Una picnoclina es la clina o capa donde se encuentra el gradiente de densidad ( ∂ρ/∂z) es mayor dentro de un cuerpo de agua. Una corriente oceánica se genera por fuerzas como las olas rompientes, las diferencias de temperatura y salinidad , el viento, el efecto Coriolis y las mareas causadas por la atracción gravitatoria de los cuerpos celestes. Además, las propiedades físicas en una picnoclina impulsadas por gradientes de densidad también afectan los flujos y perfiles verticales en el océano . Estos cambios pueden estar relacionados con el transporte de calor, sal y nutrientes a través del océano, y la difusión de la picnoclina controla el afloramiento. [1]
Debajo de la capa mixta, un gradiente de densidad estable (o picnoclina) separa las aguas superiores e inferiores, lo que dificulta el transporte vertical. [2] Esta separación tiene importantes efectos biológicos en el océano y los organismos marinos vivos. Sin embargo, la mezcla vertical a través de una picnoclina es un fenómeno regular en los océanos y ocurre a través de la turbulencia producida por el esfuerzo cortante . [3] Esta mezcla juega un papel clave en el transporte de nutrientes. [4]
La mezcla turbulenta producida por los vientos y las olas transfiere calor hacia abajo desde la superficie. En latitudes bajas y medias, esto crea una capa de agua mezclada en la superficie de temperatura casi uniforme que puede tener una profundidad de unos pocos metros a varios cientos de metros. Debajo de esta capa mixta, a profundidades de 200 a 300 m en el océano abierto, la temperatura comienza a disminuir rápidamente hasta aproximadamente 1000 m. La capa de agua dentro de la cual el gradiente de temperatura es más pronunciado se conoce como termoclina permanente . [5] La diferencia de temperatura a través de esta capa puede ser tan grande como 20 °C, dependiendo de la latitud. La termoclina permanente coincide con un cambio en la densidad del agua entre las aguas superficiales más cálidas y de baja densidad y las aguas inferiores frías y densas subyacentes. La región de cambio rápido de densidad se conoce como picnoclina y actúa como una barrera para la circulación vertical del agua; por lo tanto, también afecta la distribución vertical de ciertos químicos que juegan un papel en la biología de los mares. Los fuertes gradientes de temperatura y densidad también pueden actuar como una restricción a los movimientos verticales de los animales. [6]
Si bien la estructura general de una picnoclina explicada anteriormente es válida, las picnoclinas pueden cambiar según la estación. En invierno, las temperaturas de la superficie del mar son más frías y las olas tienden a ser más grandes, lo que aumenta la profundidad de la capa mixta incluso hasta la termoclina/picnoclina principal en algunos casos. [7]
En verano, las temperaturas más cálidas, el derretimiento del hielo marino y terrestre y el aumento de la luz solar hacen que la capa superficial del océano aumente de temperatura. Esta capa se encuentra sobre la gran capa de mezcla invernal que se creó previamente y forma una picnoclina estacional por encima de la picnoclina principal, con la capa de mezcla invernal convirtiéndose en un gradiente de menor densidad llamado picnostad. A medida que las estaciones comienzan a cambiar de nuevo, una pérdida neta de calor de la capa superficial y la mezcla continua del viento desgastan la picnoclina estacional hasta el próximo verano. [7]
Si bien tanto la temperatura como la salinidad tienen un impacto en la densidad, una puede tener un efecto mayor que la otra dependiendo de la región latitudinal. En los trópicos y las latitudes medias , la densidad superficial de todos los océanos sigue la temperatura superficial en lugar de la salinidad superficial. En las latitudes más altas por encima de los 50°, la densidad superficial sigue a la salinidad más que a la temperatura para todos los océanos porque la temperatura se ubica constantemente cerca del punto de congelación. [7]
En latitudes bajas y medias, existe una picnoclina permanente a profundidades entre 200 y 1000 m. En algunas regiones subtropicales grandes pero geográficamente restringidas, como el mar de los Sargazos en el Atlántico , existen dos termoclinas permanentes con una capa de estratificación vertical inferior llamada termóstata que las separa. Este fenómeno se refleja en la densidad debido a la fuerte dependencia de la densidad con la temperatura del océano; dos picnoclinas permanentes están asociadas con las termoclinas permanentes, y la densidad equivalente a la termóstata se llama picnostad. [7]
En las regiones subpolares y polares , las aguas superficiales son mucho más frías durante todo el año debido a la latitud y mucho más frescas debido al derretimiento del hielo marino y terrestre, las altas precipitaciones y la escorrentía de agua dulce, mientras que las aguas más profundas son bastante constantes en todo el mundo. Debido a esto, no existe una termoclina permanente, pero pueden aparecer termoclinas estacionales. En estas áreas, existe una haloclina permanente, y esta haloclina es el factor principal para determinar la picnoclina permanente. [7]
La tasa de crecimiento del fitoplancton está controlada por la concentración de nutrientes, y la regeneración de nutrientes en el mar es una parte muy importante de la interacción entre los niveles tróficos superiores e inferiores . La separación debida a la formación de la picnoclina impide el suministro de nutrientes desde la capa inferior a la capa superior. Los flujos de nutrientes a través de la picnoclina son menores que en otras capas superficiales. [8]
El bucle microbiano es una vía trófica en la red alimentaria microbiana marina . El término "bucle microbiano" fue acuñado por Azam et al. (1983) para describir el papel que desempeñan los microbios en los ciclos de carbono y nutrientes del ecosistema marino , donde el carbono orgánico disuelto (COD) se devuelve a niveles tróficos superiores a través de la incorporación a la biomasa bacteriana, y también se acopla con la cadena alimentaria clásica formada por fitoplancton - zooplancton - necton .
Al final de la floración del fitoplancton, cuando las algas entran en una etapa senescente, se produce una acumulación de fitodetritos y una mayor liberación de metabolitos disueltos. Es particularmente en este momento que las bacterias pueden utilizar estas fuentes de energía para multiplicarse y producir un pulso agudo (o floración) que sigue a la floración del fitoplancton. La misma relación entre el fitoplancton y las bacterias influye en la distribución vertical del bacterioplancton. El número máximo de bacterias se produce generalmente en la picnoclina, donde los fitodetritos se acumulan al hundirse desde la zona eufótica suprayacente . Allí, la descomposición por parte de las bacterias contribuye a la formación de capas mínimas de oxígeno en aguas estables. [9]
Una de las características conductuales más características del plancton es una migración vertical que ocurre con una periodicidad de 24 horas. Esto a menudo se ha denominado migración vertical diurna o diaria . La distancia vertical recorrida durante 24 horas varía, siendo generalmente mayor entre las especies más grandes y mejores nadadores. Pero incluso los copépodos pequeños pueden migrar varios cientos de metros dos veces en un período de 24 horas, y los nadadores más fuertes como los eufáusidos y los camarones pelágicos pueden viajar 800 m o más. [10] El rango de profundidad de la migración puede verse inhibido por la presencia de una termoclina o picnoclina. Sin embargo, el fitoplancton y el zooplancton capaces de migrar verticalmente diariamente a menudo se concentran en la picnoclina. [11] Además, aquellos organismos marinos con habilidades para nadar a través de la termoclina o la picnoclina pueden experimentar fuertes gradientes de temperatura y densidad, así como cambios considerables de presión durante la migración.
Las picnoclinas se vuelven inestables cuando su número de Richardson cae por debajo de 0,25. El número de Richardson es un valor adimensional que expresa la relación entre la energía potencial y la cinética. Esta relación cae por debajo de 0,25 cuando la velocidad de corte excede la estratificación. Esto puede producir inestabilidad de Kelvin-Helmholtz , lo que da lugar a una turbulencia que conduce a la mezcla. [12]
Los cambios en la profundidad o las propiedades de la picnoclina se pueden simular a partir de modelos de programas informáticos. El enfoque sencillo para estos modelos es examinar el modelo de bombeo de Ekman basado en el modelo de circulación general oceánica (OCGM). [13]