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Claridad del agua

Un buzo se adentra en aguas cristalinas del lago Hurón.

La claridad del agua es un término descriptivo de la profundidad con la que la luz visible penetra a través del agua. Además de la penetración de la luz, el término claridad del agua también se utiliza a menudo para describir la visibilidad bajo el agua. La claridad del agua es una forma en que los humanos miden la calidad del agua , junto con la concentración de oxígeno y la presencia o ausencia de contaminantes y proliferación de algas. [1]

La claridad del agua gobierna la salud de los ecosistemas submarinos porque afecta la cantidad de luz que llega a las plantas y animales que viven bajo el agua. Las plantas necesitan luz para la fotosíntesis. La claridad del entorno submarino determina los rangos de profundidad donde pueden vivir las plantas acuáticas. [2] [3] [4] [5] La claridad del agua también afecta la forma en que los animales visuales, como los peces, pueden ver a sus presas. [6] [7] [8] [9] La claridad afecta a las plantas y animales acuáticos que viven en todo tipo de cuerpos de agua, incluidos ríos, estanques, lagos, embalses, estuarios, lagunas costeras y mar abierto.

La claridad del agua también afecta la forma en que los humanos interactúan con el agua, desde la recreación y los valores de propiedad hasta la cartografía, la defensa y la seguridad. La claridad del agua influye en las percepciones humanas sobre la calidad del agua, la seguridad recreativa, el atractivo estético y la salud ambiental en general. [10] [11] Los turistas que visitaban la Gran Barrera de Coral estaban dispuestos a pagar para mejorar las condiciones de claridad del agua para su satisfacción recreativa. [12] La claridad del agua también influye en los valores de las propiedades frente al mar. En Estados Unidos, una mejora del 1% en la claridad del agua aumentó el valor de las propiedades hasta en un 10%. [13] [14] [15] [16] Se necesita claridad del agua para visualizar objetivos bajo el agua, ya sea desde arriba o en el agua. Estas aplicaciones incluyen cartografía y operaciones militares. Para mapear características de aguas poco profundas, como arrecifes de ostras y lechos de pastos marinos, el agua debe ser lo suficientemente clara para que esas características sean visibles para un dron, un avión o un satélite. [17] [18] La claridad del agua también es necesaria para detectar objetos submarinos, como submarinos, utilizando luz visible. [19] [20] [21]

Mediciones de claridad del agua.

Métricas utilizadas para medir la claridad del agua.

La claridad del agua se mide mediante múltiples técnicas. Estas mediciones incluyen: profundidad de Secchi , atenuación de la luz, turbidez , atenuación del haz, absorción por materia orgánica disuelta coloreada , concentración de pigmento de clorofila a y concentración de sólidos suspendidos totales . El agua clara generalmente tiene una profundidad de Secchi profunda, baja atenuación de la luz (penetración de luz más profunda), baja turbidez, baja atenuación del haz y bajas concentraciones de sustancias disueltas, clorofila-a y/o sólidos suspendidos totales. El agua más turbia generalmente tiene una profundidad de Secchi poco profunda, alta atenuación de la luz (menos penetración de la luz en la profundidad), alta turbiedad, alta atenuación de los rayos y altas concentraciones de sustancias disueltas, clorofila-a y/o sólidos suspendidos totales. [22]

Métricas generales generales

profundidad de secchi

La profundidad de Secchi es la profundidad a la que un disco ya no es visible para el ojo humano. Esta medición fue creada en 1865 y representa uno de los métodos oceanográficos más antiguos. [23] [24] Para medir la profundidad de Secchi, se monta un disco blanco o blanco y negro en un poste o línea y se baja lentamente al agua. La profundidad a la que el disco ya no es visible se toma como medida de la transparencia del agua. [25] [26] La profundidad de Secchi es más útil como medida de transparencia o visibilidad bajo el agua.

atenuación de la luz

Medición de la atenuación de la luz, K d (PAR), desde un barco en la Bahía de Chesapeake. Esta es una medida de la atenuación de la luz descendente utilizando un sensor plano.

El coeficiente de atenuación de la luz, a menudo abreviado como “atenuación de la luz”, describe la disminución de la irradiancia solar con la profundidad. Para calcular este coeficiente, la energía luminosa se mide en una serie de profundidades desde la superficie hasta la profundidad del 1% de iluminación. Luego, la disminución exponencial de la luz se calcula utilizando la Ley de Beer con la ecuación:

donde k es el coeficiente de atenuación de la luz, I z es la intensidad de la luz en la profundidad z y I 0 es la intensidad de la luz en la superficie del océano. [27] [28] Lo que se traduce en:

Esta medición se puede realizar para colores de luz específicos o, de manera más amplia, para toda la luz visible. El coeficiente de atenuación de la luz de la radiación fotosintéticamente activa (PAR) se refiere a la disminución de toda la luz visible (400-700 nm) con la profundidad. La atenuación de la luz se puede medir como la disminución de la luz descendente (Kd) o la disminución de la luz escalar (Ko) con la profundidad. [29] [30] [31] La atenuación de la luz es más útil como medida de la energía luminosa total bajo el agua disponible para las plantas, como el fitoplancton y la vegetación acuática sumergida .

Turbiedad

Tres viales de vidrio utilizados como estándares de turbidez para 5, 50 y 500 unidades nefelométricas de turbidez (NTU).

La turbidez es una medida de la turbidez del agua basada en la dispersión de la luz por partículas en un ángulo de 90 grados con respecto al detector. Se coloca un sensor de turbidez en agua con una fuente de luz y un detector en un ángulo de 90 grados entre sí. La fuente de luz suele ser luz roja o infrarroja cercana (600-900 nm). Los sensores de turbidez también reciben el nombre de turbidímetros o nefelómetros . En agua más turbia, hay más partículas presentes en el agua y el detector capta más luz dispersada por las partículas. La turbidez es más útil para el monitoreo a largo plazo porque estos sensores suelen ser de bajo costo y lo suficientemente resistentes para despliegues prolongados bajo el agua. [32] [33] [34] [35]

atenuación del haz

La atenuación del haz se mide con un dispositivo llamado transmisómetro que tiene una fuente de luz en un extremo y un detector en el otro extremo, en un plano. La cantidad de luz transmitida al detector a través del agua es la transmisión del haz y la cantidad de luz perdida es la atenuación del haz. La atenuación del haz es esencialmente lo opuesto a la transmisión de luz. El agua más clara con un coeficiente de atenuación del haz bajo tendrá una alta transmisión de luz, y el agua más turbia con un coeficiente de atenuación del haz alto tendrá una transmisión de luz baja. La atenuación del haz se utiliza como indicador de las partículas de carbono orgánico en aguas oligotróficas como el océano abierto. [36]

Métricas basadas en la concentración

Absorción de materia orgánica disuelta coloreada (CDOM)

Se puede ver agua de color más oscuro en la mitad derecha de este experimento en un lago, con el disco gigante de Secchi apareciendo de color más marrón debido a las mayores concentraciones de materia orgánica disuelta .

La materia orgánica disuelta coloreada (CDOM) absorbe la luz, haciendo que el agua parezca más oscura o del color del té. La absorción por CDOM es una medida de la claridad del agua. La claridad aún puede ser bastante alta en términos de visibilidad con altas cantidades de CDOM en el agua, pero el color del agua se alterará a amarillo o marrón y el agua aparecerá más oscura que el agua con bajas concentraciones de CDOM. CDOM absorbe la luz azul con más fuerza que otros colores, cambiando el color del agua hacia la parte amarilla y roja del espectro de luz visible a medida que el agua se oscurece. [37] Por ejemplo, en lagos con altas concentraciones de CDOM, el fondo del lago puede ser claramente visible para el ojo humano, pero una superficie blanca en el mismo agua del lago puede parecer amarilla o marrón.

Concentración de sólidos suspendidos totales (SST)

La concentración total de sólidos suspendidos se mide pesando un filtro antes y después de filtrar el agua a través de él para calcular la masa de material que queda en el filtro.

La concentración de sólidos suspendidos totales (SST) es la concentración (masa de peso seco por unidad de volumen de agua) de todo el material en el agua que queda atrapado en un filtro, generalmente un filtro con un tamaño de poro de aproximadamente 0,7 micrómetros. Esto incluye todas las partículas suspendidas en el agua, como partículas minerales (limo, arcilla), detritos orgánicos y células de fitoplancton. Los cuerpos de agua clara tienen bajas concentraciones de SST. Otros nombres para TSS incluyen materia suspendida total (TSM) y materia particulada suspendida (SPM). El término concentración de sedimento suspendido (SSC) se refiere al componente mineral de los TSS, pero a veces se usa indistintamente con TSS. Si se desea, las concentraciones de sólidos suspendidos volátiles (orgánicos) y fijos (inorgánicos) se pueden separar utilizando el método de pérdida por ignición quemando el filtro en un horno de mufla para quemar la materia orgánica, dejando cenizas que incluyen partículas minerales y Componentes inorgánicos de las células del fitoplancton, siendo SST = sólidos suspendidos volátiles + sólidos suspendidos fijos. [38]

Concentración de clorofila a

La concentración de clorofila a se utiliza a veces para medir la claridad del agua, especialmente cuando las concentraciones de sedimentos suspendidos y materia orgánica disuelta coloreada son bajas. La concentración de clorofila a es un indicador de la biomasa de fitoplancton , que es una forma de cuantificar qué tan turbia es el agua debido a la producción biológica primaria . [39] La concentración de clorofila a es más útil para la investigación sobre la producción primaria, la contribución del fitoplancton a la atenuación de la luz y la proliferación de algas nocivas . La concentración de clorofila a también es útil para el monitoreo a largo plazo porque estos sensores suelen ser de bajo costo y lo suficientemente resistentes para despliegues prolongados bajo el agua.

Estudios de caso

Alta claridad del agua

Las aguas más claras se encuentran en regiones oceánicas oligotróficas como el giro del Pacífico Sur , aguas costeras tropicales, lagos formados por glaciares con bajos aportes de sedimentos y lagos con algún tipo de filtración natural en el punto de afluencia. Blue Lake en Nueva Zelanda tiene el récord de mayor claridad de agua de todos los lagos, con una profundidad Secchi de 230 a 260 pies. Blue Lake se alimenta de un pasaje subterráneo de un lago cercano, que actúa como filtro natural. [40] Algunos otros cuerpos de agua muy claros son el lago Tahoe entre California y Nevada en los Estados Unidos, [41] el lago Baikal en Rusia, [42] y el lago Crater en Oregon en los Estados Unidos. [43]

En las aguas costeras tropicales, el agua es clara gracias a los bajos aportes de nutrientes, la baja producción primaria y los arrecifes de coral que actúan como un amortiguador natural que evita que los sedimentos se resuspendan. [44] El agua más clara registrada en la Tierra es el Lago Azul, Nueva Zelanda o el Mar de Weddell cerca de la Antártida, los cuales reclaman profundidades Secchi de 80 metros (230 a 260 pies). [43] [40]

Baja claridad del agua

Se puede encontrar una claridad del agua muy baja cuando se transportan grandes cargas de sedimentos en suspensión desde la tierra. Algunos ejemplos son los estuarios donde ríos con altas cargas de sedimentos desembocan en el océano. Un ejemplo es el Río de la Plata , un estuario en América del Sur entre Uruguay y Argentina donde el río Uruguay y el río Paraná desembocan en el océano Atlántico. El Río de la Plata muestra concentraciones medias de SST a largo plazo entre 20 y 100 gramos por metro cúbico, superiores a las de la mayoría de los estuarios. [45] Otro ejemplo es la costa del golfo de América del Norte, donde el río Mississippi se encuentra con el Golfo de México . El agua turbia del deshielo y la lluvia arrastra grandes cantidades de sedimentos río abajo cada primavera, creando una columna de sedimentos y haciendo que la claridad del agua sea muy baja. [46] Los cuerpos de agua también pueden experimentar baja claridad del agua después de eventos extremos como erupciones volcánicas. Después de la erupción del Monte St. Helens, el agua del lago Spirit, Washington, se oscureció por los árboles en descomposición del lago y tenía una profundidad Secchi de sólo 1 a 2 centímetros. [43]

Claridad del agua versus calidad del agua

La claridad del agua es más específica que la calidad del agua . El término "claridad del agua" describe más estrictamente la cantidad de luz que pasa a través del agua o la visibilidad de un objeto en el agua. El término "calidad del agua" se refiere de manera más amplia a muchas características del agua, incluida la temperatura , el oxígeno disuelto , la cantidad de nutrientes o la presencia de floraciones de algas . La claridad del agua es sólo un componente de la calidad del agua. [1] [5] [47]

Un ecosistema submarino puede tener agua de alta claridad pero de baja calidad, y viceversa. Los científicos han observado que muchos lagos se están volviendo menos claros mientras se recuperan de la lluvia ácida . Este fenómeno se ha observado en el noreste de Estados Unidos y el norte de Europa. En el pasado, algunos lagos eran ecológicamente desnudos, pero claros, mientras que la acidez era alta. En los últimos años, a medida que se reduce la acidez y las cuencas hidrográficas se vuelven más boscosas, muchos lagos son menos claros pero también ecológicamente más sanos, con mayores concentraciones de carbono orgánico disuelto y una química del agua más natural. [48] ​​[49] [50]

Ver también

Referencias

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