Una quimioclina es un tipo de clina , una capa de fluido con diferentes propiedades, caracterizada por un fuerte gradiente químico vertical dentro de una masa de agua . En cuerpos de agua donde ocurren quimioclinas, la clina separa las capas superior e inferior, lo que da como resultado propiedades diferentes para esas capas. [1] La capa inferior muestra un cambio en la concentración de gases y sólidos disueltos en comparación con la capa superior. [2]
Las quimioclinas ocurren con mayor frecuencia donde las condiciones locales favorecen la formación de aguas de fondo anóxicas: aguas profundas deficientes en oxígeno , donde sólo pueden existir formas de vida anaeróbicas . Los organismos anaeróbicos comunes que viven en estas condiciones incluyen las bacterias fotótrofas del azufre púrpura y las bacterias del azufre verdes . [3] El Mar Negro es un ejemplo de cuerpo de agua con una quimioclina prominente, aunque existen cuerpos similares (clasificados como lagos meromícticos ) en todo el mundo. [4] [5] Los lagos meromícticos son el resultado de la meromixis, que es una circunstancia en la que un cuerpo de agua no se mezcla ni circula completamente, provocando estratificación . [ dieciséis]
En cualquier masa de agua en la que las aguas superficiales ricas en oxígeno estén bien mezcladas ( holómícticas ), no existirá quimioclina, ya que no hay estratificación de capas. [7] Las quimioclinas pueden volverse inestables cuando los gases disueltos se sobresaturan, como el H 2 S, debido a la mezcla asociada con el burbujeo o la ebullición ( ebullición ). [8]
La quimioclina, que contiene el gradiente químico más grande, es una delgada capa límite que separa un lago meromíctico en dos partes: el mixolimnio superior y el monolimnio inferior. [7] El mixolimnio es una región a la que accede el viento donde el agua puede mezclarse y circular completamente. Sin embargo, el monimolimnion es denso y no puede interactuar con el viento de la misma manera, lo que impide que se mezcle. Además, la variabilidad de la densidad de la quimioclina determina el grado en que la masa de agua experimentará mezcla y circulación. Dado que la quimioclina actúa como una barrera entre las capas mixtas y no mezcladas, la capa de monimolimnion más profunda suele ser anóxica. [1] La falta de intercambio de gases entre la capa de monimolimnio y la atmósfera provoca un aumento en el consumo de oxígeno sobre la producción de oxígeno. Esto crea un potencial redox negativo junto con condiciones anóxicas y euxinias . [7]
La inestabilidad de la quimioclina se caracteriza por eventos de mezcla vertical. Estos pueden ser desencadenados por un aumento en las concentraciones de H 2 S superiores a 1 mmol/kg en la capa profunda de monolimnio rica en sulfuro. El agua euxínica profunda luego fluiría hacia el mixolimnio cerca de la superficie y el sulfuro de hidrógeno sería expulsado a la atmósfera. [8] Esto también puede ser provocado por otros gases como el dióxido de carbono.
En muchos lagos, la inestabilidad por quimioclina es típica. La estratificación del lago puede alterarse debido a eventos de mezcla que ocurren 1, 2 o más veces al año. Estos eventos de mezcla ocurren en lagos monomícticos , dimícticos o polimícticos . Sin embargo, en los lagos meromícticos la estratificación es permanente. Estos lagos, con una quimioclina estable, suelen ser estrechos y profundos con una baja relación superficie-volumen, poca perturbación del viento y eutrofización continua . [6]
Como resultado de las diferencias entre las capas superior e inferior, la vida aeróbica está restringida a la región por encima de la quimioclina, mientras que las especies anaeróbicas capaces de vivir en condiciones anóxicas residen por debajo de la clina. Además, por encima de la quimioclina, pueden ocurrir procesos fotosintéticos debido a la presencia de luz, pero por debajo, no hay suficiente luz para que las bacterias fotosintéticas prosperen. [9] En el mixolimnio, por encima de la quimioclina, ejemplos de especies fototróficas incluyen cianobacterias , mientras que el monolimnio contiene reductores de sulfato y oxidantes de sulfuro. [7] En la propia quimioclina, las formas fotosintéticas de bacterias anaeróbicas , como las bacterias fototróficas verdes y las bacterias de azufre púrpura , se agrupan y aprovechan tanto la luz solar de arriba como el sulfuro de hidrógeno (H 2 S) producido por las bacterias anaeróbicas de abajo. [7] [9] Debido al gradiente de condiciones, la capa de quimioclina puede contener una gran cantidad de bacterias fototróficas y altas concentraciones de tiosulfato y azufre elemental. [7] También se han encontrado bacterias metanotróficas en el gradiente anóxico de algunas quimioclinas. [10] Un estudio realizado en Ace Lake, ubicado en la Antártida, investigó el proceso de fotosíntesis anoxigénica realizado por bacterias verdes de azufre en el lago y encontró que estaban ubicadas exclusivamente en la quimioclina del lago debido a la presencia de luz y sulfuro. [9]
Además, los procesos microbianos pueden ser responsables de la presencia de diferencias químicas en una quimioclina. Procesos como la fijación de dióxido de carbono, el ciclo del azufre y las actividades de exoenzimas ocurren a un ritmo mayor en la clina en comparación con el cuerpo de agua circundante. Debido a las diversas propiedades químicas de una quimioclina, a menudo puede albergar una amplia gama de formas de vida en una pequeña capa. [11]
Sin embargo, la inestabilidad de la quimioclina puede alterar el equilibrio de las especies bacterianas que se encuentran en cada capa. El agua profunda euxínica que sube hacia la zona fótica puede introducir sulfuros y provocar una proliferación de bacterias oxidantes de azufre en el mixolimnio superior. [8]