LECCIÓN 3
OCÉANO Y SEDIMENTOS:
EL REGISTRO DE LA PRODUCCIÓN MARINA
vientos del oeste
alisios
alisios
vientos del oeste
El hecho de que el océano es frío,
con una capa superficial cálida, tiene
importantes repercusiones para la
productividad marina. Los
nutrientes están concentrados en las
aguas frías.
Las aguas superficiales cálidas
forman giros gigantes centrados en
los subtrópicos. Están controlados
por los vientos (alisios y del oeste).
Los giros son los desiertos del mar.
Las regiones fértiles se encuentran
donde las aguas frías aportan
nutrientes a la zona fótica.
El patrón general de productividad
en el Pacífico (de acuerdo a valores
medidos) refleja el patrón de
circulación. Los desiertos (azul más
claro) coinciden con los giros
centrales. La productividad máxima
(amarillo) marca zonas donde el
agua fría llega a la superficie, en
regiones con luz solar. El Pacífico
Este tropical es un ejemplo de dicha
región. En las altas latitudes la luz
es limitante durante la mayor parte
del año.
Hay que destacar que la zona de alta productividad alrededor
del ecuador, resultado del upwelling (afloramiento) ecuatorial,
se debe a los vientos alisios y a la rotación diaria del planeta.
Este gráfico muestra el modelo de
producción en el Atlántico deducido a
través de imágenes de satélites, usando el
color del mar (que cambia con la
concentración de clorofila).
Los patrones del gráfico están de acuerdo
con las medidas directas y con la
distribución de nutrientes en las aguas
superficiales. Como en el Pacífico, los giros
centrales (azul más claro) son desiertos, las
regiones de alta productividad están
concentradas alrededor de los márgenes de
las cuencas oceánicas.
En cuanto a la sedimentación (que registra la historia del cambio),
las regiones con baja producción dan lugar a materiales calcáreos
(fósiles de carbonato), mientras que las regiones de alta producción
están marcadas por un incremento en conchas silíceas (diatomeas y
radiolarios) y un mayor aporte de materia orgánica al fondo marino.
“Anomalías frías” (marcadas) son generalmente regiones de alta productividad.
cálido
frío
Los límites de color están cerca de 27, 20, 15, 8 y 4 grados Celsius. Basado en imagen de satélite.
Las aguas cálidas son generalmente pobres en nutrientes (las algas ya han
extraído los nutrientes). Allí donde las aguas frías penetran en las aguas
cálidas, la producción es generalmente muy alta.
Distribución de la materia orgánica
Los patrones de
sedimentación de la
materia orgánica y el
ópalo son similares, pero
también difieren en
algunos aspectos
importantes. La materia
orgánica se acumula sobre
todo en regiones costeras
someras afectadas por
upwelling y en la zona del
mínimo de oxígeno. El
aporte de terrígenos
también contribuye al
depósito de la materia
orgánica. Los mayores
depósitos de ópalo tienen
lugar alrededor de la
Antártida.
Distribución del ópalo
Luz solar
calor
calor
Agua profunda fría y rica
en nutrientes
La razón fundamental por la cual el agua profunda es fría se debe a que el agua
fría se produce en las gélidas altas latitudes y se hunde porque es pesada. La
circulación resultante (como se muestra en el gráfico) transporta calor de los
trópicos a las altas latitudes.
Distribución de la temperatura en la costa este de
América del Norte, vista desde el espacio. Color de la
imagen falso. (Naranja: cálido; azul: frío. Negro:
tierra o nubes).
Las cálidas aguas superficiales
se desplazan a las altas latitudes
para ocupar el espacio de las
masas de agua que se han
hundido allí. De esta forma, se
transfiere calor desde los
trópicos a las zonas frías. Uno de
los mejores ejemplos de este
proceso es la corriente del Golfo,
en la costa este de Norte
América, que transporta agua
cálida hacia el norte para
alimentar la corriente del
Atlántico Norte, lo cual aporta
calor al Mar de Noruega. La
transferencia de calor hace que
fresas, ciruelas y manzanas
crezcan en Noruega, a las
mismas latitudes donde en
Groenlandia hay hielos
permanentes.
August 93
January 93
La dirección y velocidad del viento
sobre los océanos se pueden determinar
mediante satélites que miden el
movimiento de las ondas originadas por
el viento. Los vientos más fuertes
ocurren en invierno, en el Atlántico
Norte (Enero) y en el Océano del Sur
(Agosto). Lo que destaca en las
imágenes de la izquierda, es la fuerte
zonalidad de los vientos, es decir, el
hecho de que la velocidad está
relacionada con las latitudes. Los
vientos zonales son fuertes porque las
regiones polares son frías y
proporcionan un fuerte contraste de
temperatura a los trópicos.
Por tanto, el hecho de que haya
hielo en las altas latitudes, en
tierra y en el mar (en la foto:
Groenlandia y Estrecho de Davis)
es fundamental para la
circulación profunda y
superficial. Éstas, a su vez,
controlan los patrones de
producción del océano.
El enfriamiento de las regiones
polares desde el Eoceno tardío
(hace 40 millones años) resultó
en el enfriamiento del océano
profundo y el modelo de
vientos que genera upwelling lo
cual estimuló la evolución de
ballenas y pingüinos.
diatomeas
sardinas
krill
Las regiones con upwelling
tienen gran abundancia de
diatomeas y crustáceos que
se alimentan de ellas . Son
las zonas de pesca favoritas.
La reconstrucción de la intensidad de upwelling es crucial para entender la
historia física y biológica del océano.
En las costas americanas (Norte y Sur) del Pacífico hay mucha pesca debido a las aguas
frías que ascienden y proveen nutrientes al plancton verde (como diatomeas),
estimulando el afloramiento. Los sedimentos tienen mucha materia orgánica.
El upwelling aporta
nutrientes a la superficie,
donde pueden fertilizar el
agua afectada por la luz
solar y así facilitar el
crecimiento de algas
microscópicas. Los
animales, grandes y
pequeños, se benefician de
este crecimiento a través de
la cadena alimenticia.
Las regiones de alta producción están
caracterizadas por cadenas tróficas cortas.
Estas zonas son cruciales para las pesquerías.
A lo largo de las zonas costeras con
upwelling, hay tipos de algas muy
grandes, conocidas como “kelp” (o
quelpo). Los bosques de kelp son uno
de los sistemas más productivos del
planeta.
Lechos de kelp en California del Sur. Acuario Scripps.
Tanto en la tierra, como en el océano, la historia
del upwelling ha tenido consecuencias importantes.
Las regiones más secas del planeta
(tales como el desierto de Namibia)
están cerca de las frías aguas de
upwelling, lo cual bloquea los
vientos húmedos del mar.
Desierto de Anza Borrego, San Diego,
California
El avance de desiertos, junto con la
intensificación de upwelling hace unos
10 millones de años, promovieron la
evolución de plantas y animales que
requieren poco agua.
La circulación general, dominada por los grandes giros subtropicales, presenta
otra consecuencia importante: la asimetría Este-Oeste en la zona ecuatorial.
Las aguas más cálidas
están en el Oeste.
W
Aguas relativamente frías
dominan el Este.
C
San Diego
upwelling
E
masa de agua
cálida
W
nutrientes
upwelling
C
Santiago
La asimetría Este-Oeste, debida a los vientos alisios, separa
las regiones cálidas al Oeste de las
regiones con alta productividad al
este. De esta manera tenemos las
aguas pobres en nutrientes al Oeste,
que proveen un hábitat a los
arrecifes coralinos, y los aguas
fértiles en el Este, donde las sardinas y
las anchoas se alimentan de
diatomeas y sirven de alimento a
cormoranes, pelicanos y mamíferos
marinos.
La asimetría Este-Oeste
proporciona el escenario para
una situación “diente de sierra”.
nutrients
nutrients
Cuando la asimetría es fuerte, el
Oeste es cálido, el Este es frío, y hay
buena pesca en Ecuador y Perú.
Llueve mucho en Indonesia. Esta
situación es conocida por los
científicos como “La Niña”.
Cuando la asimetría es débil
(debido a suaves vientos alisios), el
agua cálida se mueve al Este y
bloquea el upwelling y el aporte de
nutrientes. La pesca es pobre en
Ecuador y Perú; hay sequía en
Indonesia, y lluvia en Tahití. Perú
sufre inundaciones. Esta situación
es conocida como “El Niño” (por
los pescadores peruanos y ahora
también los científicos).
Las historias de los patrones de productividad, de la fuerza de upwelling, y de la asimetría
Este-Oeste en el mundo tropical, contiene la información crucial que permite una
reconstrucción válida de la historia del océano, incluyendo los aspectos de circulación.
Los sedimentos
recuperados
por perforación
y recogida de
núcleos reflejan
la intensidad de
producción en
las aguas
superficiales.
En zonas con baja productividad (la mayor parte del océano) se consiguen sedimentos
calcáreos de color crema. Bajo áreas de alta producitividad (sobre todo alrededor de
continentes) los colores son de tonos verdosos. Hay casos extremos en los que los sedimentos
son ricos en gas (que se expande al recuperar los núcleos, lo cual da lugar a agujeros, como
se aprecia en ODP Site 1084, a la derecha).
El upwelling y la alta productividad asociada,
dan lugar a tipos de sedimentos
característicos, ricos en materia orgánica y
poco oxigenados. Durante la perforación de
estos sedimentos y su recogida, hay que tener
cuidado para permitir que los gases se escapen
antes de que empujen el sedimento fuera del
tubo de plástico recolector con fuerza
explosiva. Generalmente, estos gases son
metano (fórmula: un átomo de carbono y
cuatro átomos de hidrógeno) y dióxido de
carbono (fórmula: un átomo de carbono y dos
átomos de oxígeno). Pero a veces también hay
gases con olores desagradables. Durante el
estudio de tales sedimentos en el laboratorio, el
olor puede marear a algunas personas (tal y
como paso durante la perforación en las costas
de Nambia, donde el upwelling es
extremadamente fuerte).
Un aspecto muy importante,
cuando se estudian los
sedimentos calcáreos, es la
disolución de los fósiles en
función de la profundidad. Por
encima de los 3.000 m de
profundidad los foraminíferos
están bien preservados. La
lisoclina es el nivel a partir del
cual se disuelve una gran parte
de los carbonatos, a excepción
de los foraminíferos calcáreos
más resistentes.
lisoclina
CCD
La posición de la lisoclina está
relacionada con las propiedades
del agua del océano profundo.
Por tanto, los cambios de
preservación representan pistas
sobre cambios en el hábitat del
fondo marino.
El primer estudio
detallado de la historia de
preservación de fósiles
calcáreos, durante muchos
millones de años, se realizó
a bordo del Glomar
Challenger durante el
Deep Sea Drilling Program
(DSD) Leg 3, en el
Atlántico Sur.
Se encontraron grandes cambios de preservación, con fuerte disolución al
final del Mioceno medio y un rápido incremento en la preservación desde
entonces.
Tras corregir los cambios en profundidad (debido a la expansión
oceánica), fue posible estimar los efectos de los cambios en la química de
las capas de agua profunda. Esto resultó ser importante para determinar
el comienzo de la producción de aguas profundas en el Atlántico Norte.
Esquema muy simplificado de la
circulación de corrientes oceánicas
profundas, en el cual el agua fría se
hunde a la altura de Groenlandia
(en el Mar Labrador y los mares
Nórdicos), y emerge en el océano
Índico y el Pacífico Norte, donde se
incorpora al flujo de las aguas
superficiales (de color blanco en el
gráfico). El anillo de mezcla que
recorre el Océano del Sur a todas
las profundidades conecta las aguas
implicadas en el intercambio
Pacífico-Atlántico (“the global
conveyor”).
La producción de agua profunda en el Atlántico Norte se realiza principalmente en
el Mar de Groenlandia, pero también en el de Labrador. La otra fuente
importante de agua profunda está en el Mar Weddell, en la Antártida. Hace diez
millones de años, cuando el Atlántico Norte empezó a producir agua profunda de
forma importante se desarrolló una fuerte asimetría en las propiedades del agua
profunda entre el Atlántico y el Pacífico.
Paralelamente, la preservación de los fósiles calcáreos mejoró en el Atlántico y se
ha deteriorado en el Pacífico.
Modelo simplificado del intercambio de agua profunda entre el Atlántico y el
Pacífico, mostrando 5 cajas (2 x agua superficial, 2 x agua profunda, y una para el
intercambio del anillo de mezcla AA).
El Atlántico Norte es como una trampa de calor. Además, aquí penetra el oxígeno (O2) en el
océano. El Pacífico Norte tiene menos O2 (debido a un mayor recorrido sin intercambio con
la superficie). La pérdida de O2 en profundidad va acompañada por un aumento en dióxido
de carbono, que reacciona con el agua produciendo ácido, que ataca a las conchas calcáreas.
Por ello, la lisoclina es más somera en el Pacífico que en el Atlántico. En conclusión, el
establecimiento de la producción de agua profunda en el Atlántico Norte cambió el clima de
su entorno, a través de la transferencia de calor. Además, la preservación de las conchas
calcáreas en el fondo marino incrementó, permitiendo la reconstrucción de esta historia.
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