Flujos de C N P en la Zona Costera
Introducción al Modelo de Balances
Biogeoquímicos de LOICZ
Victor Camacho-Ibar
Area de Geoquímica Ambiental
Instituto de Investigaciones Oceanológicas
Universidad Autónoma de Baja California
México
[email protected]
(abril del 2000)
ZONA COSTERA
Región donde se unen e interactúan el
continente la atmósfera y el océano
Atmósfera
Atmosphere
Tierra
Land
Océano
Una región ESTRECHA pero vital del planeta con muchos
SISTEMAS, FRONTERAS Y FLUJOS
Atmósfera
T
i
e
r
r
a
Cuencas
de
Drenaje
Mares Costeros
(plataforma)
Acuíferos
Ríos
Estuarios
Marismas
Lagunas Costeras
Manglares
Población y Asentamientos
Deltas
Arrecifes de Coral
Mantos Macroalgas
Comunidades de fondos blandos
Sistemas planctónicos
O
c
é
a
n
o
EN LA ZONA COSTERA
Los flujos pueden ser de varios tipos incluyendo:
biofísicos, geoquímicos, socioeconómicos
Atmósfera
I
T
in
el
ra
rn
ad
Catchments
Cuencas de
&
Drenaje
Basins
Coastal Seas
Mares
Costeros
O
O
c
c
e
e
a
a
n
n
o
Uno de los objetivos de LOICZ es elaborar balances de C N y P
en esta franja estrecha, en varios sitios a nivel global.
Atmósfera
T
i
e
r
r
a
Cuencas
de
Drenaje
Ríos
Mares Costeros
Estuarios
Marismas
Lagunas Costeras
Manglares
Población y Asentamientos
Arrecifes de Coral
Mantos Macroalgas
Deltas
Comunidades de fondos blandos
Sistemas planctónicos
O
c
é
a
n
o
LOICZ extrapolará datos de flujos locales
a datos de flujos Globales
Global
Tipología
E
S
C
A
L
A
S
Flujos verticales
Regional
Flujos Horizontales
Cuencas
Sist.Costeros
Océanos
MODELOS DE FLUJOS C N P
Local
Ecosistemas + Hábitats + Gente
Estrategia de LOICZ para evaluar FLUJOS Horizontales
Continente
Basins
Cuencas:
Dynamics
Dinámica
&
Flux
y Flujos
Sistema Costero
Modelos de Flujos
Biogeoquímicos
(C, N, P)
Océano
Margen
Continental
Acuíferos
Considerar flujos de materiales y la dimensión
humana en la zona costera alineando los 3 elementos
Modelos y diagnósticos de escala local y regional
continente
Dinámica
Cuenca
Drenaje
Sistema costero
Océano
Balances:
flujos netos
(C,N,P)
Márgen
Costero
Acuifero
Ecología y socioeconomía de ecosistemas
Biogeoquímica de deltas y estuarios
Cambios de nivel del mar
Generalidades del Balanceo
Biogeoquímico de
LOICZ
Los detalles del modelo se describen en la
Guía de Modelado Biogeoquímico de
LOICZ
(Gordon et al., 1996)
http://data.ecology.su.se/MNODE
El modelo utilizado por LOICZ es un
MODELO DE BALANCES DE
AGUA
SAL
NUTRIENTES
ESTEQUIOMÉTRICAMENTE RELACIONADOS
UN MODELO DE BALANCES ES
•Un cálculo de balances de masas de variables específicas:
(agua, sedimentos, carbono, nitrógeno, fósforo, etc.)
•En un área geográfica definida
•En un periodo definido (dias, meses, años, etc.)
EL MODELO DEBE INCLUIR:
•Los aportes EXTERNOS E INTERNOS mas importantes
•Las salidas INTERNAS Y EXTERNAS mas importantes
Ventajas de este modelo
•
•
•
•
•
Permite trabajar con datos secundarios;
Requiere un número mínimo de datos;
Metodología uniforme y de aplicación amplia;
Robusto;
Informativo acerca de procesos en los flujos CNP.
Bases generales en el Balanceo de LOICZ
• La conservación de masa es
uno de los conceptos
fundamentales de la ecología y
la geoquímica.
•Este principio se expresa como:
 (o u tp u ts )
s y s te m
s to r a g e
 ( in te 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
dM/dt = aportes - salidas + [generación – consumo]
(externos)
 ( in p u t s )
(internos)
ESTADO ESTACIONARIO
En la ecuación:
dM/dt =  aportes -  salidas +  [generación – consumo]
(externos)
(internos)
dM/dt representa el cambio de masa de cualquier material
con respecto al tiempo
Con frecuencia, la suposición de que esta masa no cambia
en un periodo determinado es adecuada. Es decir, suponer
que
dM/dt = 0
es razonable para representar el sistema en cuestión
EJEMPLOS DE ESTADO ESTACIONARIO
•El volúmen PROMEDIO (V) de una laguna costera hipersalina
NO CAMBIA en un periodo de 1 año dV/dt
=0
•La salinidad promedio del mismo sistema (v.g. S
= 38) es
constante durante los 4 meses de verano dS/dt = 0
•Si V y S no cambiaron, entonces la masa
(masa = volúmen x concentración) almacenada de sal
en el sistema tampoco varió, es decir,
LA MASA DE SAL
SE MANTUVO EN ESTADO ESTACIONARIO
dVS/dt = 0
BALANCE DE MATERIALES
 aportes
 salidas
Sistema
generación
consumo
Interno Neto
El balance de LOICZ supone
que los materiales se
conservan. En estado
estacionario, la diferencia entre
los materiales exportados del
sistema ( salidas) y los
materiales importados al
sistema ( aportes) es
explicada por procesos que
ocurren dentro del sistema
([generacion – consumo]).
 [generación – consumo] =  salidas -  aportes
internos
externos
En los Balances de Agua, Sal y de Nutrientes
“Relacionados Estequiométricamente”
1 Los balances de agua y sal se usan para determinar
intercambios de agua en sistemas costeros.
2 La desviación del balance de nutrientes del comportamiento
conservativo es una medida de los “flujos biogeoquímicos
dentro del sistema”.
3 El flujo no conservativo de PID se supone es proporcional a
(producción primaria – respiración).
4 La desviación del flujo de NID con base en lo “esperado”
según el flujo de PID y Redfield se supone es proporcional a
(fijación de nitrógeno – denitrificación).
¿Por que usa LOICZ balances de Nutrientes
relacionados estequiométricamente?
• A pesar de cubrir ~8% de la superficie oceánica, en la ZC:
•
•
•
•
Ocurre 18-33% de la PP Global
Se remineraliza ~83% de C.O.
Se entierra ~87% del CO preservado en los océanos
Transitan la mayor parte de los elementos que controlan la
PP oceánica (N, P, Si, Fe, etc)
 Se sabe que el océano global es un sumidero neto de CO2
atmosférico
LA ZONA COSTERA ..........
¿ES FUENTE O SUMIDERO DE CO2?
¿ Son los ecosistemas costeros fuentes o
sumideros de CO2 ?
METABOLISMO NETO DEL ECOSISTEMA
(producción neta del ecosistema, PNE, Odum 1969)
• Balance entre la fotosíntesis bruta y la respiración de
un ecosistema
PNE = PPB - R
106 CO2 + 16 HNO3 + H3PO4 + 122 H2O
P
R
(CH2O)106(NH3)16(H3PO4) + 138 O2
ESTATUS TRÓFICO DE UN ECOSISTEMA
106 CO2 + 16 HNO3 + H3PO4 + 122 H2O
P
R
(CH2O)106(NH3)16(H3PO4) + 138 O2
• La diferencia entre las entradas y salidas de nutrientes
inorgánicos esenciales, escalados adecuadamente a carbono
orgánico y considerando posibles reacciones inorgánicas (e.g.
con fases minerales o gaseosas), representa la PNE.
Si PPB > R (PNE = +) el sistema es AUTÓTROFO
Si PPB < R (PNE = -) el sistema es HETERÓTROFO
NETO
ETAPAS DEL BALANCE
• 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
EJEMPLOS DE LOS
CÁLCULOS EN LOS BALANCES
ver la presentación:
LOICZ Biogeochemical Budgeting
Procedures and Examples
por
Vilma Dupra y Steve Smith
(U. Hawaii) en
http://data.ecology.su.se/mnode/Methods/powerpoint/ppts.htm
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