El afloramiento es un fenómeno oceanográfico que implica el movimiento impulsado por el viento de agua densa, más fría y generalmente rica en nutrientes desde las aguas profundas hacia la superficie del océano . Reemplaza el agua superficial más cálida y generalmente pobre en nutrientes . El agua aflorada rica en nutrientes estimula el crecimiento y la reproducción de productores primarios como el fitoplancton . La biomasa de fitoplancton y la presencia de agua fría en esas regiones permiten identificar zonas de afloramiento por temperaturas frías de la superficie del mar (SST) y altas concentraciones de clorofila a . [2] [3]
La mayor disponibilidad de nutrientes en las regiones de afloramiento da como resultado altos niveles de producción primaria y, por tanto, de producción pesquera . Aproximadamente el 25% del total de las capturas mundiales de peces marinos provienen de cinco surgencias, que ocupan sólo el 5% del área total del océano. [4] Las surgencias impulsadas por corrientes costeras o océanos abiertos divergentes tienen el mayor impacto en las aguas enriquecidas en nutrientes y en el rendimiento pesquero global. [4] [5]
Los tres principales impulsores que trabajan juntos para provocar el afloramiento son el viento , el efecto Coriolis y el transporte de Ekman . Operan de manera diferente para diferentes tipos de surgencia, pero los efectos generales son los mismos. [6] En el proceso general de afloramiento, los vientos soplan a través de la superficie del mar en una dirección particular, lo que provoca una interacción viento-agua. Como resultado del viento, el agua ha transportado una red de 90 grados desde la dirección del viento debido a las fuerzas de Coriolis y al transporte de Ekman. El transporte de Ekman hace que la capa superficial de agua se mueva en un ángulo de aproximadamente 45 grados con respecto a la dirección del viento, y la fricción entre esa capa y la capa debajo de ella hace que las capas sucesivas se muevan en la misma dirección. Esto da como resultado una espiral de agua que desciende por la columna de agua. Entonces, son las fuerzas de Coriolis las que dictan en qué dirección se moverá el agua; En el hemisferio norte, el agua se transporta hacia la derecha de la dirección del viento. En el hemisferio sur, el agua es transportada hacia la izquierda del viento. [7] Si este movimiento neto de agua es divergente, entonces se produce un afloramiento de aguas profundas para reemplazar el agua que se perdió. [2] [6]
Las principales surgencias en el océano están asociadas con la divergencia de corrientes que traen a la superficie aguas más profundas, frías y ricas en nutrientes. Hay al menos cinco tipos de surgencias: surgencias costeras, surgencias a gran escala impulsadas por el viento en el interior del océano, surgencias asociadas con remolinos, surgencias topográficamente asociadas y surgencias de amplia difusión en el interior del océano.
El afloramiento costero es el tipo de afloramiento más conocido y el más estrechamente relacionado con las actividades humanas, ya que sustenta algunas de las pesquerías más productivas del mundo. Se producirá un afloramiento costero si la dirección del viento es paralela a la costa y genera corrientes impulsadas por el viento. Las corrientes impulsadas por el viento se desvían hacia la derecha de los vientos en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur debido al efecto Coriolis . El resultado es un movimiento neto de agua superficial en ángulo recto con la dirección del viento, conocido como transporte de Ekman (ver también Espiral de Ekman ). Cuando el transporte de Ekman se produce lejos de la costa, las aguas superficiales que se alejan son reemplazadas por aguas más profundas, más frías y más densas. [5] Normalmente, este proceso de surgencia se produce a un ritmo de unos 5 a 10 metros por día, pero la velocidad y la proximidad de la surgencia a la costa pueden cambiar debido a la fuerza y la distancia del viento. [2] [8]
Las aguas profundas son ricas en nutrientes, incluidos nitrato , fosfato y ácido silícico , que son el resultado de la descomposición de la materia orgánica que se hunde (plancton muerto/detrítico) de las aguas superficiales. Cuando estos nutrientes salen a la superficie, son utilizados por el fitoplancton , junto con el CO 2 ( dióxido de carbono ) disuelto y la energía luminosa del sol , para producir compuestos orgánicos , mediante el proceso de fotosíntesis . Por lo tanto, las regiones de afloramiento dan como resultado niveles muy altos de producción primaria (la cantidad de carbono fijado por el fitoplancton ) en comparación con otras áreas del océano. Representan alrededor del 50% de la productividad marina mundial. [9] La alta producción primaria se propaga hacia arriba en la cadena alimentaria porque el fitoplancton se encuentra en la base de la cadena alimentaria oceánica. [10]
La cadena alimentaria sigue el curso de:
Las surgencias costeras existen durante todo el año en algunas regiones, conocidas como sistemas de surgencias costeras importantes , y solo en ciertos meses del año en otras regiones, conocidas como sistemas de surgencias costeras estacionales . Muchos de estos sistemas de surgencias están asociados con una productividad de carbono relativamente alta y, por lo tanto, se clasifican como Grandes Ecosistemas Marinos . [12]
En todo el mundo, hay cinco corrientes costeras principales asociadas con áreas de surgencias: la corriente de Canarias (frente al noroeste de África ), la corriente de Benguela (frente al sur de África ), la corriente de California (frente a California y Oregón ), la corriente de Humboldt (frente a Perú y Chile ). y la corriente somalí (frente a Somalia y Omán ). Todas estas corrientes sustentan las principales pesquerías. Las cuatro principales corrientes fronterizas orientales en las que se produce principalmente el afloramiento costero son la corriente de Canarias, la corriente de Benguela, la corriente de California y la corriente de Humboldt. [13] La corriente de Benguela es el límite oriental del giro subtropical del Atlántico sur y se puede dividir en un subsistema norte y sur con afloramientos que ocurren en ambas áreas. Los subsistemas están divididos por un área de surgencia permanente frente a Luderitz , que es la zona de surgencia más fuerte del mundo. El Sistema de la Corriente de California (CCS) es una corriente fronteriza oriental del Pacífico Norte que también se caracteriza por una división norte y sur. La división de este sistema se produce en Point Conception , California, debido a un débil afloramiento en el sur y un fuerte afloramiento en el norte. La Corriente de Canarias es una corriente límite oriental del Giro del Atlántico Norte y también se encuentra separada debido a la presencia de las Islas Canarias . Finalmente, la corriente de Humboldt o corriente de Perú fluye hacia el oeste a lo largo de la costa de América del Sur desde Perú hasta Chile y se extiende hasta 1.000 kilómetros de la costa. [9] Estas cuatro corrientes fronterizas orientales comprenden la mayoría de las zonas de surgencias costeras en los océanos.
El afloramiento en el ecuador está asociado con la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), que en realidad se mueve y, en consecuencia, a menudo se encuentra justo al norte o al sur del ecuador. Los vientos alisios del este (hacia el oeste) soplan desde el noreste y el sureste y convergen a lo largo del ecuador soplando hacia el oeste para formar la ZCIT. Aunque no hay fuerzas de Coriolis presentes a lo largo del ecuador, todavía se producen afloramientos justo al norte y al sur del ecuador. Esto da como resultado una divergencia, con agua más densa y rica en nutrientes que surge desde abajo, y da como resultado el hecho sorprendente de que la región ecuatorial del Pacífico puede detectarse desde el espacio como una amplia línea de alta concentración de fitoplancton . [4]
También se encuentran surgencias a gran escala en el Océano Austral . Aquí, fuertes vientos del oeste (hacia el este) soplan alrededor de la Antártida , impulsando un importante flujo de agua hacia el norte. En realidad, se trata de un tipo de surgencia costera. Como no hay continentes en una franja de latitudes abiertas entre América del Sur y la punta de la Península Antártica, parte de esta agua se extrae de grandes profundidades. En muchos modelos numéricos y síntesis observacionales, el afloramiento del Océano Austral representa el principal medio por el cual el agua profunda y densa sale a la superficie. En algunas regiones de la Antártida, las surgencias impulsadas por el viento cerca de la costa atraen agua profunda circumpolar relativamente cálida hacia la plataforma continental, donde puede mejorar el derretimiento de la plataforma de hielo e influir en la estabilidad de la capa de hielo. [14] También se encuentran surgencias menos profundas impulsadas por el viento frente a las costas occidentales de América del Norte y del Sur, el noroeste y suroeste de África y el suroeste y sur de Australia , todas ellas asociadas con circulaciones oceánicas subtropicales de alta presión (ver surgencias costeras más arriba).
Algunos modelos de la circulación oceánica sugieren que en los trópicos se producen surgencias a gran escala, a medida que los flujos impulsados por la presión hacen converger el agua hacia las latitudes bajas, donde se calienta de manera difusa desde arriba. Sin embargo, los coeficientes de difusión requeridos parecen ser mayores que los observados en el océano real. No obstante, es probable que se produzca algún afloramiento difuso.
La intensidad de las surgencias depende de la fuerza del viento y la variabilidad estacional, así como de la estructura vertical del agua , las variaciones en la batimetría del fondo y las inestabilidades en las corrientes .
En algunas zonas, las surgencias son un fenómeno estacional que provoca aumentos periódicos de productividad similares a las floraciones primaverales en las aguas costeras. El afloramiento inducido por el viento se genera por diferencias de temperatura entre el aire cálido y ligero sobre la tierra y el aire más frío y denso sobre el mar. En latitudes templadas , el contraste de temperaturas varía mucho según las estaciones, creando períodos de fuertes surgencias en primavera y verano, hasta débiles o nulas en invierno. Por ejemplo, frente a la costa de Oregón, hay cuatro o cinco fuertes eventos de surgencia separados por períodos de poca o ninguna surgencia durante la temporada de seis meses de surgencia. En cambio, las latitudes tropicales tienen un contraste de temperaturas más constante, creando surgencias constantes durante todo el año. El afloramiento peruano, por ejemplo, ocurre durante la mayor parte del año, lo que resulta en una de las pesquerías marinas de sardinas y anchoas más grandes del mundo . [5]
En años anómalos, cuando los vientos alisios se debilitan o se invierten, el agua que surge es mucho más cálida y baja en nutrientes, lo que resulta en una fuerte reducción de la biomasa y la productividad del fitoplancton . Este evento se conoce como El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). El sistema de surgencias peruano es particularmente vulnerable a los eventos ENSO y puede causar una variabilidad interanual extrema en la productividad. [5]
Los cambios en la batimetría pueden afectar la fuerza de una surgencia. Por ejemplo, una cresta submarina que se extiende desde la costa producirá condiciones de surgencia más favorables que las regiones vecinas. Por lo general, las surgencias comienzan en dichas crestas y permanecen más fuertes en ellas incluso después de desarrollarse en otros lugares. [5]
Las zonas oceánicas más productivas y fértiles, las regiones de afloramiento, son fuentes importantes de productividad marina. Atraen cientos de especies a lo largo de los niveles tróficos; La diversidad de estos sistemas ha sido un punto focal para la investigación marina . Al estudiar los niveles tróficos y los patrones típicos de las regiones de surgencia, los investigadores han descubierto que los sistemas de surgencia exhiben un patrón de riqueza de cintura de avispa. En este tipo de patrón, los niveles tróficos alto y bajo están bien representados por una alta diversidad de especies. Sin embargo, el nivel trófico intermedio sólo está representado por una o dos especies. Esta capa trófica, que consta de pequeños peces pelágicos, normalmente representa sólo entre el tres y el cuatro por ciento de la diversidad de especies de todas las especies de peces presentes. Las capas tróficas inferiores están muy bien representadas con unas 500 especies de copépodos , 2500 especies de gasterópodos y 2500 especies de crustáceos en promedio. En los niveles tróficos ápice y cerca del ápice, suele haber unas 100 especies de mamíferos marinos y unas 50 especies de aves marinas. Sin embargo, las especies tróficas intermedias vitales son pequeños peces pelágicos que normalmente se alimentan de fitoplancton . En la mayoría de los sistemas de surgencia, estas especies son anchoas o sardinas, y normalmente sólo una está presente, aunque ocasionalmente pueden estar presentes dos o tres especies. Estos peces son una importante fuente de alimento para los depredadores, como los grandes peces pelágicos, los mamíferos marinos y las aves marinas. Aunque no están en la base de la pirámide trófica, son las especies vitales que conectan todo el ecosistema marino y mantienen tan alta la productividad de las zonas de surgencia [13]
Una amenaza importante tanto para este crucial nivel trófico intermedio como para todo el ecosistema trófico ascendente es el problema de la pesca comercial . Dado que las regiones de afloramiento son las zonas más productivas y ricas en especies del mundo, atraen a un gran número de pescadores y pesquerías comerciales. Por un lado, este es otro beneficio del proceso de afloramiento, ya que sirve como fuente viable de alimento e ingresos para muchas personas y naciones además de los animales marinos. Sin embargo, al igual que en cualquier ecosistema, las consecuencias de la sobrepesca de una población podrían ser perjudiciales para esa población y para el ecosistema en su conjunto. En los ecosistemas de surgencia, cada especie presente juega un papel vital en el funcionamiento de ese ecosistema. Si una especie se agota significativamente, eso tendrá un efecto en el resto de los niveles tróficos. Por ejemplo, si las pesquerías buscan una especie de presa popular, los pescadores pueden recolectar cientos de miles de individuos de esta especie simplemente arrojando sus redes en las aguas ascendentes. A medida que estos peces se agotan, se agota la fuente de alimento para quienes se alimentan de estos peces. Por lo tanto, los depredadores de los peces objetivo comenzarán a morir y no habrá tantos para alimentar a los depredadores que están encima de ellos. Este sistema continúa a lo largo de toda la cadena alimentaria , dando lugar a un posible colapso del ecosistema. Es posible que el ecosistema se restablezca con el tiempo, pero no todas las especies pueden recuperarse de eventos como estos. Incluso si la especie logra adaptarse, puede haber un retraso en la reconstrucción de esta comunidad de afloramiento. [13]
La posibilidad de tal colapso del ecosistema es el peligro mismo de la pesca en regiones de afloramiento. Las pesquerías pueden apuntar a una variedad de especies diferentes y, por lo tanto, son una amenaza directa para muchas especies del ecosistema; sin embargo, representan la mayor amenaza para los peces pelágicos intermedios . Dado que estos peces forman el centro de todo el proceso trófico de los ecosistemas de surgencia, están altamente representados en todo el ecosistema (incluso si solo hay una especie presente). Desafortunadamente, estos peces tienden a ser los objetivos más populares de la pesca, ya que alrededor del 64 por ciento de su captura total consiste en peces pelágicos. Entre ellas, las seis especies principales que suelen formar la capa trófica intermedia representan más de la mitad de las capturas. [13]
Además de causar directamente el colapso del ecosistema debido a su ausencia, esto también puede crear problemas en el ecosistema a través de una variedad de otros métodos. Es posible que los animales que se encuentran más arriba en los niveles tróficos no mueran de hambre ni mueran por completo, pero la disminución del suministro de alimentos aún podría perjudicar a las poblaciones. Si los animales no obtienen suficiente alimento, disminuirá su viabilidad reproductiva, lo que significa que no se reproducirán con tanta frecuencia ni con tanto éxito como de costumbre. Esto puede provocar una disminución de la población, especialmente en especies que no se reproducen con frecuencia en circunstancias normales o que alcanzan la madurez reproductiva en una etapa avanzada de su vida. Otro problema es que la disminución de la población de una especie debido a la pesca puede provocar una disminución de la diversidad genética, lo que resulta en una disminución de la biodiversidad de una especie. Si la diversidad de especies disminuye significativamente, esto podría causar problemas a las especies en un entorno tan variable y que cambia rápidamente; es posible que no puedan adaptarse, lo que podría provocar un colapso de la población o del ecosistema. [13]
Otra amenaza para la productividad y los ecosistemas de las regiones de surgencia es el sistema El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), o más específicamente los eventos de El Niño. Durante el período normal y los eventos de La Niña , los vientos alisios del este siguen siendo fuertes, lo que continúa impulsando el proceso de surgencia. Sin embargo, durante los fenómenos de El Niño, los vientos alisios son más débiles, lo que provoca una disminución de las surgencias en las regiones ecuatoriales , ya que la divergencia del agua al norte y al sur del ecuador no es tan fuerte ni tan frecuente. Las zonas de surgencia costeras también disminuyen al ser sistemas impulsados por el viento, y el viento ya no es una fuerza impulsora muy fuerte en estas áreas. Como resultado, la surgencia global disminuye drásticamente, provocando una disminución de la productividad ya que las aguas ya no reciben agua rica en nutrientes. Sin estos nutrientes, el resto de la pirámide trófica no puede sostenerse y el rico ecosistema de afloramiento colapsará. [18]
Las surgencias costeras tienen una gran influencia sobre el clima local de la región afectada. Este efecto se magnifica si la corriente oceánica ya está fría. A medida que el agua fría y rica en nutrientes asciende y la temperatura de la superficie del mar se enfría, el aire inmediatamente encima también se enfría y es probable que se condense, formando niebla marina y nubes estratos . Esto también inhibe la formación de nubes, aguaceros y tormentas eléctricas a mayor altitud y provoca precipitaciones sobre el océano que dejan la tierra seca. [19] [20] En los sistemas de surgencias que duran todo el año (como los de las costas occidentales del sur de África y América del Sur), las temperaturas son generalmente más frías y las precipitaciones escasas. Los sistemas de surgencia estacional a menudo se combinan con sistemas de surgencia estacional (como el de las costas occidentales de los Estados Unidos [21] y la Península Ibérica ), lo que resulta en veranos más frescos y secos que el promedio e inviernos más suaves y húmedos que el promedio. Los lugares de surgencia permanente suelen tener climas semiáridos / desérticos , mientras que los lugares de surgencia estacional suelen tener climas mediterráneos / semiáridos , oceánicos en algunos casos. Algunas ciudades a nivel mundial afectadas por fuertes regímenes de surgencias incluyen: San Francisco , Antofagasta , Sines , Essaouira , Walvis Bay , entre otras.