Zona batipelágica
Zona de mar abierto
Capas acuáticas
   Pelágico
   Fótico
  Epipelágico
   Afótico
   Mesopelágico
  Batipelágico
   Abisopelágico
   Hadopelágico
   Demersal
   Bentónico
Estratificación
   Picnoclina
   Isopíndico
   Quimioclina
   Nutriclina
   Haloclina
   Termoclina
   Termohalino
Véase también
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 la mesopelágica superior y la abisopelágica inferior. La batipelágica también se conoce como la zona de medianoche debido a la falta de luz solar; esta característica no permite la producción primaria impulsada por la fotosíntesis , impidiendo el crecimiento del fitoplancton o las plantas acuáticas . Aunque es más grande en volumen que la zona fótica , el conocimiento humano de la zona batipelágica sigue siendo limitado por la capacidad de explorar el océano profundo. [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 solar no llega a esta profundidad del océano y la bioluminiscencia es limitada. [2] La presión hidrostática en esta zona varía de 100 a 400 atmósferas (atm) debido al aumento de 1 atm por cada 10 m de profundidad. [3] Se cree que estas condiciones se han mantenido constantes durante los últimos 8000 años. [2]

Esta profundidad oceánica 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 está en este rango de profundidad a lo largo de las partes más profundas de los márgenes continentales , así como los montes submarinos y las 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 de los montes submarinos, 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 juegan un papel importante en los procesos químicos oceánicos globales, sustentando así ecosistemas únicos que se han adaptado a 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 de aguas profundas . [10] [11] [12]

Biogeoquímica

Respiradero Champagne, un respiradero hidrotermal en el monte submarino Eifuku Noroeste.

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 se transporta dentro de masas de agua convectivas descendentes como la Circulación Termohalina . Los respiraderos hidrotermales también suministran calor y sustancias químicas como sulfuro y metano . [13] Estas sustancias químicas pueden ser utilizadas para sostener 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 la medición de 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 la comprensión de las tasas de remineralización de carbono en la región. Estudios previos han tenido dificultades para cuantificar las tasas a las que los procariotas de esta región remineralizan el carbono , ya que las técnicas desarrolladas anteriormente pueden no ser adecuadas para esta región e indican tasas de remineralización mucho más altas de lo esperado. Es necesario seguir investigando esta cuestión y es posible que sea necesario revisar 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

La materia orgánica de la producción primaria en la zona epipelágica y, en mucha menor medida, los aportes orgánicos de fuentes terrestres, constituyen la mayoría de la materia orgánica particulada (POM) en el océano. La POM se entrega a la zona batipelágica a través de los gránulos fecales de copépodos que se hunden y los 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 también es el mecanismo dominante de entrega de alimentos a los organismos en la zona batipelágica porque no hay luz solar para la fotosíntesis , y la quimioautotrofia juega un papel más menor hasta donde sabemos. [17] [18]

A medida que la materia orgánica se hunde en la columna de agua, es consumida por organismos que la agotan de nutrientes. El tamaño y la densidad de estas partículas afectan la probabilidad de que lleguen a los organismos de la zona batipelágica. Las partículas más pequeñas de materia orgánica suelen agruparse a medida que caen, lo que acelera su descenso e impide que otros organismos las consuman, aumentando así la probabilidad de que lleguen a profundidades inferiores. [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 carbonato de calcio, actúan como "lastre", lo que hace que el transporte a mayores profundidades sea más rápido. [21]

Carbón

La mayor parte del carbono orgánico se produce en la zona epipelágica , y una pequeña parte se transporta a zonas más profundas del océano. Este proceso, conocido como bomba biológica , desempeña un papel importante en el secuestro de carbono de la atmósfera hacia el océano. El carbono orgánico se exporta principalmente a la zona batipelágica en forma de carbono orgánico particulado (COP) y carbono orgánico disuelto (COD). [21] [22]

El POC es el componente más grande del carbono orgánico que llega a la zona batipelágica; principalmente toma la forma de heces fecales y organismos muertos que se hunden fuera de 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 surgencia ecuatorial y el mar Arábigo , tienen la mayor cantidad de POC que llega 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 renovación 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 calcita comienza a ocurrir rápidamente, conocida como lisoclina , se encuentra típicamente cerca de la zona batipelágica base a aproximadamente 3500 m de profundidad, pero varía entre cuencas oceánicas. [24] La lisoclina se encuentra por debajo de la profundidad de saturación (la transición a condiciones subsaturadas con respecto al carbonato de calcio ) y por encima de la profundidad de compensación de carbonato (por debajo de la cual no hay preservación de carbonato de calcio). En un entorno sobresaturado, las pruebas de los organismos formadores de calcita se preservan a medida que se hunden hacia el fondo marino, lo que da como resultado 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 da como resultado una mayor disolución y un menor 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 enterramiento. [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 a través de la autotrofia. Las redes tróficas en esta región dependen de la materia orgánica particulada (POM) que se hunde desde el agua epipelágica y mesopelágica , y de los 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

Crenarchaeaota , un tipo de arqueas , está vinculada a la fijación de carbono inorgánico disuelto .

No se ha logrado una comprensión integral de los factores que impulsan la ecología microbiana en la zona batipelágica debido a la limitación de los datos de observación, pero se ha mejorado con los avances en la tecnología de aguas profundas. La mayor parte de nuestro conocimiento de la actividad microbiana oceánica proviene de estudios de las regiones menos profundas del océano porque es más fácil acceder a ellas, y anteriormente se suponía que las aguas más profundas no tenían condiciones físicas adecuadas para comunidades microbianas diversas. La zona batipelágica recibe aportes de material orgánico y materia orgánica polimérica de la superficie del océano del orden de 1-3,6 Pg C/año. [27] [28] [29]

La biomasa procariota 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 esenciales de carbono orgánico 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 variar de 0,03 a 2,3 x 105 células ml −1 , y tienen tiempos de recambio poblacionalque pueden variar de 0,1 a 30 años. [18] [30] [31] Las arqueas constituyen una porción más grande de la abundancia total de células procariotas, y diferentes grupos tienen diferentes necesidades de crecimiento, y algunos grupos de arqueas, por ejemplo, utilizan grupos de aminoácidos con mayor facilidad que otros. [32] [33] Algunas arqueas como Crenarchaeota tienen abundancias de ARNr 16S de Crenarchaeota y del gen 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 de 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 heterotróficas y las entradas de carbono orgánico particulado (POC) a la zona batipelágica.

La investigación para cuantificar los herbívoros que consumen bacterias, como los eucariotas heterotróficos , se ha visto limitada por las 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 está trabajando para cuantificar la abundancia y biomasa celular, pero debido a la baja supervivencia, es difícil obtener recuentos precisos. En años más recientes ha habido un esfuerzo por categorizar la diversidad de los ensamblajes 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 los organismos que tienen ascendencia común. Algunos grupos importantes de herbívoros bacterianos incluyen Rhizaria , Alveolata , Fungi , Stramenopiles , Amoebozoa y Excavata (enumerados de más a menos abundantes), 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 zona mesopelágica , sin embargo, a menudo se encuentra una alta 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, esto indica que hay la misma cantidad o más virus que procariotas. [18]

Fauna

Ecología de los peces

A pesar de la falta de luz, la visión juega un papel en la vida dentro de la batipelágica con la bioluminiscencia como un rasgo tanto entre los organismos nectónicos como 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, incluyendo rape de aguas profundas , anguila gulper , anfípodos y pez dragón . Los peces se caracterizan por 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 de vivir ya que el alimento es escaso; lo que resulta en especies que desarrollan tasas metabólicas lentas para conservar energía. [48] Ocasionalmente, grandes fuentes de materia orgánica de organismos en descomposición, como las cataratas de ballenas , crean un breve estallido de actividad al atraer organismos de diferentes comunidades batipelágicas. [48]

Migración vertical diaria

Algunas especies batipelágicas experimentan una migración vertical , que difiere de la migración vertical diaria de las especies mesopelágicas en que no está 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 impulsar a especies batipelágicas individuales a migrar, como Sthenoteuthis sp. , una especie de calamar . [50]  En este ejemplo particular, Sthenoteuthis sp. parece migrar individualmente en el transcurso de ~4-5 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 resulten únicamente de las relaciones depredador-presa. En cambio, estas relaciones son comensales , y las especies que permanecen en el batipelágico se benefician de la mezcla de POM causada por el movimiento ascendente de otra especie. [51] Además, la sincronización batipelágica de las especies que migran verticalmente parece estar vinculada al ciclo lunar . Sin embargo, los indicadores exactos que causan esta sincronización aún se desconocen. [51]

Investigación y exploración

Imagen del ROV Jason en la cubierta de un barco.
Vehículo de exploración 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 de los respiraderos hidrotermales fue 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

  • Proyecto SERPENT [59]
  • Proyecto Zona Crepuscular del Océano (OTZ) [60]
  • Proyecto DEEP SEARCH [61]
  • Proyecto DEEPEND [62]
  • AUV Centinela [63]
  • Vehículo de rescate Jason [64]
  • ROV híbrido Nereus
  • Submarino autónomo de largo alcance [65]

Cambio climático

Los océanos actúan como un amortiguador del cambio climático antropogénico debido a su capacidad de absorber el CO2 atmosférico y el calor de la atmósfera. Sin embargo, la capacidad del océano para hacerlo se verá afectada negativamente a medida que las concentraciones atmosféricas de CO2 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 entregan carbono orgánico a las profundidades marinas. [66] [17]

Almacenamiento de carbono

La zona batipelágica actúa actualmente como un importante reservorio de carbono debido a su gran volumen y a las escalas temporales de siglos a milenios en que estas aguas están aisladas de la atmósfera, esta zona oceánica desempeña un papel importante en la moderación de los efectos del cambio climático antropogénico. [17] El enterramiento de carbono orgánico particulado (COP) en los sedimentos subyacentes a través de la bomba biológica de carbono y la bomba de solubilidad de carbono inorgánico disuelto (CID) 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 CO2 y las temperaturas globales continúan aumentando, la eficiencia con la que la zona batipelágica almacenará y enterrará el influjo de carbono probablemente disminuirá. Si bien algunas regiones pueden experimentar un aumento en la entrada de COC, como las regiones árticas donde el aumento de los períodos de cobertura mínima de hielo marino aumentará el flujo descendente de carbono desde los océanos superficiales, en general, es probable que haya menos carbono secuestrado en la región batipelágica. [66]

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  • Institución Oceanográfica Woods Hole - Zona de Medianoche
  • Acuario de la costa de Oregón OceanScape: zona de medianoche
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