto. Los animales pequeños que derivan con estas mismas corrientes se llaman zooplancton. Si bien no hay fotosíntesis ecológicamente significativa por debajo de la zona fótica, no hay ausencia de organismos de aguas profundas. Los peces, que van desde pequeñas formas bioluminiscentes a tiburones gigantes, e invertebrados de diminutos crustáceos a calamares gigantes, rondan toda la columna de agua. Hay vida incluso en las trincheras más profundas, por debajo de 10.000 m.

La mayoría de los organismos marinos profundos se nutren -cualquiera que sea su lugar en la cadena alimentaria- por materia orgánica fijada por fotosíntesis cerca de la superficie. Se suponía desde hace mucho tiempo que la lluvia de materia orgánica procedente de arriba era la única fuente de alimento para los organismos de aguas profundas. Entonces, hace unas tres décadas, el mar sorprendió a todos. Hay comunidades biológicas enteras en el fondo del mar que se alimentan no por la fotosíntesis en la superficie, sino por la quimiosíntesis en el fondo del océano . Estos oasis de vida están asociados con las aguas termales submarinas y albergan muchas formas de vida enteramente nuevas para la ciencia.

El océano profundo brilla con el azul del agua pura y es a menudo llamado un "desierto biológico". Si bien es cierto que la tasa media de fotosíntesis por metro cuadrado de superficie del océano es similar a la de los desiertos terrestres, los océanos al ser colosales, contribuyen aproximadamente a la mitad de la fotosíntesis total en la biosfera. Esta producción oceánica constituye una contribución sustancial a los presupuestos globales de carbono y oxígeno. El océano abierto es el hogar, el único hogar, para miles de organismos sin contrapartidas en tierra. El medio terrestre soporta 11 filos de animales, uno de los cuales, Onychophora, es endémico del medio terrestre, es decir, no se encuentra en ningún otro medio; 14 filos viven en ambientes de agua dulce, pero ninguno es endémico. Mientras tanto, el medio ambiente marino soporta 28 filos, 13 de los cuales son endémicos al medio marino.

¿La mayor diversidad de filos en el medio marino contradice nuestra impresión de alta diversidad biológica en biomas tales como la selva tropical? No, no lo es. El ambiente terrestre es extraordinariamente diverso porque hay muchas especies en algunos fila de animales y plantas, especialmente artrópodos y plantas con flores. Sin embargo, el número de especies marinas también puede ser muy alto. El primer Censo de Vida Marina, que tuvo lugar entre 2000 y 2010 con 2.700 científicos participantes, dio como resultado un estimado de al menos 1 millón de especies marinas, de las cuales sólo una cuarta parte es actualmente conocida por la ciencia. El censo descubrió un enorme depósito de diversidad entre los microbios, que puede incluir cientos de millones de especies distintivas. Es evidente que los océanos siguen siendo una de las fronteras para el descubrimiento biológico.

Los  ecosistemas tropicales marinos que se dan independientemente a los arrecifes de coral existen en lo que ha sido descrito como una gran paradoja. A pesar de presentarse en zonas tropicales, su diversidad es baja, debido a los pocos nutrientes disueltos que poseen. Esta situación se resuelve únicamente en los arrecifes de coral, donde la asociación entre la zooxantela y los pólipos de coral producen nutrientes. Los océanos polares también presentan una paradoja, pero esta vez opuesta, los sistemas de corrientes arrastran nutrientes y plancton que enriquecen en gran medida los ecosistemas marinos del ártico. La riqueza de los polos se da especialmente durante su día de casi 6 meses, el cual le permite al plancton crecer y reproducirse sin pausa. Esto crea una disponibilidad de alimento inmensa, siendo la causa por la cual grandes mamíferos como las ballenas de barbas filtradoras viajan allí durante el verano “comida fácil”. 

Tan ricos son estos ecosistemas marinos que logran mantener a los mamíferos marinos y terrestres más grandes, como las ballenas y los osos polares respectivamente. De hecho gran parte del bioma de los polos, y de la tundra costera depende del océano para mantener su diversidad. Hay que recordar que el tamaño de los depredadores de nivel superior es un indicativo de la energía que posee el ecosistema.

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Miller & Spoolman, 2009; Mittelbach, 2012; Molles, 2013; Rana, 2013; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

7.5 Influencia humana

El impacto humano en los océanos fue una vez menor que en otras partes de la biosfera. Durante la mayor parte de nuestra historia, la inmensidad de los océanos ha sido un amortiguador contra las intrusiones humanas, pero nuestra influencia está creciendo. El declive de grandes poblaciones de ballenas alrededor de la Antártida y en otros lugares sonó una advertencia de lo que podemos hacer con el sistema oceánico abierto. La matanza de ballenas se ha reducido, pero hay planes para cosechar el suministro de alimentos de las grandes ballenas, los pequeños crustáceos planctónicos conocidos como krill. Aunque podemos encontrarlos menos atractivos que sus depredadores, las grandes ballenas, estos zooplancton pueden ser más importantes para la vida del océano abierto. Las ballenas no son las únicas poblaciones marinas que han colapsado. La sobrepesca ha provocado grandes descensos en poblaciones de peces comercialmente importantes, como la población de bacalao de los Grandes Bancos de Terranova. Muchas poblaciones de peces marinos, que alguna vez parecían inagotables, ahora se han ido y las flotas pesqueras permanecen inactivas en los puertos de todo el mundo.

Otra amenaza para la vida marina es la posibilidad de verter en aguas profundas desechos de todo tipo, incluidos desechos nucleares y químicos. En los últimos años, la contaminación química del mar ha aumentado sustancialmente, y los contaminantes químicos se están acumulando en los sedimentos de aguas profundas. Además, los restos plásticos, que son resistentes a la descomposición, se han acumulado en las porciones centrales de los océanos en extensas "manchas de basura". Las piezas más grandes pueden atrapar animales marinos, mientras que pequeños fragmentos interfieren con la alimentación de aves marinas y otras especies marinas .

Referencias básicas: (Belk & Maier, 2013; Hoefnagels, 2015; Mackean & Hayward, 2014; Mader & Windelspecht, 2015, 2018; Mader, 2010; Mason et al., 2014; Miller & Spoolman, 2009; Mittelbach, 2012; Molles, 2013; Rana, 2013; Reece et al., 2014; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2014; Starr et al., 2013)

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