Limnología ( / l ɪ m ˈ n ɒ l ə dʒ i / lim- NOL -ə-jee ; del griego antiguo λίμνη ( límnē ) 'lago', y -λογία ( -logía ) 'estudio de') es el estudio del interior ecosistemas acuáticos . [1] El estudio de la limnología incluye aspectos de las características biológicas , químicas , físicas y geológicas de los cuerpos de agua dulce y salina , naturales y artificiales . Esto incluye el estudio de lagos , embalses , estanques , ríos , manantiales , arroyos , humedales y aguas subterráneas . [2] Los sistemas de agua a menudo se clasifican en corrientes ( lóticos ) o estancados ( lénticos ). [3]
La limnología incluye el estudio de la cuenca de drenaje, el movimiento del agua a través de la cuenca y los cambios biogeoquímicos que ocurren en el camino. Una subdisciplina más reciente de la limnología, denominada limnología del paisaje , estudia, gestiona y busca conservar estos ecosistemas utilizando una perspectiva paisajística, examinando explícitamente las conexiones entre un ecosistema acuático y su cuenca de drenaje . Recientemente, la necesidad de comprender las aguas continentales globales como parte del sistema Tierra creó una subdisciplina llamada limnología global. [4] Este enfoque considera procesos en aguas continentales a escala global, como el papel de los ecosistemas acuáticos continentales en los ciclos biogeoquímicos globales . [5] [6] [7] [8] [9]
La limnología está estrechamente relacionada con la ecología acuática y la hidrobiología , que estudian los organismos acuáticos y sus interacciones con el medio abiótico (no vivo). Si bien la limnología tiene una superposición sustancial con disciplinas centradas en el agua dulce (por ejemplo, biología de agua dulce ), también incluye el estudio de los lagos salados interiores.
El término limnología fue acuñado por François-Alphonse Forel (1841-1912), quien estableció el campo con sus estudios del lago Lemán . El interés por la disciplina se expandió rápidamente y, en 1922, August Thienemann (un zoólogo alemán) y Einar Naumann (un botánico sueco) cofundaron la Sociedad Internacional de Limnología (SIL, de Societas Internationalis Limnologiae ). La definición original de limnología de Forel, "la oceanografía de los lagos", se amplió para abarcar el estudio de todas las aguas interiores, [2] e influyó en el trabajo de Benedykt Dybowski sobre el lago Baikal .
Entre los primeros limnólogos estadounidenses destacados se encuentran G. Evelyn Hutchinson y Ed Deevey . [10] En la Universidad de Wisconsin-Madison , Edward A. Birge , Chancey Juday , Charles R. Goldman y Arthur D. Hasler contribuyeron al desarrollo del Centro de Limnología . [11] [12]
Las propiedades físicas de los ecosistemas acuáticos están determinadas por una combinación de calor, corrientes, olas y otras distribuciones estacionales de las condiciones ambientales. [13] La morfometría de una masa de agua depende del tipo de elemento (como un lago, río, arroyo, humedal, estuario, etc.) y de la estructura de la tierra que rodea la masa de agua. Los lagos , por ejemplo, se clasifican según su formación y las zonas de los lagos se definen según la profundidad del agua. [14] [15] La morfometría del sistema de ríos y arroyos está determinada por la geología subyacente del área, así como por la velocidad general del agua. [13] La morfometría de las corrientes también está influenciada por la topografía (especialmente la pendiente), así como por los patrones de precipitación y otros factores como la vegetación y el desarrollo del suelo. La conectividad entre arroyos y lagos se relaciona con la densidad de drenaje del paisaje , la superficie del lago y la forma del lago . [15]
Otro tipo de sistemas acuáticos que entran dentro del estudio de la limnología son los estuarios . Los estuarios son cuerpos de agua clasificados por la interacción de un río y el océano o mar. [13] Los humedales varían en tamaño, forma y patrón; sin embargo, los tipos más comunes, marismas, turberas y pantanos, a menudo fluctúan entre contener agua dulce poco profunda y estar secos dependiendo de la época del año. [13] El volumen y la calidad del agua en los acuíferos subterráneos dependen de la cubierta vegetal, que fomenta la recarga y ayuda a mantener la calidad del agua. [dieciséis]
La zonificación de la luz es el concepto de cómo la cantidad de luz solar que penetra en el agua influye en la estructura de una masa de agua. [13] Estas zonas definen varios niveles de productividad dentro de un ecosistema acuático como un lago. Por ejemplo, la profundidad de la columna de agua en la que la luz solar puede penetrar y donde la mayor parte de la vida vegetal puede crecer se conoce como zona fótica o eufótica . El resto de la columna de agua que es más profunda y no recibe suficiente cantidad de luz solar para el crecimiento de las plantas se conoce como zona afótica . [13] La cantidad de energía solar presente bajo el agua y la calidad espectral de la luz que está presente a distintas profundidades tienen un impacto significativo en el comportamiento de muchos organismos acuáticos. Por ejemplo, la migración vertical del zooplancton está influenciada por los niveles de energía solar. [dieciséis]
Similar a la zonificación ligera, la estratificación térmica o zonificación térmica es una forma de agrupar partes del cuerpo de agua dentro de un sistema acuático en función de la temperatura de las diferentes capas del lago. Cuanto menos turbia esté el agua, más luz podrá penetrar y, por tanto, el calor se transmitirá a mayor profundidad. [17] El calentamiento disminuye exponencialmente con la profundidad de la columna de agua, por lo que el agua estará más cálida cerca de la superficie pero progresivamente más fría a medida que desciende. Hay tres secciones principales que definen la estratificación térmica en un lago. El epilimnion está más cerca de la superficie del agua y absorbe radiación de onda larga y corta para calentar la superficie del agua. Durante los meses más fríos, la cizalladura del viento puede contribuir al enfriamiento de la superficie del agua. La termoclina es un área dentro de la columna de agua donde la temperatura del agua disminuye rápidamente. [17] La capa inferior es el hipolimnio , que tiende a tener el agua más fría porque su profundidad impide que la luz solar llegue a ella. [17] En los lagos templados, el enfriamiento del agua superficial durante la temporada de otoño produce un recambio de la columna de agua, donde se altera la termoclina y el perfil de temperatura del lago se vuelve más uniforme. En climas fríos, cuando el agua se enfría por debajo de los 4 o C (la temperatura de máxima densidad), muchos lagos pueden experimentar una estratificación térmica inversa en invierno. [18] Estos lagos son a menudo dimícticos , con un breve vuelco en primavera además de un vuelco más largo en otoño. La resistencia térmica relativa es la energía necesaria para mezclar estos estratos de diferentes temperaturas. [19]
Un presupuesto de calor anual, también mostrado como θ a , es la cantidad total de calor necesaria para elevar el agua desde su temperatura mínima en invierno hasta su temperatura máxima en verano. Esto se puede calcular integrando el área del lago en cada intervalo de profundidad (A z ) multiplicado por la diferencia entre las temperaturas de verano (θ sz ) e invierno (θ wz ) o Az (θ sz -θ wz ) [19]
La composición química del agua en los ecosistemas acuáticos está influenciada por características y procesos naturales que incluyen la precipitación , el suelo subyacente y el lecho rocoso en la cuenca de drenaje , la erosión , la evaporación y la sedimentación . [13] Todos los cuerpos de agua tienen una determinada composición de elementos y compuestos tanto orgánicos como inorgánicos . Las reacciones biológicas también afectan las propiedades químicas del agua. Además de los procesos naturales, las actividades humanas influyen fuertemente en la composición química de los sistemas acuáticos y la calidad del agua. [17]
Las fuentes alóctonas de carbono o nutrientes provienen de fuera del sistema acuático (como material vegetal y del suelo). Las fuentes de carbono dentro del sistema, como las algas y la descomposición microbiana de las partículas de carbono orgánico acuático , son autóctonas . En las redes alimentarias acuáticas, la porción de biomasa derivada de material alóctono se denomina "alóctona". [20] En los arroyos y lagos pequeños, las fuentes alóctonas de carbono son dominantes, mientras que en los grandes lagos y el océano, dominan las fuentes autóctonas. [21]
El oxígeno disuelto y el dióxido de carbono disuelto a menudo se analizan juntos debido a su papel acoplado en la respiración y la fotosíntesis . Las concentraciones de oxígeno disuelto pueden alterarse mediante reacciones y procesos físicos, químicos y biológicos. Los procesos físicos, incluida la mezcla del viento, pueden aumentar las concentraciones de oxígeno disuelto, particularmente en las aguas superficiales de los ecosistemas acuáticos. Debido a que la solubilidad del oxígeno disuelto está relacionada con la temperatura del agua, los cambios de temperatura afectan las concentraciones de oxígeno disuelto, ya que el agua más cálida tiene una menor capacidad para "retener" oxígeno que el agua más fría. [22] Biológicamente, tanto la fotosíntesis como la respiración aeróbica afectan las concentraciones de oxígeno disuelto. [17] La fotosíntesis realizada por organismos autótrofos , como el fitoplancton y las algas acuáticas , aumenta las concentraciones de oxígeno disuelto y al mismo tiempo reduce las concentraciones de dióxido de carbono, ya que el dióxido de carbono se absorbe durante la fotosíntesis. [22] Todos los organismos aeróbicos en el ambiente acuático absorben oxígeno disuelto durante la respiración aeróbica, mientras que el dióxido de carbono se libera como subproducto de esta reacción. Debido a que la fotosíntesis está limitada por la luz, tanto la fotosíntesis como la respiración ocurren durante las horas del día , mientras que solo la respiración ocurre durante las horas de oscuridad o en partes oscuras de un ecosistema. El equilibrio entre la producción y el consumo de oxígeno disuelto se calcula como la tasa de metabolismo acuático . [23]
Los cambios verticales en las concentraciones de oxígeno disuelto se ven afectados tanto por la mezcla de las aguas superficiales por el viento como por el equilibrio entre la fotosíntesis y la respiración de la materia orgánica . Estos cambios verticales, conocidos como perfiles, se basan en principios similares a la estratificación térmica y la penetración de la luz. A medida que la disponibilidad de luz disminuye en las profundidades de la columna de agua, las tasas de fotosíntesis también disminuyen y se produce menos oxígeno disuelto. Esto significa que las concentraciones de oxígeno disuelto generalmente disminuyen a medida que se profundiza en el cuerpo de agua debido a que la fotosíntesis no repone el oxígeno disuelto que se absorbe a través de la respiración. [17] Durante los períodos de estratificación térmica, los gradientes de densidad del agua impiden que las aguas superficiales ricas en oxígeno se mezclen con aguas más profundas. Los períodos prolongados de estratificación pueden provocar el agotamiento del oxígeno disuelto en el agua del fondo; cuando las concentraciones de oxígeno disuelto son inferiores a 2 miligramos por litro, las aguas se consideran hipóxicas . [22] Cuando las concentraciones de oxígeno disuelto son aproximadamente 0 miligramos por litro, las condiciones son anóxicas . Tanto las aguas hipóxicas como las anóxicas reducen el hábitat disponible para los organismos que respiran oxígeno y contribuyen a cambios en otras reacciones químicas en el agua. [22]
El nitrógeno y el fósforo son nutrientes ecológicamente importantes en los sistemas acuáticos. El nitrógeno generalmente está presente como gas en los ecosistemas acuáticos; sin embargo, la mayoría de los estudios sobre la calidad del agua tienden a centrarse en los niveles de nitrato , nitrito y amoníaco . [13] La mayoría de estos compuestos de nitrógeno disuelto siguen un patrón estacional con mayores concentraciones en los meses de otoño e invierno en comparación con la primavera y el verano . [13] El fósforo tiene un papel diferente en los ecosistemas acuáticos, ya que es un factor limitante en el crecimiento del fitoplancton debido a concentraciones generalmente bajas en el agua. [13] El fósforo disuelto también es crucial para todos los seres vivos, a menudo limita mucho la productividad primaria en el agua dulce y tiene su propio ciclo ecosistémico distintivo . [17]
Los lagos "son relativamente fáciles de muestrear, porque tienen límites bien definidos (en comparación con los ecosistemas terrestres) y porque los experimentos de campo son relativamente fáciles de realizar", lo que los hace especialmente útiles para los ecólogos que intentan comprender la dinámica ecológica. [24]
Una forma de clasificar los lagos (u otros cuerpos de agua) es con el índice de estado trófico . [2] Un lago oligotrófico se caracteriza por niveles relativamente bajos de producción primaria y bajos niveles de nutrientes . Un lago eutrófico tiene altos niveles de productividad primaria debido a niveles muy altos de nutrientes. La eutrofización de un lago puede provocar la proliferación de algas . Los lagos distróficos tienen altos niveles de materia húmica y normalmente tienen aguas de color marrón amarillento y color té. [2] Estas categorías no tienen especificaciones rígidas; el sistema de clasificación puede verse más como un espectro que abarca los distintos niveles de productividad acuática. [ cita necesaria ]
La limnología tropical es un subcampo único e importante de la limnología que se centra en los distintos aspectos físicos, químicos, biológicos y culturales de los sistemas de agua dulce en las regiones tropicales . [25] Las propiedades físicas y químicas de los ambientes acuáticos tropicales son diferentes de las de las regiones templadas , con temperaturas más cálidas y estables, niveles más altos de nutrientes e interacciones ecológicas más complejas. [25] Además, la biodiversidad de los sistemas de agua dulce tropicales suele ser mayor, los impactos humanos suelen ser más graves y existen importantes factores culturales y socioeconómicos que influyen en el uso y la gestión de estos sistemas. [25]
Las personas que estudian limnología se llaman limnólogos. Estos científicos estudian en gran medida las características de los sistemas continentales de agua dulce, como lagos, ríos, arroyos, estanques y humedales. También pueden estudiar masas de agua salada no oceánicas, como el Gran Lago Salado. Existen muchas organizaciones profesionales relacionadas con la limnología y otros aspectos de las ciencias acuáticas, incluida la Asociación de Ciencias de Limnología y Oceanografía , la Asociación Ibérica de Limnología, la Sociedad Internacional de Limnología , la Sociedad Limnológica Polaca , la Sociedad de Limnólogos Canadienses, y la Asociación Biológica de Agua Dulce . [ cita necesaria ]
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