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La estratificación de los lagos es la tendencia de los lagos a formar capas térmicas separadas y distintas durante el clima cálido. Los lagos típicamente estratificados muestran tres capas distintas: el epilimnion , que comprende la capa cálida superior; la termoclina (o metalimnio), la capa media, cuya profundidad puede cambiar a lo largo del día; y el hipolimnion , más frío, que se extiende hasta el fondo del lago.
Cada lago tiene un régimen de mezcla establecido que está influenciado por la morfometría del lago y las condiciones ambientales. Sin embargo, se ha demostrado que los cambios en las influencias humanas en forma de cambios en el uso de la tierra , aumentos de temperatura y cambios en los patrones climáticos alteran el momento y la intensidad de la estratificación en los lagos de todo el mundo. [1] [2] El aumento de la temperatura del aire tiene el mismo efecto en los cuerpos de los lagos que un cambio físico en la ubicación geográfica, siendo las zonas tropicales particularmente sensibles. [2] [1] Estos cambios pueden alterar aún más la composición de la comunidad de peces, zooplancton y fitoplancton , además de crear gradientes que alteran la disponibilidad de oxígeno y nutrientes disueltos . [3] [4]
La estratificación térmica de los lagos se refiere a un cambio en la temperatura a diferentes profundidades en el lago y se debe a que la densidad del agua varía con la temperatura. [5] El agua fría es más densa que el agua tibia y el epilimnion generalmente consiste en agua que no es tan densa como el agua del hipolimnion. [6] Sin embargo, la temperatura de densidad máxima para el agua dulce es de 4 °C. En las regiones templadas donde el agua del lago se calienta y se enfría a lo largo de las estaciones, se produce un patrón cíclico de vuelco que se repite de año en año a medida que el agua fría y densa en la parte superior del lago se hunde (ver estratificación estable e inestable ). Por ejemplo, en los lagos dimícticos el agua del lago cambia durante la primavera y el otoño. Este proceso ocurre más lentamente en aguas más profundas y, como resultado, se puede formar una barra térmica . [5] Si la estratificación del agua dura períodos prolongados, el lago es meromíctico .
En los lagos poco profundos, la estratificación en epilimnion, metalimnion e hipolimnion a menudo no ocurre, ya que el viento o el enfriamiento provocan una mezcla regular durante todo el año. Estos lagos se llaman polimícticos . No existe una profundidad fija que separe los lagos polimícticos y estratificados, ya que, además de la profundidad, en esto también influyen la turbiedad, la superficie del lago y el clima. [7]
El régimen de mezcla del lago (por ejemplo, polimíctico, dimíctico, meromíctico) [8] describe los patrones anuales de estratificación de los lagos que ocurren en la mayoría de los años. Sin embargo, los acontecimientos de corta duración también pueden influir en la estratificación de los lagos. Las olas de calor pueden causar períodos de estratificación en lagos poco profundos y mezclados, [9] mientras que los eventos de mezcla, como tormentas o grandes descargas de ríos, pueden romper la estratificación. [10] Investigaciones recientes sugieren que los lagos dimícticos cubiertos estacionalmente de hielo pueden describirse como "crioestratificados" o "criomícticos" según sus regímenes de estratificación invernal. [11] Los lagos crioestratificados exhiben estratificación inversa cerca de la superficie del hielo y tienen temperaturas promedio en profundidad cercanas a los 4 °C, mientras que los lagos criomícticos no tienen termoclina bajo el hielo y tienen temperaturas invernales promedio en profundidad cercanas a los 0 °C. [12]
La acumulación de dióxido de carbono disuelto en tres lagos meromícticos de África ( el lago Nyos y el lago Monoun en Camerún y el lago Kivu en Ruanda ) es potencialmente peligrosa porque si uno de estos lagos entra en erupción límnica , una gran cantidad de dióxido de carbono puede rápidamente abandonar el lago y desplazar el oxígeno necesario para la vida de las personas y animales de los alrededores.
En latitudes templadas, muchos lagos que se estratifican durante los meses de verano se destratifican durante un clima más frío y ventoso, siendo la mezcla de la superficie por el viento un factor importante en este proceso. A esto se le suele denominar "rotación de otoño". La mezcla del hipolimnio en el cuerpo de agua mixta del lago recircula los nutrientes, particularmente los compuestos de fósforo, atrapados en el hipolimnio durante el clima cálido. También plantea un riesgo de caída de oxígeno, ya que un hipolimnio establecido desde hace mucho tiempo puede ser anóxico o tener muy poco oxígeno .
Los regímenes de mezcla de los lagos pueden cambiar en respuesta al aumento de la temperatura del aire. Algunos lagos dimícticos pueden convertirse en lagos monomícticos, mientras que algunos lagos monomícticos pueden volverse meromícticos como consecuencia del aumento de temperaturas. [13]
Se han utilizado muchos tipos de equipos de aireación para destratificar térmicamente lagos, particularmente lagos sujetos a niveles bajos de oxígeno o floraciones de algas indeseables. [14] De hecho, los administradores de recursos naturales y ambientales a menudo se enfrentan a problemas causados por la estratificación térmica de lagos y estanques. [6] [15] [16] La mortandad de peces se ha asociado directamente con gradientes térmicos, estancamiento y capa de hielo. [17] El crecimiento excesivo de plancton puede limitar el uso recreativo de los lagos y el uso comercial del agua de los lagos. Con una estratificación térmica severa en un lago, la calidad del agua potable también puede verse afectada negativamente. [6] Para los administradores pesqueros , la distribución espacial de los peces dentro de un lago a menudo se ve afectada negativamente por la estratificación térmica y en algunos casos puede causar indirectamente grandes mortandades de peces de importancia recreativa. [17] Una herramienta comúnmente utilizada para reducir la gravedad de estos problemas de gestión de lagos es eliminar o disminuir la estratificación térmica mediante la aireación del agua . [15] La aireación ha tenido cierto éxito, aunque rara vez ha demostrado ser una panacea. [dieciséis]
Cada lago tiene un régimen de mezcla establecido que está influenciado por la morfometría del lago y las condiciones ambientales. Sin embargo, se ha demostrado que los cambios en las influencias humanas en forma de cambios en el uso de la tierra, aumentos de temperaturas y cambios en los patrones climáticos alteran el momento y la intensidad de la estratificación en los lagos de todo el mundo. [1] [2] Estos cambios pueden alterar aún más la composición de la comunidad de peces, zooplancton y fitoplancton, además de crear gradientes que alteran la disponibilidad de oxígeno y nutrientes disueltos. [3] [4]
Hay varias formas en que los cambios en el uso humano de la tierra influyen en la estratificación de los lagos y, en consecuencia, en las condiciones del agua. La expansión urbana ha llevado a la construcción de carreteras y casas cerca de lagos previamente aislados, lo que en ocasiones ha provocado un aumento de la escorrentía y la contaminación. La adición de partículas a los cuerpos de los lagos puede reducir la claridad del agua , lo que resulta en una estratificación térmica más fuerte y temperaturas promedio generales más bajas de la columna de agua, lo que eventualmente puede afectar la aparición de la capa de hielo. [18] La calidad del agua también puede verse influenciada por la escorrentía de sal de las carreteras y aceras, que a menudo crea una capa salina bentónica que interfiere con la mezcla vertical de las aguas superficiales. [4] Además, la capa salina puede evitar que el oxígeno disuelto llegue a los sedimentos del fondo, disminuyendo el reciclaje de fósforo y afectando a las comunidades microbianas. [4]
A escala global, el aumento de las temperaturas y los cambios en los patrones climáticos también pueden afectar la estratificación de los lagos. El aumento de la temperatura del aire tiene el mismo efecto en los cuerpos de los lagos que un cambio físico en la ubicación geográfica, siendo las zonas tropicales particularmente sensibles. [2] [1] La intensidad y el alcance del impacto dependen de la ubicación y la morfometría del lago, pero en algunos casos puede ser tan extremo que requiera una reclasificación de monomíctico a dimíctico (por ejemplo, Great Bear Lake). [2] A nivel mundial, la estratificación de los lagos parece ser más estable con termoclinas más profundas y pronunciadas, y la temperatura promedio de los lagos es el principal determinante en la respuesta de la estratificación a los cambios de temperatura. [1] Además, las tasas de calentamiento de la superficie son mucho mayores que las tasas de calentamiento del fondo, lo que nuevamente indica una estratificación térmica más fuerte en los lagos. [1]
Los cambios en los patrones de estratificación también pueden alterar la composición comunitaria de los ecosistemas lacustres. En lagos poco profundos, los aumentos de temperatura pueden alterar la comunidad de diatomeas; mientras que en los lagos profundos, el cambio se refleja en los taxones de la capa profunda de clorofila. [3] Los cambios en los patrones de mezcla y el aumento de la disponibilidad de nutrientes también pueden afectar la composición y abundancia de las especies de zooplancton , mientras que la disminución de la disponibilidad de nutrientes puede ser perjudicial para las comunidades bentónicas y el hábitat de los peces. [3] [4]