El giro subtropical del Pacífico Norte (GSP) es el ecosistema continuo más grande de la Tierra. En oceanografía , un giro subtropical es un sistema de corrientes oceánicas en forma de anillo que gira en el sentido de las agujas del reloj en el hemisferio norte y en el sentido contrario en el hemisferio sur, causado por el efecto Coriolis . Generalmente se forman en grandes áreas oceánicas abiertas que se encuentran entre masas de tierra.
El NPSG es el mayor de los giros subtropicales, así como el mayor ecosistema de nuestro planeta. Al igual que otros giros subtropicales, tiene una zona de alta presión en su centro. La circulación alrededor del centro se realiza en el sentido de las agujas del reloj alrededor de esta zona de alta presión. Los giros subtropicales constituyen el 40% de la superficie de la Tierra y desempeñan papeles críticos en la fijación de carbono y el ciclo de nutrientes . [1] Este giro en particular cubre la mayor parte del Océano Pacífico y comprende cuatro corrientes oceánicas predominantes: la Corriente del Pacífico Norte al norte, la Corriente de California al este, la Corriente Ecuatorial del Norte al sur y la Corriente de Kuroshio al oeste. Su gran tamaño y su distancia de la costa han hecho que el NPSG sea poco muestreado y, por lo tanto, poco comprendido. [2]
Los procesos vitales en los ecosistemas de mar abierto son un sumidero para el CO 2 de la atmósfera, que va en aumento . Los giros constituyen una gran proporción, aproximadamente el 75%, de lo que llamamos océano abierto, o el área del océano que no consiste en áreas costeras. Se consideran oligotróficos, o pobres en nutrientes, porque están lejos de la escorrentía terrestre. [3] Alguna vez se pensó que estas regiones eran hábitats homogéneos y estáticos. Sin embargo, hay cada vez más evidencia de que el NPSG exhibe una variabilidad física, química y biológica sustancial en una variedad de escalas de tiempo. [2] Específicamente, el NPSG exhibe variaciones estacionales e interanuales en la productividad primaria (definida simplemente como la producción de nuevo material vegetal), que es importante para la absorción de CO 2 .
El NPSG no es solo un sumidero de CO2 en la atmósfera, sino también de otros contaminantes. Como resultado directo de este patrón circular, los giros actúan como remolinos gigantes y se convierten en trampas para contaminantes antropogénicos, como los desechos marinos . El NPSG se ha hecho conocido por la gran cantidad de desechos plásticos que flotan justo debajo de la superficie en el centro del giro. Esta área ha recibido recientemente mucha atención de los medios y se la conoce comúnmente como la Gran Isla de Basura del Pacífico .
El NPSG no se muestrea con frecuencia debido a su distancia de la costa y a su escasez de vida marina . Estas vastas y profundas aguas oceánicas, alejadas de la influencia de la tierra, han sido consideradas históricamente el equivalente oceánico de los desiertos terrestres, con bajas reservas de biomasa y bajas tasas de producción. Esta perspectiva se deriva de la falta de investigaciones exhaustivas de los hábitats del giro central. En las últimas dos décadas, estas opiniones se han visto cuestionadas por una nueva comprensión de la dinámica del NPSG. [4]
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Durante los primeros días de la exploración marina, el HMS Challenger (1872-1876), en su tramo de Yokohama a Honolulu, recolectó especímenes de plantas y animales, así como numerosas muestras de agua de mar. [2] Los objetivos de esta expedición eran determinar la composición química del agua de mar y la materia orgánica en suspensión y estudiar la distribución y abundancia de varias comunidades de organismos. La motivación para estudiar los ecosistemas de océano abierto ha cambiado con el tiempo, mientras que hoy los estudios más modernos se centran en la biodiversidad y los efectos del clima en la dinámica de los ecosistemas. Hoy, el programa Hawaii Ocean Time-series (HOT) ha reunido el conjunto de datos ecológicos más grande y completo para el NPSG y está programado que continúe hasta el próximo milenio . [2] Programas como HOT han desacreditado la hipótesis de que este ecosistema es estático y homogéneo, encontrando que el NPSG exhibe patrones estacionales dinámicos que lo separan de otros sistemas de océano abierto.
El NPSG es el mayor de los hábitats de océano abierto y se considera el bioma contiguo más grande de la Tierra . [5] Esta gran característica de circulación anticiclónica se extiende desde los 15°N hasta los 35°N de latitud y desde los 135°E hasta los 135°O de longitud. Su área superficial abarca aproximadamente 2 x 10 7 km 2 . Su porción occidental, al oeste de los 180° de longitud, tiene una mayor variabilidad física que la porción oriental. Esta variabilidad, en la que diferentes patrones climáticos afectan a las subregiones de manera diferente, se debe a las grandes dimensiones de este giro. [2]
Esta gran variabilidad es causada por remolinos discretos, movimientos casi inerciales y mareas internas . [2] Los patrones climáticos como la Oscilación del Giro del Pacífico Norte (NPGO), El Niño/Oscilación del Sur (ENSO) y la Oscilación Decadal del Pacífico (PDO) afectan la variabilidad interanual en la productividad primaria en el NPSG. [3] DiLorenzo et al., 2008 Estas condiciones pueden tener efectos profundos en los procesos biológicos dentro de este hábitat, [2] tienen la capacidad de cambiar la temperatura de la superficie del mar (SST), los patrones de clorofila, los patrones de nutrientes, las concentraciones de oxígeno, las profundidades de la capa mixta y, por lo tanto, la capacidad de carga (cantidad de vida que este hábitat puede soportar) del NPSG.
Las bajas concentraciones de nutrientes y, por lo tanto, una baja densidad de organismos vivos caracterizan las aguas superficiales del NPSG. La baja biomasa da como resultado agua clara, lo que permite que se produzca la fotosíntesis a una profundidad considerable. El NPSG se describe clásicamente como un sistema de dos capas. La capa superior, limitada en nutrientes, representa la mayor parte de la producción primaria , sustentada principalmente por nutrientes reciclados. La capa inferior tiene nutrientes más fácilmente disponibles, pero la fotosíntesis está limitada por la luz. [4]
En los sistemas de mar abierto, la producción biológica depende de un intenso reciclaje de nutrientes dentro de la zona eufótica (iluminada por el sol), con solo una pequeña fracción sustentada por el aporte de nutrientes “nuevos”. [6] Anteriormente, existía la percepción de que el NPSG era un desierto marino y que no era común que se añadieran nutrientes “nuevos” a este sistema. La perspectiva ha cambiado, ya que los científicos han comenzado a comprender mejor este hábitat. [2] Aunque se mantienen tasas bastante altas de producción primaria mediante el reciclaje rápido de nutrientes, [4] los procesos físicos como las olas y mareas internas , los remolinos ciclónicos de mesoescala , el bombeo de Ekman impulsado por el viento y las tormentas atmosféricas pueden transportar nuevos nutrientes. [7]
Los nutrientes que no se utilizan en la superficie acaban por hundirse y nutrir el hábitat del fondo marino. Se ha pensado que los hábitats bentónicos profundos de los giros oceánicos suelen estar formados por algunas de las regiones más pobres en alimentos del planeta. [8] Una de las fuentes de nutrientes de este hábitat oceánico profundo es la nieve marina . La nieve marina está formada por detritos, materia orgánica muerta, que cae de las aguas superficiales, donde la productividad es mayor, y exporta carbono y nitrógeno desde la capa mixta de la superficie hasta el fondo del océano profundo. Faltan datos sobre la abundancia de nieve marina en el fondo oceánico profundo en este gran ecosistema. [9] Sin embargo, Pilskaln et al. descubrieron que en el NPSG, la nieve marina tenía una abundancia mayor de lo esperado y era sorprendentemente comparable a un sistema de afloramiento costero profundo.
El mayor valor nutritivo puede deberse a los mantos de Rhizosolenia, que también desempeñan un papel importante en la contribución a la nieve marina en los giros subtropicales. Por lo general, se trata de asociaciones de múltiples especies de diatomeas del género Rhizosolenia. Este fitoplancton de mayor tamaño puede alcanzar hasta decenas de centímetros de tamaño. [9] Estos mantos son particularmente abundantes en el NPSG. Su abundancia en este ecosistema sugiere un mayor flujo de nutrientes en el NPSG de lo que se predijo en las teorías clásicas.
Mientras que el N es transportado más profundamente por este mecanismo, las aguas superficiales están potencialmente aisladas de esta fuente. El nitrógeno debe estar disponible para la vida en la superficie. Para explicar esta falta de nitrógeno en la superficie, hay organismos que son capaces de fijar nitrógeno en el NPSG. Trichodesmium es una especie capaz de fijar nitrógeno que se encuentra en muchas floraciones de plancton superficial. [7] La fijación de nitrógeno es el proceso por el cual el N 2 inerte se toma de la atmósfera y se convierte en un compuesto de nitrógeno que está disponible para que los organismos lo utilicen. En muchos ecosistemas marinos oligotróficos , la fijación de nitrógeno es una fuente común de nitrógeno.
El zooplancton que migra verticalmente también puede transportar nutrientes de forma activa a diferentes zonas de la columna de agua . El zooplancton se alimenta en las aguas superficiales durante la noche y luego, durante el día, libera heces fecales en las aguas intermedias, que pueden transportar C, N y P a las aguas más profundas. En el NPSG, la comunidad de zooplancton no es estática, sino que fluctúa estacionalmente y está dominada por copépodos, eufáusidos y quetognatos. [6]
Recientemente, las teorías clásicas sobre la falta de nutrientes en el NPSG han sido refutadas y nuevas teorías sugieren que el ecosistema en realidad es dinámico y se caracteriza por una fuerte variabilidad estacional, interanual e incluso decenal [9]. También se ha considerado altamente sensible al cambio climático , los científicos han observado aumentos en la estratificación de la columna de agua y una disminución de la disponibilidad de nutrientes inorgánicos. Estos cambios se proponen como mecanismos impulsores que están cambiando la tendencia actual en la estructura de la comunidad de fitoplancton de poblaciones eucariotas a procariotas, ya que estos organismos más simples pueden soportar un menor suministro de nutrientes. [9] El zooplancton y el fitoplancton representan menos del 10% de los organismos vivos en esta región, y ahora está bien documentado que el NPSG es un "ecosistema microbiano". [2]
Los organismos microbianos constituyen la mayoría de los productores primarios en el NPSG. Son autótrofos , lo que significa que capturan su propio “alimento” a partir de la luz solar y de sustancias químicas, incluido el CO2 . Estos organismos constituyen la base de la cadena alimentaria y, por lo tanto, su presencia en un ecosistema es fundamental. En el NPSG, la productividad primaria suele describirse como baja.
Antes de 1978, los científicos plantearon la hipótesis de que las diatomeas dominaban las poblaciones de plancton en el NPSG. Se esperaba que los consumidores primarios fueran mesozooplancton relativamente grande. [2] Ahora se sabe bien que la mayoría de las algas en el NPSG son en realidad bacterias (organismos unicelulares), dominadas por cianobacterias o algas verdeazuladas . Estos organismos simples constituyen la mayoría de la población de vida marina fotosintética en este ecosistema. Los científicos también han descubierto recientemente genes de Archaea (también un microorganismo unicelular , pero más similar a un eucariota que a una bacteria) en el NPSG, lo que sugiere que existe una diversidad adicional en este hábitat. Es posible que existan muchos microorganismos en este giro porque el tamaño corporal pequeño tiene una ventaja competitiva en el océano para la adquisición de recursos (luz y nutrientes). [2] En la visión contemporánea del NPSG, la red alimentaria microbiana siempre está presente, mientras que la cadena alimentaria más grande de eucariotas-herbívoros es estacional y efímera. [2]
El plancton eucariota en el giro depende de los “nuevos” nutrientes que llegan de los patrones climáticos físicos. El modelo clásico de dos capas analizado en las secciones anteriores considera que la capa superior es equivalente a una “rueda giratoria”, con poca exportación de nutrientes porque se reciclan constantemente. Este modelo no permite la entrada de nuevos nutrientes, lo que es problemático porque esto haría imposible cualquier aumento rápido o floración del fitoplancton. A pesar de la limitación de nutrientes siempre presente en la parte superior, la biomasa del plancton y las tasas de producción primaria tienen una variabilidad temporal considerable y sí producen floraciones en el NPSG. [3]
Esta variabilidad interanual se ha atribuido a alteraciones en el suministro de nutrientes en la parte superior del océano derivadas de variaciones físicas debidas al ENSO y la PDO. [3] Con base en nuevos datos, ahora parece que las tasas actuales de producción primaria en estas regiones de bajos nutrientes son mucho mayores de lo que se había considerado, y pueden variar significativamente en escalas de tiempo que van desde diarias hasta interdecadales. [2] En la primavera, ocasionalmente se observan aumentos rápidos en el fitoplancton superficial en asociación con remolinos ciclónicos de mesoescala o perturbaciones atmosféricas intensas, ambos procesos físicos que aportan nuevos nutrientes. [4] En el verano, las floraciones se ven con mayor regularidad y generalmente están dominadas por diatomeas y cianobacterias. Estas floraciones regulares de verano pueden ser causadas por variaciones en la PDO. [3] Las floraciones de verano se han observado en estas aguas desde que los buques de investigación las frecuentan. Todas estas floraciones se han observado en la parte oriental del NSPG y no se ha informado de ninguna al oeste de 160° O. [4] Las hipótesis para explicar este fenómeno son que el giro se caracteriza por un bajo nivel de fosfato, pero que la región de floración del NPSG oriental tiene concentraciones de fosfato considerablemente más altas que la occidental. [4]
Las variaciones en la producción primaria en el NPSG pueden afectar significativamente el ciclo de nutrientes, la dinámica de la red alimentaria y los flujos elementales globales. [3] La distribución del tamaño de los productores primarios pelágicos determina tanto la composición como la magnitud de los nutrientes exportados a las aguas más profundas. [2] Esto a su vez afecta a las comunidades que viven en las aguas más profundas de este sistema.
La zona mesopelágica , a veces denominada zona crepuscular, se extiende desde los 200 m hasta alrededor de los 1000 m. En las capas más profundas de la zona mesopelágica, las especies que se encuentran más arriba en la cadena alimentaria migran vertical u horizontalmente dentro o fuera del giro. Según los análisis de la comunidad de zooplancton, el Pacífico Norte Central tiene una gran diversidad de especies (o un gran número de especies) y una alta equidad (es decir, existe un número relativamente igual de cada una). También hay un bajo grado de variabilidad estacional de las densidades de zooplancton. [2]
Los estudios sobre peces mesopelágicos de aguas subtropicales centrales son escasos. Los pocos estudios que existen han demostrado que las especies de peces mesopelágicos no se distribuyen de manera uniforme en todo el océano Pacífico subtropical. Sus rangos geográficos se ajustan a los patrones que muestra el zooplancton. Algunas de las especies encontradas están restringidas a estos giros centrales de baja productividad. Algunas de las familias de peces que están altamente representadas son los mitófidos, los gonostómatidos, los fotictíidos, los esternoptíquidos y los melampáfidos. [10] Nuestro conocimiento de la comunidad mesopelágica del NPSG adolece de una insuficiencia de datos debido a la dificultad de acceder a las zonas más profundas de este sistema.
La comunidad más profunda del NPSG es la comunidad bentónica . En las profundidades del giro se encuentra un fondo marino de sedimentos arcillosos de grano fino . Este sedimento es el hogar de una comunidad de organismos, que generalmente reciben sus nutrientes como una "lluvia" de productividad que se hunde desde arriba. En la profundidad bajo el giro se encuentra una de las áreas más pobres en alimentos del planeta, que por lo tanto sostiene densidades y biomasa muy bajas de infauna bentónica, o animales que residen en el sedimento. [8] En el sedimento mismo, los nutrientes generalmente disminuyen con la profundidad, incluido el carbono, la clorofila y el nitrógeno. La densidad de la infauna bentónica es consistente con este patrón de nutrientes. La infauna se encuentra típicamente en las capas más superficiales de sedimentos donde se encuentra la interfaz sedimento-agua y generalmente disminuye en número a medida que aumenta la profundidad en el sedimento. [11] Las bacterias en el sedimento muestran este patrón, así como la macrofauna (organismos infaunales >0,5 mm), que están dominados por foraminíferos aglutinantes (de cuerpo blando) y nematodos. Otra macrofauna prominente que se encuentra en el sedimento son foraminíferos calcáreos, copépodos, poliquetos y bivalvos. [11] Estos organismos bentónicos dependen en gran medida del suministro de nutrientes que se depositan en el fondo marino. Cualquier cambio en la producción primaria en la superficie podría representar una amenaza importante para estos organismos, así como causar otros resultados negativos potenciales para otras partes del NPSG.
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Hasta hace poco, se consideraba que el NPSG era una parte estática de un vasto desierto marino global. Descubrimientos recientes han demostrado que este sistema es dinámico y contiene variabilidad física, química y biológica en una variedad de escalas de tiempo. Con el cambio climático actual, los patrones en la atmósfera están cambiando y provocando cambios en la producción primaria en el NPSG. Las variaciones en la productividad primaria pueden afectar el ciclo del carbono oceánico y potencialmente el CO2 atmosférico y el clima, porque tales variaciones pueden cambiar la cantidad de carbono que se almacena en las capas subterráneas de los océanos. [12] Debido a que el NPSG es el bioma contiguo más grande de la Tierra, no solo es importante para una comunidad de organismos, sino también para el resto del planeta.
El NPSG ha recibido mucha atención debido a otro problema que enfrenta actualmente. Los efectos de remolino del giro sirven para retener contaminantes en su centro. Si un contaminante queda atrapado en una corriente que se dirige hacia un giro, permanecerá allí indefinidamente o mientras dure la vida del contaminante. Uno de esos contaminantes que es persistente y común en el NPSG son los desechos plásticos. El NPSG fuerza los desechos hacia su área central. Este fenómeno ha dado recientemente a este giro el apodo de "La mancha de basura del Pacífico". La abundancia media y el peso de los trozos de plástico en esta área son actualmente los mayores observados en el Océano Pacífico. [13] Se rumorea que esta "sopa" de plástico tiene un tamaño que va desde el de Texas hasta el de los EE. UU. Con el creciente interés en la contaminación y el cambio climático, el NPSG ha ganado más atención. Es importante que nuestro conocimiento de este sistema continúe floreciendo por estas razones, así como únicamente para la comprensión del ecosistema más grande del mundo.
