La desoxigenación del océano es la reducción del contenido de oxígeno en diferentes partes del océano debido a las actividades humanas. [2] [3] Ocurre en primer lugar en zonas costeras donde la eutrofización ha provocado una disminución bastante rápida (en unas pocas décadas) del oxígeno a niveles muy bajos. [2] Este tipo de desoxigenación del océano también se denomina " zonas muertas ". En segundo lugar, ahora hay una reducción constante de los niveles de oxígeno en mar abierto: las zonas naturales con bajo nivel de oxígeno (las llamadas zonas mínimas de oxígeno (OMZ)) se están expandiendo lentamente. [4] Esta expansión está ocurriendo como consecuencia del cambio climático causado por el hombre . [5] [6] La disminución resultante en el contenido de oxígeno de los océanos representa una amenaza para la vida marina , así como para las personas que dependen de la vida marina para su nutrición o sustento. [7] [8] [9] La desoxigenación de los océanos tiene implicaciones para la productividad de los océanos , el ciclo de los nutrientes, el ciclo del carbono y los hábitats marinos . [10] [11]
El calentamiento de los océanos exacerba la desoxigenación de los océanos y estresa aún más a los organismos marinos, reduciendo la disponibilidad de nutrientes al aumentar la estratificación de los océanos a través de efectos de densidad y solubilidad y al mismo tiempo aumenta la demanda metabólica. [12] [13] El aumento de las temperaturas en los océanos provoca una solubilidad reducida del oxígeno en el agua, lo que puede explicar aproximadamente el 50% de la pérdida de oxígeno en el nivel superior del océano (>1000 m). El agua más cálida del océano contiene menos oxígeno y flota más que el agua más fría. Esto conduce a una menor mezcla de agua oxigenada cerca de la superficie con agua más profunda, que naturalmente contiene menos oxígeno. El agua más cálida también aumenta la demanda de oxígeno de los organismos vivos; como resultado, hay menos oxígeno disponible para la vida marina. [14]
Los estudios han demostrado que los océanos ya han perdido entre el 1 y el 2 % de su oxígeno desde mediados del siglo XX, [15] [16] y las simulaciones de modelos predicen una disminución de hasta el 7 % en el contenido global de O 2 del océano durante los próximos años. cien años. Se prevé que la disminución del oxígeno continuará durante mil años o más. [17]
El término desoxigenación de los océanos ha sido utilizado cada vez más por organismos científicos internacionales porque capta la tendencia decreciente del inventario de oxígeno de los océanos mundiales. [2] Los oceanógrafos y otros han discutido qué frase describe mejor el fenómeno para los no especialistas. Entre las opciones consideradas se encuentran la asfixia de los océanos [18] , la privación de oxígeno de los océanos , [19] la disminución del oxígeno de los océanos , la desoxigenación marina , el agotamiento de oxígeno de los océanos y la hipoxia de los océanos .
Hay dos tipos de desoxigenación del océano, que tienen lugar en dos zonas diferentes y tienen diferentes causas: la reducción de oxígeno en las zonas costeras frente a la del mar abierto y el océano profundo ( zonas mínimas de oxígeno ). [4] Estos están acoplados pero son diferentes.
En mar abierto existen áreas naturales con bajo nivel de oxígeno y éstas se están expandiendo lentamente. [5] Estas zonas oceánicas mínimas de oxígeno (OMZ) generalmente se encuentran en las profundidades medias del océano, entre 100 y 1000 m de profundidad. Son fenómenos naturales que resultan de la respiración del material orgánico que se hunde y se produce en la superficie del océano. Sin embargo, a medida que disminuye el contenido de oxígeno del océano, las zonas mínimas de oxígeno se expanden tanto vertical como horizontalmente. [5] En estas áreas con poco oxígeno, la circulación del agua es lenta. Esta estabilidad significa que es más fácil ver cambios bastante pequeños en el oxígeno, como una disminución del 1-2%. En muchas de estas áreas, esta disminución no significa que estas regiones con bajo nivel de oxígeno se vuelvan inhabitables para los peces y otras formas de vida marina, pero con el paso de muchas décadas puede que así sea, particularmente en el Océano Pacífico y el Índico. [21]
El oxígeno ingresa al océano en la superficie, a través de los procesos de fotosíntesis del fitoplancton y mezclándose con la atmósfera. Los organismos, tanto microbianos como multicelulares, utilizan oxígeno en la respiración en toda la profundidad del océano, por lo que cuando el suministro de oxígeno desde la superficie es menor que la utilización de oxígeno en aguas profundas, se produce una pérdida de oxígeno.
Este fenómeno es natural, pero se ve exacerbado por el aumento de la estratificación y el aumento de la temperatura del océano . La estratificación ocurre cuando masas de agua con diferentes propiedades, principalmente temperatura y salinidad , se estratifican, con agua de menor densidad encima de agua de mayor densidad. Cuanto mayores son las diferencias en las propiedades entre capas, menos mezcla se produce entre las capas. La estratificación aumenta cuando aumenta la temperatura de la superficie del océano o la cantidad de agua dulce que ingresa al océano desde los ríos y el derretimiento del hielo, lo que mejora la desoxigenación del océano al reducir el suministro. Otro factor que puede reducir el suministro es la solubilidad del oxígeno. A medida que aumentan la temperatura y la salinidad, la solubilidad del oxígeno disminuye, lo que significa que se puede disolver menos oxígeno en el agua a medida que se calienta y se vuelve más salada.
Si bien las zonas mínimas de oxígeno (OMZ) ocurren naturalmente, pueden verse exacerbadas por impactos humanos como el cambio climático y la contaminación terrestre causada por la agricultura y las aguas residuales. La predicción de los modelos climáticos y escenarios de cambio climático actuales es que se producirá un calentamiento sustancial y una pérdida de oxígeno en la mayor parte de la capa superior del océano. [22] El calentamiento global aumenta la temperatura de los océanos, especialmente en las zonas costeras poco profundas. Cuando la temperatura del agua aumenta, su capacidad para retener oxígeno disminuye, lo que hace que las concentraciones de oxígeno en el agua disminuyan. [23] Esto agrava los efectos de la eutrofización en las zonas costeras descritos anteriormente.
Las áreas de mar abierto sin oxígeno han crecido más de 1,7 millones de millas cuadradas en los últimos 50 años, y las aguas costeras han experimentado un aumento diez veces mayor en áreas con bajo oxígeno al mismo tiempo. [24]
La medición del oxígeno disuelto en aguas costeras y de mar abierto durante los últimos 50 años ha revelado una marcada disminución en el contenido de oxígeno. [25] [16] [26] Esta disminución está asociada con la expansión de la extensión espacial, la expansión de la extensión vertical y la duración prolongada de las condiciones de escasez de oxígeno en todas las regiones de los océanos globales. Los exámenes de la extensión espacial de las OMZ en el pasado a través de métodos paleoceanográficos muestran claramente que la extensión espacial de las OMZ se ha expandido a través del tiempo, y esta expansión está asociada al calentamiento de los océanos y a la reducción de la ventilación de las aguas termoclinas. [27]
La investigación ha intentado modelar cambios potenciales en las OMZ como resultado del aumento de las temperaturas globales y el impacto humano. Esto es un desafío debido a los muchos factores que podrían contribuir a los cambios en las OMZ. [28] Los factores utilizados para modelar el cambio en las OMZ son numerosos y, en algunos casos, difíciles de medir o cuantificar. [29] Algunos de los procesos que se estudian son cambios en la solubilidad del gas oxígeno como resultado del aumento de la temperatura del océano, así como cambios en la cantidad de respiración y fotosíntesis que ocurren alrededor de las OMZ. [30] Muchos estudios han concluido que las OMZ se están expandiendo en múltiples ubicaciones, pero las fluctuaciones de las OMZ modernas aún no se comprenden completamente. [30] [29] [31] Los modelos existentes del sistema terrestre proyectan reducciones considerables de oxígeno y otras variables físico-químicas en el océano debido al cambio climático , con ramificaciones potenciales para los ecosistemas y los seres humanos.
La disminución global del contenido de oxígeno oceánico es estadísticamente significativa y está más allá del alcance de las fluctuaciones naturales. [25] Esta tendencia de pérdida de oxígeno se está acelerando, con pérdidas generalizadas y obvias que se produjeron después de la década de 1980. [32] [25] La tasa y el contenido total de la pérdida de oxígeno varían según la región, y el Pacífico Norte emerge como un punto crítico particular de desoxigenación debido al mayor tiempo transcurrido desde que sus aguas profundas fueron ventiladas por última vez (ver circulación termohalina) y problemas relacionados. alta utilización aparente de oxígeno (AOU). [25] [16] Las estimaciones de la pérdida total de oxígeno en el océano global oscilan entre 119 y 680 T mol década −1 desde la década de 1950. [25] [16] Estas estimaciones representan el 2% del inventario mundial de oxígeno oceánico. [26]
El derretimiento de los hidratos de gas en las capas inferiores de agua puede provocar la liberación de más metano de los sedimentos y el posterior consumo de oxígeno por respiración aeróbica del metano a dióxido de carbono . Otro efecto del cambio climático en los océanos que provoca la desoxigenación de los océanos son los cambios en la circulación. A medida que el océano se calienta desde la superficie, se espera que aumente la estratificación, lo que muestra una tendencia a desacelerar la circulación oceánica, lo que luego aumenta la desoxigenación del océano. [11]
Los resultados de los modelos matemáticos muestran que las tasas globales de pérdida de oxígeno en los océanos seguirán acelerándose hasta 125 T mol año −1 para 2100 debido al calentamiento persistente, una reducción en la ventilación de aguas más profundas, una mayor demanda biológica de oxígeno y la expansión asociada de las OMZ. hacia zonas menos profundas. [dieciséis]
Varias áreas del océano abierto tienen naturalmente una baja concentración de oxígeno debido al consumo biológico de oxígeno que no puede ser respaldado por la tasa de entrada de oxígeno al área debido al transporte físico, la mezcla aire-mar o la fotosíntesis. [26] Estas áreas se denominan zonas mínimas de oxígeno (OMZ), y existe una amplia variedad de sistemas de océano abierto que experimentan estas condiciones naturalmente bajas de oxígeno, como zonas de afloramiento, cuencas profundas de mares cerrados y los núcleos de algunos mode- remolinos de agua. [26]
La desoxigenación del océano ha provocado condiciones subóxicas, hipóxicas y anóxicas tanto en aguas costeras como en mar abierto. Desde 1950, más de 500 sitios en aguas costeras han informado concentraciones de oxígeno por debajo de 2 mg litro -1 , lo que generalmente se acepta como el umbral de condiciones hipóxicas. [26]
La extensión de las OMZ se ha ampliado en los océanos tropicales durante el último medio siglo. [29] [31] [33]
Las aguas pobres en oxígeno de los sistemas costeros y de mar abierto se han estudiado en gran medida de forma aislada entre sí, centrándose los investigadores en la hipoxia inducida por la eutrofización en aguas costeras y en las OMZ de mar abierto de origen natural (sin aparente aporte directo de nutrientes antropogénicos). Sin embargo, las aguas costeras y de mar abierto pobres en oxígeno están altamente interconectadas y, por lo tanto, ambas han experimentado un aumento en la intensidad, extensión espacial y extensión temporal de las condiciones de desoxigenación. [34]
La extensión espacial de las condiciones desoxigenadas puede variar ampliamente. En las aguas costeras, las regiones con condiciones desoxigenadas pueden extenderse desde menos de uno hasta muchos miles de kilómetros cuadrados. [26] Las OMZ de mar abierto existen en todas las cuencas oceánicas y tienen una variación similar en su extensión espacial; Se estima que el 8% del volumen oceánico mundial se encuentra dentro de las OMZ. La OMZ más grande se encuentra en el Pacífico norte tropical oriental y comprende el 41% de este volumen global, [37] y la OMZ más pequeña se encuentra en el Atlántico norte tropical oriental y representa solo el 5% del volumen global de OMZ. [21]
La extensión vertical de las condiciones de bajo oxígeno también es variable, y las áreas de bajo oxígeno persistente tienen variaciones anuales en los límites superior e inferior de las aguas pobres en oxígeno. [38] Por lo general, se espera que las OMZ se produzcan a profundidades de aproximadamente 200 a 1000 metros. El límite superior de las OMZ se caracteriza por un gradiente fuerte y rápido de oxigenación, llamado oxiclina. [39] La profundidad de la oxiclina varía entre las OMZ y se ve afectada principalmente por procesos físicos como los flujos de aire-mar y el movimiento vertical en la profundidad de la termoclina. [40] El límite inferior de las OMZ está asociado con la reducción del consumo biológico de oxígeno, ya que la mayor parte de la materia orgánica se consume y se respira en los 1.000 m superiores de la columna de agua vertical. Los sistemas costeros menos profundos pueden ver cómo las aguas pobres en oxígeno se extienden hasta las aguas del fondo, lo que genera efectos negativos en las comunidades bentónicas. [41]
Muchas OMZ persistentes han aumentado su espesor en las últimas cinco décadas. Esto sucedió porque el límite superior de la OMZ se volvió menos profundo y también porque la OMZ se expandió hacia abajo. [5] [42]
La duración temporal de las condiciones de escasez de oxígeno puede variar en escalas estacionales, anuales o multidecenales. Las condiciones hipóxicas en sistemas costeros como el Golfo de México suelen estar relacionadas con las descargas de los ríos, la estratificación termohalina de la columna de agua, el forzamiento impulsado por el viento y los patrones de circulación de la plataforma continental. [43] Como tal, existen patrones estacionales y anuales en el inicio, la persistencia y la ruptura de condiciones intensamente hipóxicas. [43] Las concentraciones de oxígeno en océanos abiertos y los márgenes entre las áreas costeras y el océano abierto pueden experimentar variaciones en intensidad, extensión espacial y extensión temporal debido a oscilaciones multidecenales en las condiciones climáticas. [44]
Las regiones costeras también han visto una extensión espacial y una duración temporal ampliadas debido al aumento del aporte antropogénico de nutrientes y a los cambios en la circulación regional. [45] Las áreas que no han experimentado previamente condiciones de bajo oxígeno, como la plataforma costera de Oregón en la costa oeste de los Estados Unidos, han desarrollado recientemente y abruptamente hipoxia estacional. [46]
La desoxigenación de los océanos tiene implicaciones para la productividad de los océanos , el ciclo de los nutrientes, el ciclo del carbono y los hábitats marinos . [10] Los estudios han demostrado que los océanos ya han perdido entre el 1 y el 2 % de su oxígeno desde mediados del siglo XX, [15] [16] y las simulaciones de modelos predicen una disminución de hasta el 7 % en el contenido global de O 2 del océano. durante los próximos cien años. Se prevé que la disminución del oxígeno continuará durante mil años o más. [17]
La viabilidad de las especies se está viendo alterada en toda la red alimentaria oceánica debido a cambios en la química oceánica . A medida que el océano se calienta, la mezcla entre las capas de agua disminuye, lo que resulta en menos oxígeno y nutrientes disponibles para la vida marina . [47]
La desoxigenación de los océanos es un factor estresante adicional para la vida marina . La desoxigenación de los océanos da como resultado la expansión de las zonas mínimas de oxígeno en los océanos. Junto con esto, la desoxigenación de los océanos es causada por un desequilibrio de las fuentes y sumideros de oxígeno en el agua disuelta. [11] El cambio ha sido bastante rápido y representa una amenaza para los peces y otros tipos de vida marina, así como para las personas que dependen de la vida marina para su nutrición o sustento. [7] [48] [8] [9] La desoxigenación de los océanos plantea implicaciones para la productividad de los océanos , el ciclo de los nutrientes, el ciclo del carbono y los hábitats marinos . [10] [11]
A medida que las zonas con bajo contenido de oxígeno se expanden verticalmente más cerca de la superficie, pueden afectar los sistemas de surgencias costeras como la corriente de California en la costa de Oregón (EE. UU.). Estos sistemas de surgencias son impulsados por vientos estacionales que obligan a las aguas superficiales cercanas a la costa a desplazarse mar adentro, lo que arrastra aguas más profundas hacia la plataforma continental . A medida que la profundidad del agua desoxigenada se vuelve menos profunda, una mayor cantidad de agua desoxigenada puede llegar a la plataforma continental, provocando hipoxia costera y muerte de peces. Se prevé que los impactos de la matanza masiva de peces en la industria de la acuicultura serán profundos. [49] [50]
Se pueden observar efectos a corto plazo en circunstancias extremadamente fatales, pero otras consecuencias subletales pueden incluir deterioro de la capacidad reproductiva, reducción del crecimiento y aumento de la población enferma. [51] Estos pueden atribuirse al efecto coestresante. Cuando un organismo ya está estresado, por ejemplo recibiendo menos oxígeno del que preferiría, no le va tan bien en otras áreas de su existencia como la reproducción, el crecimiento y la prevención de enfermedades. [52] [53] Además, el agua más cálida no solo retiene menos oxígeno, sino que también hace que los organismos marinos tengan tasas metabólicas más altas, lo que hace que utilicen el oxígeno disponible más rápidamente, lo que reduce aún más la concentración de oxígeno en el agua y agrava el problema. efectos vistos. [22] Finalmente, para algunos organismos, la reducción del hábitat será un problema. Se espera que las zonas habitables en la columna de agua se compriman y que las estaciones habitables se acorten. Si el agua en la que se encuentra el hábitat habitual de un organismo tiene concentraciones de oxígeno inferiores a las que puede tolerar, ya no querrá vivir allí. Esto conduce a cambios en los patrones de migración, así como a cambios o reducción del área de hábitat. [22]
Los efectos a largo plazo pueden verse en una escala más amplia de cambios en la biodiversidad y la composición de la red alimentaria. Debido al cambio de hábitat de muchos organismos, las relaciones depredador-presa se verán alteradas. Por ejemplo, cuando se los aprieta en un área más pequeña y bien oxigenada, las tasas de encuentro de depredador-presa aumentarán, lo que provocará un aumento de la depredación , lo que podría ejercer presión sobre la población de presas. [51] Además, se espera que la diversidad de los ecosistemas en general disminuya debido a la disminución de las concentraciones de oxígeno. [52]
La expansión vertical de las OMZ tropicales ha reducido el área entre la OMZ y la superficie. [30] Esto significa que muchas especies que viven cerca de la superficie, como los peces, podrían verse afectadas periódicamente. La investigación en curso está investigando cómo la expansión de la OMZ afecta las redes alimentarias en estas áreas. [30] Los estudios sobre la expansión de la OMZ en el Pacífico y el Atlántico tropicales han observado efectos negativos en las poblaciones de peces y la pesca comercial que probablemente ocurrieron debido a la reducción del hábitat cuando la OMZ se trasladó a una profundidad menor. [29] [54]
El comportamiento de un pez en respuesta a la desoxigenación del océano se basa en su tolerancia a condiciones de escasez de oxígeno. Las especies con baja tolerancia anóxica tienden a sufrir una compresión de su hábitat en respuesta a la expansión de las OMZ. [42] Las especies de peces con baja tolerancia a condiciones de bajo oxígeno pueden trasladarse a vivir más cerca de la superficie del océano, donde la concentración de oxígeno suele ser mayor. [55] Las respuestas biológicas a la compresión del hábitat pueden ser variadas. Algunas especies de peces picudos, depredadores pelágicos como el pez vela y el marlín, que han sufrido una compresión de su hábitat, en realidad han aumentado su crecimiento desde que sus presas, peces pelágicos más pequeños, experimentaron la misma compresión de su hábitat, lo que resultó en una mayor vulnerabilidad de sus presas a los peces picudos. [56] Los peces con tolerancia a condiciones anóxicas, como el calamar gigante y el pez linterna, pueden permanecer activos en ambientes anóxicos a un nivel reducido, lo que puede mejorar su supervivencia al evitar cada vez más a los depredadores intolerantes a la anoxia y tener un mayor acceso a los recursos que sus intolerantes a la anoxia. los competidores no pueden. [57] [58]
La relación entre el zooplancton y las zonas bajas en oxígeno es compleja y varía según la especie y la etapa de vida. Algunos zooplancton gelatinosos reducen sus tasas de crecimiento cuando se exponen a la hipoxia, mientras que otros utilizan este hábitat para alimentarse de altas concentraciones de presas sin que sus tasas de crecimiento se vean afectadas. [59] [57] [60] La capacidad de algunos zooplancton gelatinosos para tolerar la hipoxia puede atribuirse a la capacidad de almacenar oxígeno en regiones intragel. [61] Los movimientos del zooplancton como resultado de la desoxigenación del océano pueden afectar la pesca, el ciclo global del nitrógeno y las relaciones tróficas. Estos cambios tienen el potencial de tener grandes consecuencias económicas y ambientales a través de la sobrepesca o el colapso de las redes alimentarias.
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