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La biología de agua dulce es el estudio biológico científico de los ecosistemas de agua dulce y es una rama de la limnología . Este campo busca comprender las relaciones entre los organismos vivos en su entorno físico. Estos entornos físicos pueden incluir ríos, lagos, arroyos, estanques, embalses o humedales. [1] El conocimiento de esta disciplina también se utiliza ampliamente en los procesos industriales para aprovechar los procesos biológicos relacionados con el tratamiento de aguas residuales [2] y la purificación del agua . La presencia y el flujo del agua son un aspecto esencial para la distribución de las especies e influyen en cuándo y dónde interactúan las especies en entornos de agua dulce. [1]
En el Reino Unido, la Asociación Biológica de Agua Dulce con sede cerca de Windermere en Cumbria fue una de las primeras instituciones en investigar la biología del agua dulce y promover los conceptos de trofismo en lagos y demostró el proceso de migración desde el agua oligotrófica a través de las aguas mesotróficas hasta los pantanos . [3]
La biología de agua dulce también se utiliza para estudiar los efectos del cambio climático y el mayor impacto humano tanto en los sistemas acuáticos como en los ecosistemas más amplios. [4] Los organismos de agua dulce, especialmente los vertebrados, parecen tener un mayor riesgo de extinción por el cambio climático que los organismos terrestres o marinos. [5]
Los hábitats de agua dulce albergan una amplia variedad de organismos con hábitats que incluyen ríos, arroyos, lagos, estanques y humedales. [6]
El agua corriente es un tipo de hábitat de agua dulce que consiste principalmente en ríos y arroyos. Las aguas corrientes y de rápido movimiento tienen un mayor contenido de oxígeno, lo que permite que diferentes especies prosperen y hace que la contaminación sea más fácil de combatir. [6] El agua corriente es un sistema abierto, lo que significa que no está aislado e intercambia materia y energía con otros sistemas. [6] Al ser un sistema abierto, gran parte de la materia orgánica que se encuentra en el agua corriente proviene de la escorrentía terrestre o de otros sedimentos río arriba y esta materia es una fuente importante de alimento para muchas especies. Los cuerpos de agua que fluyen comienzan en las cabeceras, que incluyen manantiales, lagos y nieve derretida, y viajan hasta sus desembocaduras, generalmente otro canal de agua en movimiento o el océano. [7] Las características de los arroyos y ríos cambian a lo largo de su viaje desde la fuente hasta la desembocadura. Por ejemplo, el agua en la fuente es más clara, tiene un mayor contenido de oxígeno, temperaturas más bajas y especies comunes heterótrofas. En el medio, el ancho generalmente se expande y la diversidad de especies aumenta debido a los cambios de temperatura y contenido de oxígeno, incluidas las plantas verdes acuáticas y las algas. El agua en la desembocadura tiene una menor concentración de oxígeno y es más turbia debido al sedimento que se ha acumulado y ha viajado a lo largo del río o arroyo. Este aumento de sedimento disminuye la cantidad de luz que puede penetrar el agua y hay una menor diversidad de flora y el menor oxígeno reduce la diversidad de fauna. [7]
La zona ribereña es el área a lo largo de la ribera de un río o de un arroyo que alberga plantas vitales con un alto contenido de humedad. Estas plantas crean una barrera entre la tierra y el sistema de agua corriente, protegiéndolo de la contaminación y las inundaciones. Además, estas plantas proporcionan un amplio hábitat para muchas especies de humedales, un gran número de las cuales están en peligro o amenazadas. Por último, las plantas ribereñas protegen el agua de la luz solar, lo que reduce el estrés térmico sobre el agua y la vida acuática, al tiempo que proporcionan nutrientes en forma de materia orgánica. [6]
El agua estancada es un tipo de hábitat de agua dulce que se compone principalmente de lagos y estanques. Este hábitat tiene una diversidad de especies limitada porque están aislados unos de otros y de otros sistemas de agua, a diferencia del agua corriente. [7] El agua estancada experimenta el proceso de estratificación, que es cuando el agua se estratifica debido al contenido de oxígeno. [6] La estratificación no ocurre en el agua corriente debido a que el agua se mueve rápidamente y mezcla agua con un contenido de oxígeno variable. La capa superior tiene la mayor cantidad de oxígeno y, a medida que aumenta la profundidad, el oxígeno disminuye. [6] La estratificación se puede sentir físicamente en la temperatura del agua, ya que la capa superior del agua es más cálida que el agua más profunda porque ha sido calentada por el sol.
El agua estancada se puede dividir en tres zonas según la profundidad y la distancia desde la orilla. La zona litoral es la capa más superior y el agua más cálida que se encuentra en lagos y estanques, ya que el sol la calienta directamente. [7] Esta zona alberga la mayor biodiversidad en agua estancada, con una amplia variedad de organismos que se encuentran aquí, vitales para la salud del ecosistema y un aspecto importante de la dieta de los organismos en el hábitat, como algas , plantas acuáticas , almejas , insectos , peces , crustáceos y anfibios . [7] La zona limnética se encuentra debajo de la zona litoral. Esta zona tiene temperaturas más bajas, está bastante bien iluminada y está ocupada por una variedad más pequeña de organismos, incluidos fitoplancton , zooplancton y peces . [7] El plancton que se encuentra en esta zona juega un papel crucial en la red alimentaria del hábitat y sustenta la dieta de muchos organismos importantes. La zona más profunda es la zona profundal , con muy poca luz, temperaturas más frías y mayor densidad que las capas anteriores. [7] Cuando el plancton muere cae en esta capa y proporciona nutrientes a la fauna que vive en ella. Estas faunas se denominan heterótrofas , lo que significa que comen organismos muertos y utilizan el oxígeno para la respiración celular, lo que da como resultado un menor contenido de oxígeno en la zona profundal. [7]
La termoclina es la zona de transición entre el agua cálida de la superficie y el agua más profunda a una temperatura más fría. [6] La mezcla y el movimiento limitados del agua que se producen en el agua estancada se producen en la termoclina. La mezcla de las capas de agua en el agua estancada se debe principalmente a la rotación estacional. Durante el otoño y la primavera, hay una mezcla de capas, generalmente debido al viento que hace circular el oxígeno y crea una temperatura más uniforme en todo el sistema de agua. [7] La zona de la costa es la zona de transición entre los sistemas de agua y la tierra, similar a la zona ribereña que se observa en los sistemas de agua corriente. [6] Esta área funciona de la misma manera que la zona ribereña, las plantas protegen el agua de la contaminación, las inundaciones y el estrés térmico, al mismo tiempo que proporcionan nutrientes y hábitats para las especies acuáticas y de humedales.
Los humedales son un tipo específico de hábitat de agua estancada que incluye pantanos, ciénagas y turberas. Debido a la naturaleza anegada y sumergida de la tierra, las condiciones anaeróbicas de los humedales son únicas y sustentan la mayor diversidad de especies de todos los ecosistemas. [7] Los humedales desaceleran la descomposición de la materia orgánica, creando capas de material orgánico rico que proporciona nutrientes importantes para las especies del sistema. La fauna que reside en los humedales se llama hidrófitos, lo que significa que están adaptados a condiciones muy húmedas y mojadas. [7] Los humedales son el hogar de una gran cantidad de especies de aves, anfibios, insectos, reptiles, pastos y árboles que no pueden habitar en ningún otro sistema, lo que los pone en riesgo de extinción, ya que los humedales están siendo destruidos para el desarrollo urbano y la agricultura. [6] Los humedales ayudan a combatir la contaminación y el cambio climático, ya que filtran contaminantes y almacenan una gran cantidad de carbono de la biosfera en su suelo húmedo y agua estancada, a pesar de la pequeña cantidad de tierra que ocupan. Además, los humedales brindan protección contra inundaciones y tormentas, ya que el sistema puede absorber grandes cantidades de exceso de agua. [6] La capacidad de los humedales para absorber agua también ayuda a la recarga de las aguas subterráneas , lo que es muy importante para el uso humano del agua, ya que las fuentes de agua dulce utilizables están disminuyendo. Los humedales no son solo hábitats y sistemas de agua dulce, ya que existen marismas y pantanos que sustentan diferentes especies. [7]
Las bahías de Carolina (también conocidas como pocosins, que significa "pantano en una colina") son una forma única de humedal que se encuentra predominantemente en las Carolinas, y hay algunas fuera de las Carolinas a lo largo de la costa este de los Estados Unidos. [8] Las bahías de Carolina se caracterizan por ser depresiones de forma elíptica que están rodeadas por un borde de arena y tienen un fondo arenoso. [8] Esta depresión pasa por períodos húmedos y secos, llenándose de agua de lluvia durante los meses de invierno y primavera y secándose en el verano. [8] Las bahías de Carolina a menudo contienen especies raras, algunas endémicas de las bahías. [8]
Los organismos de agua dulce se dividen generalmente en las categorías de organismos bentónicos y pelágicos , ya que estas son las dos zonas de vida que se encuentran en el bioma de agua dulce. Los organismos de agua dulce pueden incluir invertebrados , insectos , peces , anfibios , mamíferos , aves , plantas acuáticas y plancton . [7]
Los invertebrados de agua dulce incluyen moluscos de agua dulce , insectos , crustáceos y gusanos . [9] Los invertebrados de agua dulce proporcionan un vínculo importante en las cadenas alimentarias de agua dulce, transportando los nutrientes y la energía desde los productores como las algas y las plantas acuáticas hasta los consumidores superiores como los peces y los anfibios. [9] Además, los invertebrados pueden actuar como bioindicadores importantes para la salud del ecosistema. [9]
Los peces de agua dulce son muy diversos, con más de 18.000 especies y constituyendo 1/4 de las especies de vertebrados del mundo. [10] Alrededor de la mitad de las especies de peces viven en ambientes de agua dulce, la otra mitad vive en agua salada . [11] Algunos peces, como el salmón y algunas especies de tiburón, pueden viajar entre los ambientes de agua dulce y salada, vinculando los dos. [11] Estos peces se conocen como peces diádromos, que proviene del griego y significa "correr entre", en referencia a los peces que corren entre agua dulce y salada. [12]
Los anfibios, que incluyen ranas , sapos , salamandras y cecilias , son un grupo que existe predominantemente en hábitats de agua dulce. Los anfibios son exotérmicos que poseen piel fina, lo que significa que dependen del agua para mantenerse hidratados. [13] Los anfibios son Los anfibios pueden actuar como un indicador de la salud ambiental, ya que se ven fácilmente afectados por los cambios en el medio ambiente, como la contaminación o el cambio climático. [13]
Las aves acuáticas son un grupo de aves que dependen de hábitats acuáticos para cazar, descansar y, a veces, anidar. [14] Las aves que dependen de hábitats de agua dulce incluyen aves como el martin pescador , los flamencos y varios tipos de aves acuáticas . Muchas especies dependen de las plantas en estos entornos de agua dulce para obtener material de anidación, hábitat y alimento. Además, las aves de agua dulce actúan como un control para los peces e insectos en entornos de agua dulce. [14]
Las plantas acuáticas actúan de forma muy similar a las plantas terrestres, proporcionando la base para la cadena alimentaria, la eliminación de dióxido de carbono y la producción de oxígeno. Las plantas acuáticas se pueden dividir en 3 categorías: emergentes, sumergidas y flotantes. [15] Las plantas emergentes , como las colas de caballo y las espadañas , tienen sus raíces cerca del borde de los ecosistemas de agua dulce y, por lo general, sobresalen del agua. [15] Las plantas sumergibles , como la elodea y la alga de estanque , son aquellas que están completamente bajo el agua y pueden tener raíces o no. [15] Las plantas flotantes, como los nenúfares o la lenteja de agua , son plantas que pueden tener raíces o no, pero cuyas hojas flotan hasta la superficie del agua. [15]
La causa más común de contaminación del agua es la escorrentía de aguas pluviales de áreas desarrolladas, como pavimentos y tejados. [16] La escorrentía de aguas pluviales consiste en mover la lluvia y la nieve derretida que no ha sido absorbida. [16] Las superficies impermeables utilizadas en la construcción doméstica y urbana reemplazan el suelo que solía absorber las aguas pluviales, lo que aumenta la cantidad de escorrentía que viaja distancias mayores. Este exceso de escorrentía puede acumular contaminantes a medida que finalmente se abre camino hacia arroyos, ríos, lagos, humedales e incluso acuíferos, contaminando importantes ecosistemas de agua dulce y agua utilizable. [16] Además, el aumento de la escorrentía de aguas pluviales puede provocar un aumento de las inundaciones y la erosión .
Los ríos y arroyos drenan el agua que cae sobre las zonas altas, y esta agua en movimiento disuelve los contaminantes a un ritmo más rápido que el agua estancada. [16] Sin embargo, debido a la alta producción y colocación de contaminantes en estas aguas en movimiento, las aguas se contaminan más rápido que la tasa de dilución de contaminantes, lo que lleva a ríos y arroyos sobrecontaminados. Los tres principales contribuyentes a la contaminación (industria, agricultura y ciudades) se encuentran comúnmente a lo largo de aguas en movimiento, lo que se suma a la sobrecontaminación de ríos y arroyos. [16] El solo hecho de saber que las aguas en movimiento rápido pueden diluir los contaminantes ha fomentado aún más la contaminación, lo que aumenta aún más el problema de la contaminación. Otro problema que contribuye a la destrucción de ríos y arroyos es la alteración física de estas aguas en movimiento, principalmente en forma de represas, desviación de agua, alteración de canales y desarrollo de la tierra. [16] Estas alteraciones afectan la temperatura del agua, los patrones de flujo de agua y aumentan los sedimentos, destruyendo importantes condiciones de hábitat para muchos organismos acuáticos y reduciendo la calidad del agua. [16]
Un tema de controversia en relación con la contaminación de arroyos y ríos es el concepto de que la contaminación aguas arriba afecta a las personas aguas abajo. [16] Los desechos de una fábrica aguas arriba pueden contaminar el agua potable de alguien aguas abajo. Esto se convierte en un problema especialmente en los cuerpos de agua en movimiento que limitan con varios países o estados, ya que lo que un país o estado hace aguas arriba puede afectar drásticamente lo que el país o estado aguas abajo puede hacer. [16]
Los lagos y estanques sufren la misma contaminación que los ríos y arroyos, pero se contaminan a un ritmo más rápido debido a que las aguas se mueven más lentamente, no hay salidas para el flujo de agua y la cantidad de agua. [16] El agua estancada circula mucho menos que las aguas en movimiento, y las capas de agua más profundas solo se mueven durante los cambios estacionales dos veces al año. [16] Los lagos y estanques son cuencas en las que generalmente fluye y se acumula agua corriente, lo que significa que los contaminantes también se acumulan sin salida. Los lagos y estanques contienen menos agua que la mayoría de los ríos y arroyos, lo que significa que los lagos y estanques más pequeños se contaminan a un ritmo más rápido.
La eutrofización es el proceso de crecimiento abundante de las plantas, una amenaza dominante para las aguas estancadas. [16] Si los nutrientes químicos para el crecimiento de las plantas acuáticas que antes eran limitados pasan a estar disponibles, las poblaciones de plantas aumentarán rápidamente. Este crecimiento excesivo de la población de plantas disminuye el contenido de oxígeno del agua y otras formas de vida acuática se asfixian. Los desechos humanos a menudo contienen estos nutrientes químicos, como el fósforo en los fertilizantes, y en combinación con la mala circulación del agua en las aguas estancadas, causa contaminación y agotamiento de los organismos. [16] Gran parte de los problemas de contaminación que afectan a los estanques y lagos también afectan a los humedales, ya que la circulación del agua de los humedales también es lenta.
Las aguas superficiales son el lugar donde se expresa el agua subterránea, y los humedales son los mayores ejemplos de niveles freáticos cerca o en la superficie. El agua que se encuentra en los hábitats de agua dulce es la combinación del flujo superficial, la precipitación y la expresión de las aguas subterráneas. [16] Esta relación entre las aguas subterráneas y las superficiales significa que la contaminación de las aguas subterráneas también afecta a la contaminación de las aguas dulces superficiales.
Según una encuesta de la Agencia de Protección Ambiental, aproximadamente una cuarta parte del agua subterránea utilizable de los Estados Unidos está contaminada. El agua subterránea es la única fuente de agua potable para aproximadamente la mitad de los Estados Unidos. [17] A medida que las poblaciones humanas aumentan y se industrializan, la demanda de agua subterránea aumenta, pero la contaminación de las aguas subterráneas también aumenta. La contaminación de las aguas subterráneas es fácil de lograr debido a la lenta circulación del agua, incluso más lenta que la de los lagos y estanques. El agua debe navegar a través de pequeños agujeros en la roca del acuífero, moviéndose en promedio solo un par de pulgadas cada día. [16] La tasa de recarga de las aguas subterráneas es el tiempo que tarda el agua subterránea en reponerse y es extremadamente lenta, lo que lleva a la escasez de agua, ya que los humanos extraen agua de los acuíferos más rápido que la tasa de recarga. [16] Debido a una circulación tan lenta del agua, las aguas subterráneas pueden permanecer contaminadas durante décadas, ya que los procesos naturales de purificación son muy lentos.
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