Flujos de C N P en la Zona Costera
Enfoque de LOICZ a los Balances y su
extrapolación Global
S. V. Smith
U. Hawaii
Marzo 2000
(traducción de Victor Camacho - UABC, México)
¿Cuál es el papel del océano
costero en los ciclos globales CNP?
• Mas fácil de cuantificar globalmente que localmente:
– Via balances globales de las descargas;
– Conocimiento limitado de su distribución y controles.
• Función de la biota y reacciones inorgánicas;
• Función de condiciones ambientales:
– F(aportes terrestres, intercambio oceánico);
– F(presiones antropogénicas);
– F(cambio ambiental regional y global).
• Pregunta ambientalmente importante que puede
responderse vía razonamiento geoquímico.
Antecedentes Generales
Elevación Global
Solo una pequeña proporción incluye el “dominio de
LOICZ”
Zona Costera
(+200 a –200 m)
Este dominio es nominalmente + 200 m a -200 m, o
alrededor del 18% del área global.
Océano Costero
(0 a –200 m)
El océano costero, balanceado por LOICZ, es
aproximadamente 5% del área global.
El Océano Costero Global : Una franja estrecha,
heterogénea y Químicamente Reactiva
Tierra
Océano
Esta franja es de ~ 500,000 km de largo y promedia
aprox. 50 km de ancho.
La mayoría de los materiales aportados de la tierra al
océano atraviesan ésta franja.
Se cree que las reacciones biogeoquímicas netas
ocurren principalmente en la porción estuarina mas
interna de esta franja.
LOICZ e IGBP
• IGBP es el International Geosphere-Biosphere
Programme (Programa Internacional Geósfera-Biósfera)
– http://www.igbp.kva.se/
– Parte de ICSU (International Council of Scientific
Unions)
• LOICZ es Land-Ocean Interactions in the Coastal
Zone (Proyecto de Interacciones Tierra-Océano en la
Zona Costera)
– http://kellia.nioz.nl/loicz
– Un elemento (proyecto) clave del IGBP
IGBP:
International GeosphereBiosphere Programme
Objetivo del IGBP -- describir y comprender:
• •Los interactivos procesos físicos, químicos y biológicos
que regulan el Sistema Tierra (ST)
• •El ambiente único que el ST provee para la vida
• •Los cambios que están ocurriendo en este sistema
• •La forma en que contribuye la actividad humana en estos
cambios.
Objetivo de LOICZ -- Esencialmente el mismo que el IGBP
pero enfocado en la zona costera.
Sopa de Letras (elementos) del IGBP
•
•
•
•
•
•
•
•
JGOFS
Joint Global Ocean Flux Studies
IGAC
International Global Atmospheric Chemistry
GCTE
Global Change and Terrestrial Ecosystems
BAHC
Biospheric Aspects of the Hydrological Cycle
PAGES
Past Global Change
LOICZ
Land-Ocean Interactions in the Coastal Zone
LUCC
Land Use and Cover Change
GLOBEC
Global Ocean Ecosystem Dynamics
__________________________________________________
• GAIM
Global Analysis, Integration and Modelling
• START
System for Analysis, Research, and Training
• DIS
Data and Information System
Generalidades del Balanceo
Biogeoquímico de
LOICZ
Desarrollo de un Método para
estimación de Flujos
“Globalmente Aplicable”
• Posibilidad de trabajar con datos secundarios;
• Que requiera un número mínimo de datos;
• Metodología uniforme y de aplicación
amplia;
• Robusto;
• Informativo acerca de procesos en los flujos
CNP.
Etapas en el Balanceo de LOICZ
• La conservación de masa es
uno de los conceptos
fundamentales de la
ecología y la geoquímica.
 (o u tp u ts )
s y s te m
s to r a g e
 ( in p u t s )
 ( in t e r n a l s o u r c e s , s in k s )
M A T E R IA L B U D G E T
Balances de Agua, Sal y de Nutrientes
“Relacionados Estequiométricamente”
• Los balances de agua y sal se usan para determinar
intercambios de agua en sistemas costeros.
• La desviación del balance de nutrientes del
comportamiento conservativo es una medida de los
“flujos biogeoquímicos dentro del sistema”.
• El flujo no conservativo de PID se supone es
proporcional a (producción primaria – respiración).
• La desviación del flujo de NID con base a lo “esperado”
según el flujo de PID y Redfield se supone es
proporcional a (fijación de nitrógeno – denitrificación).
Balances de Agua y Sal
• Balance de Agua
VP
VE
VR =
V E - (V P +V Q +V G +V O)
V Q, VG, VO
system
ocean
S ocean
V system , S system
WATER BUDGET
– Los flujos de agua dulce
son conocidos.
– El flujo residual (VR)
conserva el volúmen.
• Balance de Sal
V ES E
= 0
V PS E
= 0
S R = (S o c ea n + S s ys tem )/2
V RS R
s y s te m
o c ea n
S o c ea n
V s ys te m , S s ys te m
V Q S Q, V G S G,
V OS O = 0
V X = V R S R /(S o c ea n -S s ys tem )
SALT BUDGET
– Se conocen los flujos
netos de sal.
– La mezcla (VX) conserva
el contenido de sal.
Balances de Nutrientes
• Balance del elemento (Y)
N U T R IE N T S
ocean
s y s te m
im
sed
ent
 Y =  o u tp u ts
-  in p u ts
s
– El aporte o salida interna
neta dentro del sistema
(Y) conserva Y.
• Cálculos basados en estequiometría simple
– Suponiendo una razón C:N:P Redfield (106:16:1)
• (producción - respiración) = -106 x DIP
• (Fijación de Nitrógeno - denitrificación) = DINobs - 16 x DIP
Estrategia de LOICZ
• Desarrollar un inventario global de balances.
– Una Guía, un tutorial, y balances para sitios
individuales en http://data.ecology.su.se/MNODE/
– Dirigido por S. V. Smith, F. Wulff
– (tema principal de esta presentación).
• Extrapolación de balances locales a una escala global
usando técnicas de “tipología” (clasificación).
– Dirigido por R. W. Buddemeier
– Herramientas y ejemplos disponibles en
http://www.palantir.swarthmore.edu/~maxwell/loicz/
(B. Maxwell)
Investigaciones de LOICZ sobre
Balances
• LOICZ no tiene como objetivo primario generar datos
nuevos para obtener balances globales.
• Depende fuertemente en datos secundarios para asegurar
una cobertura amplia (“global”).
• La base de datos de balances se abastece principalmente
mediante Talleres y compartición de información via la
World Wide Web.
• El financiamiento de los talleres proviene, entre otros,
de UNEP/GEF, LOICZ, WOTRO, aportaciones locales.
• Desarrollo de herramientas analíticas para apoyo a los
cálculos de los balances.
Talleres de balances de LOICZ
• Septiembre 1995—Desarrollo de la Guía
– (Halifax, Canada)
• Diciembre 1995—Presentación de Guía a SWOL
– (Penang, Malaysia)
• Octubre 1996—Márgenes Continentales LOICZ/JGOFS
– (Lagos, Nigeria)
• Junio 1997—Lagunas Mexicanas
– (Ensenada, México)
• Octubre 1997—Márgenes Continentales LOICZ/JGOFS
– (Texel, The Netherlands)
Talleres LOICZ, cont...
• Octubre 1998—Estuarios Australasia
– (Canberra, Australia)
• Enero 1999—Lagunas México- C. América II
– (Mérida, Mexico)
• Julio 1999—Estuarios South China Sea
– (Manila, Philippines)
• Noviembre 1999—Estuarios Sud América
– (Bahía Blanca, Argentina)
• Febrero 2000—Estuarios South Asia
– (Goa, India)
El Global Environment Facility (GEF) del
Programa de las Naciones Unidas para el
Medio Ambiente (UNEP) financió a LOICZ
para conducir una serie de balances locales,
talleres regionales de tipología y de síntesis
global.
LOICZ-UNEP/GEF
Programa de Talleres
• Julio 1999
Noviembre 1999
Febrero 2000
Junio 2000
Septiembre 2000
• Noviembre 2000
Marzo 2001
Mayo 2001
• Noviembre 2001
• ++++
Balances--South China Sea;
Balances--Sud América;
Balances--South Asia;
Balances--East Asia;
Balances—Africa.
Regional—Asia;
Regional—América;
Regional—Africa/Europa.
Síntesis Global.
Uno mas si es necesario.
Página Web de Modelado Biogeoquímico LOICZ
T ab le of C on ten ts (resum id a)

L O IC Z hom e page

L O IC Z B iogeochem ical M odelling N ode hom e page
M ethodological G uidelines

Introduction and background

O verview of the budgeting procedure

S caling and how to set boundaries of a system

W ater and salt budgets
(varias sub seccion es con lig as a ejem plo s )
- E stim atin g p recip itation and ev ap o ration (con v arias sub seccion es )
- A n estim ato r o f run off
- E stim atin g flo w s from g roun d w ater (con varias sub seccion es )
T able of C ontents (continuación)

N u trien t b ud gets
- E stim ating nutrie nt inp uts fro m a gric ulture and other hu m a n
activities
-Inp uts fro m po int so urces (sew a ge and othe r w aste loads)
-E fflue nt d isc harge coe ffic ie nts
- E stim ating nutrie nt inp uts fro m the atm osphere

S to ichio m etric C alcu latio n s

D o w n lo ad ab le bu d get tem p lates (excel sp read sh eets)
an d gu id elin es fo r repo rts

R eferen ces
 C o n trib uto rs
T able of C ontents (continuación)
B udgets of C oastal E cosystem s

A frica

A u stralia an d N ew Z ealan d

C en tral an d S ou th A m erica

E u rop e

Jap an , th e P h ilipp in es and So uth east A sia

M exico

N o rth A m erica an d th e P acific
B ack to [N ode Introd uctio n] [L O IC Z ]
L ast U pdated 15 Jan 2000 by D P S
http://data.ecology.su.se/MNODE/
Resultados Preliminares de los
Balances de LOICZ
Sitios con Balances a la Fecha
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######
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##
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#
##
>100 sitios actualmente; > 200 sitios deseables.
##
#
Latitud, Longitud de los Sitios
Cobertura actual
90
60
##
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0
#
##
#
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### # ##
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##
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#
•Pobre en altas latitudes
(N & S).
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# ##
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## # ####
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#
##
##
#
##
##
-3 0
#
##
#
# #
#
##
#
#
#
###
##
#
-6 0
-9 0
0
•Pobre entre 10N - 15S.
5 10 15 20
•Pobre en Africa.
n o . site s
n o . site s
L a titu d e
##
30
###
#
15
10
5
0
-1 8 0
-1 2 0
-6 0
0
L o n g itu d e
60
120
180
•Sitios S. Asia todavía no
colocados en la página.
L a titu d e
Descarga de Nutrientes vs Latitud
90
90
60
60
30
30
0
0
-3 0
-3 0
-6 0
-6 0
-9 0
-9 0
100
101
102
103
D IP lo a d
-2 yr -1 )
(m m o l m
100
101
102
103
104
D IN lo a d
-2 yr -1 )
(m m o l m
•Variaciones de descarga
mas obvias con DIP.
•Altas descargas cerca de
15N son del SE Asia.
•Altas descargas cerca de
30S son en Australia
Flujo Interno de Nutrientes vs Latitud
•La respuesta de DIP
a las descargas tal vez
difiere entre H.N. y
HS.
90
60
L a titu d e
30
0
-3 0
-6 0
-9 0
-3 0 0
0
300
 D IP
-2
-1
(m m o l m yr )
-6 0 0 0 0
6000
 D IN
-2
-1
m m o l m yr )
• La respuesta de
DIN a la descarga
parece mas débil que
DIP.
 D IP (m m o l m
0
0
-2 0 0
-4 0 0 0
-4 0 0
-8 0 0 0
100
101
102
103
100
D IP lo a d (m m o l m
101
-2
-1
yr )
102
103
-1
yr )
4000
-2
200
 D IN (m m o l m
-1
8000
yr )
400
-2
DIP, DIN vs Descarga de DIP
•DIP y DIN
aumentan (+ o -) con
altas descargas de DIP.
•Respuestas mas obvias
para DIP que para DIN.
 D IP (m m o l m
0
0
-2 0 0
-4 0 0 0
-4 0 0
-8 0 0 0
100 101 102 103 104
100 101 102 103 104
D IN lo a d (m m o l m
-2
-1
yr )
-1
yr )
4000
-2
200
 D IN (m m o l m
-1
8000
yr )
400
-2
DIP, DIN vs Descarga de DIN
•No hay efecto claro
de la descarga de DIN
en DIP.
•DIN mas negativos
con alta descarga de
DIN.
Metabolismo Neto del Ecosistema
(producción – respiración)
•Recordar: Las tasas son
aparentes, basadas en
suposiciones estequiométricas.
•No hay tendencia general
clara; la mayoría de los valores
agrupados alrededor de 0.
•Valores extremos (mayores 
10) = cuestionables.
(Fijación Nitrogeno – Denitrificación)
•Aunque los valores son
en gral. cercanos a 0, hay
clara dominancia de
denitrificación aparente.
•La fijación de N >5
parece ser muy alta.
Notas Precautorias
• Algunos balances individuales pueden tener problemas de
calidad de datos.
• La estequiometría es “aparente” y no siempre es confiable.
• El promedio simple de los balances no es una forma
adecuada para evaluar el comportamiento global; la zona
costera es muy heterogénea y el muestreo muy sesgado
para promediar.
• Además, el tamaño del sistema o la importancia
geográfica, no considerados en promedios simples.
• El “escalamiento” debe considerar estos factores.
Introducción a la Tipología
DEFINICIÓN
Tipología:
Estudio de tipos, como en la clasificación
sistemática.
Hay muchas consideraciones para desarrollar
una “tipología de la zona costera”.
ej., Balances en N. América y Flujo Riverino
•Es importante relacionar
los sitios con características
del flujo de agua dulce.
•Mucho de la línea de costa
se caracteriza por cuencas
de drenaje pequeñas.
Controles Naturales y Antropogénicos
en los Flujos al Océano
¿Qué se acarrea por un río y por qué?
Uso de suelo, vegetación,
# #
# #
##
#
#
#
Otros Factores
#
#
#
## # #
y sitios con balances
## #
#
•Densidad de Población;
##
#
#
M o d if ie d U M d la n d u s e
#
fo r e s t
w o o d la n d
s h r u b la n d
g r a s s la n d
##
###
#
#
c ro p la n d
bare grou nd
urban
N o D ata
•Actividades Económicas;
•uso de Fertilizantes;
#
#
#
•Depositación Atmosférica;
•Etcétera.
Agrupamiento Estadístico de
“Tipos” en la Zona Costera Global
Ejemplo de técnicas de
agrupamiento estadístico recién
desarrolladas
Australasia—10 Clusters
Distingue clusters separados O
Enfatiza clusters similares
¿Conexión entre
tipología y
balances?
Características
que relacionan
balances y los
clusters?
y comparamos
con
Sitios con Balances
Afinamos la
Tipología de Expertos
con
Clusters Similares
Conclusiones y Comentarios
sobre Balances y Tipología
• Estamos aumentando cobertura global sobre
flujos CNP en la zona costera.
• Empiezan a emerger algunas tendencias.
• La extrapolación de balances individuales a flujos
en la “zona coastera global” sigue siendo un gran
reto.
• Esta extrapolación se apoyará con una “tipología
global” de la zona costera.
• La tipología y los balances deberán reflejar las
influencias naturales y las dimensiones humanas.
Contactos para asistencia sobre balances
biogeoquímicos o para un taller de balances
•
•
•
•
•
•
•
Stephen Smith
Fred Wulff
Vilma Dupra
Dennis Swaney
Victor Camacho
Malou McGlone
Laura David
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
[email protected]
• LOICZ International Project Office
[email protected]
• Biogeochemical Modeling
Web Page
http://data.ecology.su.se/MNODE/
¡Gracias!
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