Las aguas anóxicas son áreas de agua de mar , agua dulce o agua subterránea que están agotadas de oxígeno disuelto . El Servicio Geológico de Estados Unidos define las aguas subterráneas anóxicas como aquellas con una concentración de oxígeno disuelto inferior a 0,5 miligramos por litro. [1] Las aguas anóxicas se pueden contrastar con las aguas hipóxicas , que tienen poco (pero no falta) oxígeno disuelto. Esta condición generalmente se encuentra en áreas que tienen un intercambio de agua restringido.
En la mayoría de los casos, una barrera física [2] así como una pronunciada estratificación de densidad impiden que el oxígeno llegue a niveles más profundos , en la que, por ejemplo, aguas hipersalinas más pesadas descansan en el fondo de una cuenca. Se producirán condiciones anóxicas si la tasa de oxidación de la materia orgánica por parte de las bacterias es mayor que el suministro de oxígeno disuelto .
Las aguas anóxicas son un fenómeno natural , [3] y se han producido a lo largo de la historia geológica. El evento de extinción del Pérmico-Triásico , una extinción masiva de especies de los océanos del mundo, puede haber sido el resultado de condiciones anóxicas generalizadas combinadas con la acidificación de los océanos impulsada por una liberación masiva de dióxido de carbono a la atmósfera de la Tierra. [4] Muchos lagos tienen una capa anóxica permanente o temporal creada por la respiración que agota el oxígeno en las profundidades y la estratificación térmica impide su reabastecimiento. [5]
Existen cuencas anóxicas en el Mar Báltico , [6] el Mar Negro , la Fosa de Cariaco , varios valles de fiordos y otros lugares. [7] Es probable que la eutrofización haya aumentado la extensión de las zonas anóxicas en áreas como el Mar Báltico, el Golfo de México , [8] y el Canal Hood en el estado de Washington. [9]
Las condiciones anóxicas resultan de una combinación de condiciones ambientales que incluyen estratificación de densidad , [10] entradas de material orgánico u otros agentes reductores y barreras físicas a la circulación del agua. En los fiordos, los umbrales poco profundos en la entrada pueden impedir la circulación, mientras que en los límites continentales la circulación puede ser especialmente baja, mientras que el aporte de material orgánico procedente de la producción en los niveles superiores es excepcionalmente alto. [11] En el tratamiento de aguas residuales , la ausencia de oxígeno solo se indica anóxica, mientras que el término anaeróbico se utiliza para indicar la ausencia de cualquier aceptor de electrones común como nitrato , sulfato u oxígeno.
Cuando se agota el oxígeno en una cuenca, las bacterias primero recurren al segundo mejor aceptor de electrones, que en el agua de mar es el nitrato . Se produce la desnitrificación y el nitrato se consumirá con bastante rapidez. Después de reducir algunos otros elementos menores, las bacterias recurrirán al sulfato reductor . Esto da como resultado el subproducto de sulfuro de hidrógeno (H 2 S), una sustancia química tóxica para la mayor parte de la biota y responsable del característico olor a "huevo podrido" y del color negro oscuro del sedimento: [12] [13]
Estos sulfuros se oxidarán principalmente a sulfatos (~90%) en agua más rica en oxígeno o se precipitarán y convertirán en pirita (~10%), de acuerdo con las siguientes ecuaciones químicas: [13]
Algunos quimiolitotrofos también pueden facilitar la oxidación del sulfuro de hidrógeno en azufre elemental , según la siguiente ecuación química: [14]
La anoxia es bastante común en fondos oceánicos fangosos donde hay altas cantidades de materia orgánica y bajos niveles de entrada de agua oxigenada a través del sedimento. A pocos centímetros de la superficie, el agua intersticial (agua entre sedimentos) está libre de oxígeno.
La anoxia está además influenciada por la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), que es la cantidad de oxígeno utilizada por los organismos marinos en el proceso de descomposición de la materia orgánica. La DBO está influenciada por el tipo de organismos presentes, el pH del agua, la temperatura y el tipo de materia orgánica presente en el área. La DBO está directamente relacionada con la cantidad de oxígeno disuelto disponible, especialmente en cuerpos de agua más pequeños como ríos y arroyos. A medida que aumenta la DBO, disminuye el oxígeno disponible. Esto causa estrés en organismos más grandes. La DBO proviene de fuentes naturales y antropogénicas, que incluyen: organismos muertos, estiércol, aguas residuales y escorrentía urbana. [15]
La eutrofización , una afluencia de nutrientes (fosfato/nitrato), a menudo un subproducto de la escorrentía agrícola y la descarga de aguas residuales, puede provocar floraciones de algas grandes pero de corta duración. Una vez finalizada la floración, las algas muertas se hunden hasta el fondo y se descomponen hasta que se agota todo el oxígeno. Un caso así es el Golfo de México, donde se produce una zona muerta estacional, que puede verse alterada por patrones climáticos como huracanes y convección tropical. La descarga de aguas residuales, específicamente la de "lodos" concentrados en nutrientes, puede ser especialmente dañina para la diversidad del ecosistema. Las especies sensibles a las condiciones anóxicas son reemplazadas por menos especies más resistentes, lo que reduce la variabilidad general del área afectada. [12]
Los cambios ambientales graduales a través de la eutrofización o el calentamiento global pueden causar cambios importantes en el régimen óxico-anóxico. Según estudios modelo, esto puede ocurrir abruptamente, con una transición entre un estado óxico dominado por cianobacterias y un estado anóxico con bacterias reductoras de sulfato y bacterias fototróficas del azufre . [dieciséis]
La temperatura de una masa de agua afecta directamente la cantidad de oxígeno disuelto que puede contener. Siguiendo la ley de Henry , a medida que el agua se calienta, el oxígeno se vuelve menos soluble en ella. Esta propiedad conduce a ciclos anóxicos diarios en pequeñas escalas geográficas y ciclos estacionales de anoxia en escalas mayores. Así, los cuerpos de agua son más vulnerables a condiciones anóxicas durante el período más cálido del día y durante los meses de verano. Este problema puede agravarse aún más en las proximidades de vertidos industriales, donde el agua caliente utilizada para enfriar la maquinaria tiene menos capacidad para retener oxígeno que la cuenca a la que se vierte.
Los ciclos diarios también están influenciados por la actividad de los organismos fotosintéticos. La falta de fotosíntesis durante las horas nocturnas en ausencia de luz puede provocar condiciones anóxicas que se intensifican durante la noche con un máximo poco después del amanecer. [17]
Las reacciones de las especies individuales a la eutrofización pueden variar ampliamente. Por ejemplo, algunos organismos, como los productores primarios, pueden adaptarse muy rápidamente e incluso prosperar en condiciones anóxicas. Sin embargo, la mayoría de los organismos son extremadamente susceptibles a ligeros cambios en los niveles de oxígeno acuático. En pocas palabras: si a un organismo que respira se le presenta poco o nada de oxígeno, sus posibilidades de supervivencia disminuirán. Por tanto, la eutrofización y las condiciones anóxicas del agua provocan una disminución de la biodiversidad.
Por ejemplo, el coral blando Xenia umbellata puede resistir algunas condiciones anóxicas durante períodos cortos de tiempo, pero después de aproximadamente 3 semanas, la supervivencia media disminuye a aproximadamente el 81% y aproximadamente el 40% de las especies supervivientes experimentan reducciones de tamaño, disminución de la coloración y pinnados comprometidos. estructuras (Simancas-Giraldo et al., 2021). Otro ejemplo de organismo susceptible se observa en el berberecho de Sydney, Anadara trapezia . Los sedimentos enriquecidos tienen efectos letales y subletales sobre este berberecho y, como se indica en [Vadillo González et al., 2021], “el movimiento de los berberechos se redujo en los sedimentos enriquecidos en comparación con los tratamientos naturales”. Estos son sólo algunos ejemplos de los cientos de miles de especies acuáticas que existen, pero estos y otros ejemplos muestran resultados importantes.
Un estudio que recopila más de 850 experimentos publicados "reporta umbrales de oxígeno y/o tiempos letales para un total de 206 especies que abarcan toda la gama taxonómica de metazoos bentónicos". [18]
Las especies individuales tendrán diferentes respuestas adaptativas a las condiciones anóxicas según su composición biológica y la condición de su hábitat. Si bien algunos son capaces de bombear oxígeno desde niveles más altos de agua hacia el sedimento, otras adaptaciones incluyen hemoglobinas específicas para ambientes con poco oxígeno, movimientos lentos para reducir la tasa de metabolismo y relaciones simbióticas con bacterias anaeróbicas. En todos los casos, la prevalencia del exceso de nutrientes da como resultado bajos niveles de actividad biológica y un menor nivel de diversidad de especies si el área normalmente no es anóxica. [12]
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