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zona batipelágica

Capas de la zona pelágica.

La zona batipelágica o zona batial (del griego βαθύς (bathýs), profunda) es la parte del océano abierto que se extiende desde una profundidad de 1.000 a 4.000 m (3.300 a 13.000 pies) por debajo de la superficie del océano . Se encuentra entre el mesopelágico superior y el abisopelágico inferior. La zona batipelágica también se conoce como zona de medianoche debido a la falta de luz solar; esta característica no permite la producción primaria impulsada por la fotosíntesis , impidiendo el crecimiento de fitoplancton o plantas acuáticas . Aunque es mayor en volumen que la zona fótica , el conocimiento humano de la zona batipelágica sigue estando limitado por la capacidad de explorar las profundidades del océano. [1]

Características físicas

Características batimétricas de la cuenca oceánica.

La zona batipelágica se caracteriza por una temperatura casi constante de aproximadamente 4 °C (39 °F) y un rango de salinidad de 33-35 g/kg. Esta región tiene poca o ninguna luz porque la luz del sol no llega a estas profundidades del océano y la bioluminiscencia es limitada. [2] La presión hidrostática en esta zona oscila entre 100 y 400 atmósferas (atm) debido al aumento de 1 atm por cada 10 m de profundidad. [3] Se cree que estas condiciones han sido constantes durante los últimos 8000 años. [2]

Esta profundidad del océano se extiende desde el borde de la plataforma continental hasta la parte superior de la zona abisal y a lo largo de las profundidades del talud continental . [2] [4] La batimetría de la zona batipelágica consiste en áreas limitadas donde el fondo marino se encuentra en este rango de profundidad a lo largo de las partes más profundas de los márgenes continentales , así como montes submarinos y dorsales oceánicas . [5] Los taludes continentales están formados principalmente por sedimentos acumulados, mientras que los montes submarinos y las dorsales oceánicas contienen grandes áreas de sustrato duro que proporcionan hábitats para peces batipelágicos e invertebrados bentónicos. [5] Aunque las corrientes a estas profundidades son muy lentas, la topografía de los montes submarinos interrumpe las corrientes y crea remolinos que retienen el plancton en la región del monte submarino, aumentando así también la fauna cercana [4] [6]

Los respiraderos hidrotermales también son una característica común en algunas áreas de la zona batipelágica y se forman principalmente a partir de la expansión de las placas tectónicas de la Tierra en las dorsales oceánicas . [7] Como la región batipelágica carece de luz, estos respiraderos desempeñan un papel importante en los procesos químicos oceánicos globales, apoyando así ecosistemas únicos que se han adaptado para utilizar sustancias químicas como energía, a través de la quimioautotrofia , en lugar de la luz solar, para sustentarse. [8] [9] Además, los respiraderos hidrotermales facilitan la precipitación de minerales en el fondo marino, [8] [9] [10] convirtiéndolos en regiones de interés para la minería en aguas profundas . [10] [11] [12]

Biogeoquímica

Respiradero de champán, un respiradero hidrotermal en el monte submarino del noroeste de Eifuku.

Muchos de los procesos biogeoquímicos en la región batipelágica dependen del aporte de materia orgánica de las zonas epipelágicas y mesopelágicas suprayacentes . Este material orgánico, a veces llamado nieve marina , se hunde en la columna de agua o es transportado dentro de masas de agua convectivas descendentes como la Circulación Termohalina . Los respiraderos hidrotermales también liberan calor y productos químicos como sulfuro y metano . [13] Estos productos químicos pueden utilizarse para mantener el metabolismo de los organismos de la región. [14] Nuestra comprensión de estos procesos biogeoquímicos ha sido históricamente limitada debido a la dificultad y el costo de recolectar muestras de estas profundidades oceánicas. Otros desafíos tecnológicos, como medir la actividad microbiana en las condiciones de presión experimentadas en la zona batipelágica, también han restringido nuestro conocimiento de la región. Aunque los avances científicos han aumentado nuestra comprensión en las últimas décadas, muchos aspectos siguen siendo un misterio. [14] [15] [16] Una de las principales áreas de investigación actual se centra en comprender las tasas de remineralización de carbono en la región. Estudios anteriores han tenido dificultades para cuantificar las tasas a las que los procariotas en esta región remineralizan el carbono porque las técnicas desarrolladas previamente pueden no ser adecuadas para esta región e indican tasas de remineralización mucho más altas de lo esperado. Se necesita más trabajo para explorar esta cuestión y puede requerir revisiones de nuestra comprensión del ciclo global del carbono . [14]

Materia orgánica particulada ( nieve marina ) que viaja a través de la columna de agua.

Materia orgánica particulada

El material orgánico procedente de la producción primaria en la zona epipelágica y, en mucha menor medida, los aportes orgánicos de fuentes terrestres, constituyen la mayor parte de la materia orgánica particulada (POM) del océano. La POM se entrega a la zona batipelágica a través de gránulos fecales de copépodos que se hunden y organismos muertos; Estas parcelas de materia orgánica caen a través de la columna de agua y entregan carbono orgánico , nitrógeno y fósforo a los organismos que viven debajo de la zona fótica. Estas parcelas a veces se denominan nieve marina o caspa oceánica. Este es también el mecanismo dominante de suministro de alimentos a los organismos en la zona batipelágica porque no hay luz solar para la fotosíntesis , y la quimioautotrofia desempeña un papel menor, hasta donde sabemos. [17] [18]

A medida que la POM se hunde a través de la columna de agua, es consumida por organismos que agotan sus nutrientes. El tamaño y la densidad de estas partículas afectan su probabilidad de llegar a los organismos de la zona batipelágica. Las parcelas más pequeñas de POM a menudo se agregan a medida que caen, lo que acelera su descenso y prohíbe su consumo por parte de otros organismos, aumentando su probabilidad de alcanzar profundidades más bajas. [19] [20] La densidad de estas partículas puede aumentar en algunas regiones donde los minerales asociados con algunas formas de fitoplancton, como la sílice biogénica y el "lastre" de carbonato de calcio , resultan en un transporte más rápido a profundidades más profundas. [21]

Carbón

La mayor parte del carbono orgánico se produce en la zona epipelágica , y una pequeña porción se transporta a mayor profundidad en el interior del océano. Este proceso, conocido como bomba biológica , desempeña un papel importante en el secuestro de carbono de la atmósfera al océano. El carbono orgánico se exporta principalmente a la zona batipelágica en forma de carbono orgánico particulado (POC) y carbono orgánico disuelto (DOC). [21] [22]

El POC es el mayor componente del carbono orgánico entregado a la zona batipelágica; principalmente toma la forma de bolitas fecales y organismos muertos que se hunden en las aguas superficiales y caen hacia el fondo del océano. Las regiones con mayor productividad primaria donde las partículas pueden hundirse rápidamente, como las zonas de surgencias ecuatoriales y el Mar Arábigo , tienen la mayor cantidad de entrega de POC a la zona batipelágica. [21] [23]

La mezcla vertical de aguas superficiales ricas en DOC también es un proceso que entrega carbono a la zona batipelágica; sin embargo, constituye una porción sustancialmente menor del transporte total que la entrega de POC. [15] [20] El transporte de DOC ocurre más fácilmente en regiones con altas tasas de ventilación o rotación oceánica, como el interior de giros o sitios de formación de aguas profundas a lo largo de la circulación termohalina . [22]

Disolución de carbonato de calcio.

La región de la columna de agua en la que la disolución de la calcita comienza a ocurrir rápidamente, conocida como lisoclina , generalmente se encuentra cerca de la zona batipelágica base a aproximadamente 3500 m de profundidad, pero varía entre las cuencas oceánicas. [24] La lisoclina se encuentra por debajo de la profundidad de saturación (la transición a condiciones de subsaturación con respecto al carbonato de calcio ) y por encima de la profundidad de compensación de carbonato (por debajo de la cual no hay conservación de carbonato de calcio). En un ambiente sobresaturado, las pruebas de los organismos formadores de calcita se conservan a medida que se hunden hacia el fondo del mar, lo que resulta en sedimentos con cantidades relativamente altas de CaCO 3 . Sin embargo, a medida que la profundidad y la presión aumentan y la temperatura disminuye, la solubilidad del carbonato de calcio también aumenta, lo que resulta en una mayor disolución y menos transporte neto al fondo marino subyacente más profundo. Como resultado de este rápido cambio en las tasas de disolución, los sedimentos en la región batipelágica varían ampliamente en contenido de CaCO 3 y entierro. [25]

Ecología

La ecología del ecosistema batipelágico está limitada por su falta de luz solar y de productores primarios , con una producción limitada de biomasa microbiana mediante autotrofia. Las redes tróficas en esta región dependen de la materia orgánica particulada (POM) que se hunde en el agua epipelágica y mesopelágica , y en aportes de oxígeno de la circulación termohalina . [26] A pesar de estas limitaciones, este ecosistema de océano abierto es el hogar de organismos microbianos , peces y necton .

Ecología microbiana

Un tipo de arquea , Crenarchaeaota, está vinculada a la fijación de carbono inorgánico disuelto .

Falta una comprensión integral de los factores que impulsan la ecología microbiana en la zona batipelágica debido a los datos de observación limitados, pero ha ido mejorando con los avances en la tecnología de las profundidades marinas. La mayor parte de nuestro conocimiento sobre la actividad microbiana del océano proviene de estudios de las regiones menos profundas del océano porque son de más fácil acceso y anteriormente se suponía que las aguas más profundas no tenían condiciones físicas adecuadas para diversas comunidades microbianas. La zona batipelágica recibe aportes de material orgánico y POM de la superficie del océano del orden de 1 a 3,6 Pg C/año. [27] [28] [29]

La biomasa de procariotas en el batipelágico depende y, por lo tanto, está correlacionada con la cantidad de POM que se hunde y la disponibilidad de carbono orgánico . Estos aportes de carbono orgánico esenciales para los microbios generalmente disminuyen con la profundidad a medida que se utilizan mientras se hunden en el batipelágico. [30] [31] [14] La producción microbiana varía en seis órdenes de magnitud según la disponibilidad de recursos en un área determinada. [18] La abundancia de procariotas puede oscilar entre 0,03 y 2,3 x 105 células ml −1 y tener tiempos de recambio poblacional que pueden oscilar entre 0,1 y 30 años. [18] [30] [31] Las arqueas constituyen una porción mayor de la abundancia total de células procariotas, y diferentes grupos tienen diferentes necesidades de crecimiento; algunos grupos de arqueas, por ejemplo, utilizan grupos de aminoácidos más fácilmente que otros. [32] [33] Algunas arqueas como Crenarchaeota tienen ARNr 16S de Crenarchaeota y abundancias de genes amoA de arqueas correlacionadas con la fijación de carbono inorgánico disuelto (DIC) . [34] [35] [36] Se cree que la utilización de DIC está impulsada por la oxidación del amonio [37] [38] [39] y es una forma de quimioautotrofia. Basado en la variación regional y las diferencias en la abundancia de procariotas, la producción de procariotas heterótrofos y los aportes de partículas de carbono orgánico (POC) a la zona batipelágica.

La investigación para cuantificar los herbívoros que consumen bacterias, como los eucariotas heterótrofos , se ha visto limitada por dificultades en el muestreo. A menudo, los organismos no sobreviven al ser llevados a la superficie debido a que experimentan cambios drásticos de presión en un corto período de tiempo. [40]  Se están realizando trabajos para cuantificar la abundancia y la biomasa celular, pero debido a la escasa supervivencia, es difícil obtener recuentos precisos. En años más recientes ha habido un esfuerzo por categorizar la diversidad de los conjuntos eucariotas en la zona batipelágica utilizando métodos para evaluar las composiciones genéticas de las comunidades microbianas basadas en supergrupos, que es una forma de clasificar organismos que tienen una ascendencia común. Algunos grupos importantes de herbívoros bacterianos incluyen Rhizaria , Alveolata , Fungi , Stramenopiles , Amoebozoa y Excavata (enumerados de mayor a menor abundancia), y la composición restante se clasifica como incierta u otra. [41]

Los virus influyen en el ciclo biogeoquímico a través del papel que desempeñan en las redes alimentarias marinas . [42] [43] [44] Su abundancia general puede ser hasta dos órdenes de magnitud menor que la de la zona mesopelágica ; sin embargo, a menudo se encuentra una gran abundancia viral alrededor de los respiraderos hidrotermales de aguas profundas . [45] La magnitud de sus impactos en los sistemas biológicos se demuestra por el rango variable de proporciones de abundancia de virus a procariotas que van desde 1 a 223, lo que indica que hay la misma cantidad o más de virus que de procariotas. [18]

Fauna

Ecología de peces

A pesar de la falta de luz, la visión juega un papel en la vida dentro del batipelágico y la bioluminiscencia es un rasgo entre los organismos nectónicos y planctónicos . [46] A diferencia de los organismos en la columna de agua, los organismos bentónicos en esta región tienden a tener una bioluminiscencia limitada o nula . [47] La ​​zona batipelágica contiene tiburones , calamares , pulpos y muchas especies de peces, incluidos el rape de aguas profundas , la anguila devoradora , los anfípodos y el pez dragón . Los peces se caracterizan por tener músculos débiles, piel suave y cuerpos viscosos. Las adaptaciones de algunos de los peces que viven allí incluyen ojos pequeños y piel transparente. Sin embargo, esta zona es difícil para los peces ya que la comida es escasa; lo que da como resultado que las especies desarrollen tasas metabólicas lentas para conservar energía. [48] ​​Ocasionalmente, grandes fuentes de materia orgánica provenientes de organismos en descomposición, como las caídas de ballenas , crean una breve explosión de actividad al atraer organismos de diferentes comunidades batipelágicas. [48]

Migración vertical diaria

Algunas especies batipelágicas experimentan una migración vertical , que se diferencia de la migración vertical diaria de las especies mesopelágicas en que no es impulsada por la luz solar. [49]  En cambio, la migración de organismos batipelágicos está impulsada por otros factores, la mayoría de los cuales siguen siendo desconocidos. Algunas investigaciones sugieren que el movimiento de especies dentro de la región pelágica suprayacente podría provocar la migración de especies batipelágicas individuales, como Sthenoteuthis sp. , una especie de calamar . [50]  En este ejemplo particular, Sthenoteuthis sp. parece migrar individualmente en el transcurso de aproximadamente 4 a 5 horas hacia la superficie y luego formar grupos. [50]  Si bien en la mayoría de las regiones los patrones de migración pueden ser impulsados ​​por la depredación , en esta región en particular, no se cree que los patrones de migración sean el resultado únicamente de las relaciones depredador-presa. En cambio, estas relaciones son comensalistas , y las especies que permanecen en el batipelágico se benefician de la mezcla de POM provocada por el movimiento ascendente de otra especie. [51] Además, el momento batipelágico de las especies que migran verticalmente parece estar vinculado al ciclo lunar . Sin embargo, aún se desconocen los indicadores exactos que causan este momento. [51]

Investigación y exploración

Imagen del ROV Jason en la cubierta de un barco.
ROV Jason

Esta región está poco estudiada debido a la falta de datos/observaciones y la dificultad de acceso (es decir, costo, ubicaciones remotas, presión extrema). [15] [52] Históricamente en oceanografía, los márgenes continentales fueron los más muestreados e investigados debido a su acceso relativamente fácil. [5] Sin embargo, más recientemente, las ubicaciones más alejadas de la costa y a mayores profundidades, como las dorsales oceánicas y los montes submarinos , se están estudiando cada vez más debido a los avances en la tecnología y los métodos de laboratorio, así como a la colaboración con la industria. [53] [54] [55] [52] El primer descubrimiento de comunidades que subsisten gracias a la energía química en los respiraderos hidrotermales se produjo a bordo de una expedición en 1977 dirigida por Jack Corliss , un oceanógrafo de la Universidad Estatal de Oregón . Los avances más recientes incluyen vehículos operados a distancia (ROV), vehículos submarinos autónomos (AUV) y planeadores y flotadores independientes. [56] [57] [58]

Tecnologías específicas y proyectos de investigación.

Cambio climático

Los océanos actúan como amortiguador del cambio climático antropogénico debido a su capacidad para absorber CO 2 atmosférico y calor de la atmósfera. Sin embargo, la capacidad del océano para hacerlo se verá afectada negativamente a medida que las concentraciones de CO 2 atmosférico sigan aumentando y las temperaturas globales sigan calentándose. Esto conducirá a cambios como la desoxigenación , la acidificación de los océanos , el aumento de la temperatura y la disminución del secuestro de carbono , entre otras alteraciones físicas y químicas. Estas perturbaciones pueden tener impactos significativos en los organismos que habitan en la región batipelágica y las propiedades que transportan carbono orgánico a las profundidades del mar. [66] [17]

Almacenamiento de carbono

La zona batipelágica actúa actualmente como un importante reservorio de carbono debido a su gran volumen y a escalas de tiempo de siglos a milenios en las que estas aguas están aisladas de la atmósfera, esta zona oceánica juega un papel importante en la moderación de los efectos del cambio climático antropogénico. [17] El entierro de partículas de carbono orgánico (POC) en los sedimentos subyacentes a través de la bomba de carbono biológico y la bomba de solubilidad de carbono inorgánico disuelto (DIC) en el interior del océano a través del transportador termohalino son procesos clave para eliminar el exceso de carbono atmosférico. Sin embargo, a medida que las concentraciones atmosféricas de CO 2 y las temperaturas globales sigan aumentando, lo más probable es que disminuya la eficiencia con la que el batipelágico almacenará y enterrará el influjo de carbono. Si bien algunas regiones pueden experimentar un aumento en el aporte de POC, como las regiones árticas donde los mayores períodos de cobertura mínima de hielo marino aumentarán el flujo descendente de carbono desde la superficie de los océanos, en general, es probable que se secuestre menos carbono en la región batipelágica. [66]

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