Surgencia

El afloramiento es un fenómeno oceanográfico que implica el movimiento impulsado por el viento de agua densa, más fría y generalmente rica en nutrientes desde aguas profundas hacia la superficie del océano . Reemplaza el agua superficial más cálida y generalmente pobre en nutrientes. El agua aflorante rica en nutrientes estimula el crecimiento y la reproducción de productores primarios como el fitoplancton . La biomasa del fitoplancton y la presencia de agua fría en esas regiones permiten que las zonas de afloramiento se identifiquen por temperaturas superficiales del mar (TSM) frías y altas concentraciones de clorofila a . ^{[2] [3]}

La mayor disponibilidad de nutrientes en las regiones de afloramiento da lugar a altos niveles de producción primaria y, por lo tanto, de producción pesquera . Aproximadamente el 25% de las capturas totales de peces marinos mundiales provienen de cinco afloramientos, que ocupan solo el 5% de la superficie total del océano. ^[4] Los afloramientos impulsados ​​por corrientes costeras o por la divergencia del océano abierto tienen el mayor impacto en las aguas enriquecidas con nutrientes y en el rendimiento pesquero mundial. ^{[4] [5]}

Los tres impulsores principales que trabajan juntos para causar afloramiento son el viento , el efecto Coriolis y el transporte de Ekman . Funcionan de manera diferente para diferentes tipos de afloramiento, pero los efectos generales son los mismos. ^[6] En el proceso general de afloramiento, los vientos soplan a través de la superficie del mar en una dirección particular, lo que causa una interacción viento-agua. Como resultado del viento, el agua ha transportado una red de 90 grados desde la dirección del viento debido a las fuerzas de Coriolis y al transporte de Ekman. El transporte de Ekman hace que la capa superficial del agua se mueva en un ángulo de aproximadamente 45 grados desde la dirección del viento, y la fricción entre esa capa y la capa debajo de ella hace que las capas sucesivas se muevan en la misma dirección. Esto da como resultado una espiral de agua que se mueve hacia abajo en la columna de agua. Luego, son las fuerzas de Coriolis las que dictan en qué dirección se moverá el agua; en el hemisferio norte, el agua es transportada a la derecha de la dirección del viento. En el hemisferio sur, el agua es transportada a la izquierda del viento. ^[7] Si este movimiento neto de agua es divergente, entonces se produce un afloramiento de agua profunda para reemplazar el agua que se perdió. ^{[2] [6]}

Los principales afloramientos en el océano están asociados con la divergencia de corrientes que llevan aguas más profundas, más frías y ricas en nutrientes a la superficie. Existen al menos cinco tipos de afloramientos: afloramientos costeros, afloramientos a gran escala impulsados ​​por el viento en el interior del océano, afloramientos asociados con remolinos, afloramientos asociados con la topografía y afloramientos difusos de amplio alcance en el interior del océano.

El afloramiento costero es el tipo de afloramiento más conocido y el más relacionado con las actividades humanas, ya que sustenta algunas de las pesquerías más productivas del mundo. El afloramiento costero se producirá si la dirección del viento es paralela a la costa y genera corrientes impulsadas por el viento. Las corrientes impulsadas por el viento se desvían hacia la derecha de los vientos en el hemisferio norte y hacia la izquierda en el hemisferio sur debido al efecto Coriolis . El resultado es un movimiento neto de agua superficial en ángulo recto con la dirección del viento, conocido como transporte de Ekman (véase también espiral de Ekman ). Cuando el transporte de Ekman se produce alejándose de la costa, las aguas superficiales que se alejan son reemplazadas por agua más profunda, más fría y más densa. ^[5] Normalmente, este proceso de afloramiento se produce a una velocidad de unos 5 a 10 metros por día, pero la velocidad y la proximidad del afloramiento a la costa pueden cambiar debido a la fuerza y ​​la distancia del viento. ^{[2] [8]}

Las aguas profundas son ricas en nutrientes, incluidos nitratos , fosfatos y ácido silícico , que son el resultado de la descomposición de la materia orgánica que se hunde (plancton muerto/detrítico) de las aguas superficiales. Cuando llegan a la superficie, estos nutrientes son utilizados por el fitoplancton , junto con el CO2 disuelto ₍ dióxido de carbono ) y la energía luminosa del sol , para producir compuestos orgánicos , a través del proceso de fotosíntesis . Por lo tanto, las regiones de surgencia dan lugar a niveles muy altos de producción primaria (la cantidad de carbono fijado por el fitoplancton ) en comparación con otras áreas del océano. Representan aproximadamente el 50% de la productividad marina global. ^[9] La alta producción primaria se propaga a lo largo de la cadena alimentaria porque el fitoplancton se encuentra en la base de la cadena alimentaria oceánica. ^[10]

La cadena alimentaria sigue el curso de:

• Fitoplancton → Zooplancton → Zooplancton depredador → Filtradores → Peces depredadores ^[5] → Aves marinas, mamíferos marinos ^[11]

En algunas regiones, los afloramientos costeros se dan durante todo el año (conocidos como grandes sistemas de afloramiento costero ) y, en otras, solo en ciertos meses del año (conocidos como sistemas de afloramiento costero estacional ). Muchos de estos sistemas de afloramiento están asociados con una productividad de carbono relativamente alta y, por lo tanto, se clasifican como grandes ecosistemas marinos . ^[12]

En todo el mundo, hay cinco corrientes costeras principales asociadas con áreas de surgencia: la Corriente de Canarias (frente al noroeste de África ), la Corriente de Benguela (frente a África meridional ), la Corriente de California (frente a California y Oregón ), la Corriente de Humboldt (frente a Perú y Chile ) y la Corriente Somalí (frente a Somalia y Omán ). Todas estas corrientes sustentan importantes pesquerías. Las cuatro principales corrientes limítrofes orientales en las que se produce principalmente afloramiento costero son la Corriente de Canarias, la Corriente de Benguela, la Corriente de California y la Corriente de Humboldt. ^[13] La Corriente de Benguela es el límite oriental del giro subtropical del Atlántico Sur y se puede dividir en un subsistema norte y sur con afloramientos que ocurren en ambas áreas. Los subsistemas están divididos por un área de afloramiento permanente frente a Luderitz , que es la zona de afloramiento más fuerte del mundo. El Sistema de la Corriente de California (CCS) es una corriente limítrofe oriental del Pacífico Norte que también se caracteriza por una división norte y sur. La división de este sistema se produce en Point Conception , California, debido a un afloramiento débil en el sur y un afloramiento fuerte en el norte. La corriente de Canarias es una corriente limítrofe oriental del giro del Atlántico Norte y también está separada debido a la presencia de las Islas Canarias . Finalmente, la corriente de Humboldt o corriente de Perú fluye hacia el oeste a lo largo de la costa de América del Sur desde Perú hasta Chile y se extiende hasta 1.000 kilómetros de la costa. ^[9] Estas cuatro corrientes limítrofes orientales comprenden la mayoría de las zonas de afloramiento costero en los océanos.

El afloramiento en el ecuador está asociado con la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT), que en realidad se mueve y, en consecuencia, a menudo se ubica justo al norte o al sur del ecuador. Los vientos alisios del este (hacia el oeste) soplan desde el noreste y el sudeste y convergen a lo largo del ecuador soplando hacia el oeste para formar la ZCIT. Aunque no hay fuerzas de Coriolis presentes a lo largo del ecuador, el afloramiento aún ocurre justo al norte y al sur del ecuador. Esto da como resultado una divergencia, con agua más densa y rica en nutrientes que asciende desde abajo, y da como resultado el hecho notable de que la región ecuatorial en el Pacífico puede detectarse desde el espacio como una amplia línea de alta concentración de fitoplancton . ^[4]

También se encuentran surgencias a gran escala en el Océano Austral . Aquí, fuertes vientos del oeste (hacia el este) soplan alrededor de la Antártida , impulsando un flujo significativo de agua hacia el norte. En realidad, se trata de un tipo de afloramiento costero. Dado que no hay continentes en una franja de latitudes abiertas entre Sudamérica y la punta de la Península Antártica, parte de esta agua se extrae de grandes profundidades. En muchos modelos numéricos y síntesis observacionales, el afloramiento del Océano Austral representa el medio principal por el cual el agua densa y profunda llega a la superficie. En algunas regiones de la Antártida, el afloramiento impulsado por el viento cerca de la costa arrastra agua profunda circumpolar relativamente cálida hacia la plataforma continental, donde puede mejorar el derretimiento de la plataforma de hielo e influir en la estabilidad de la capa de hielo. ^[14] También se encuentran surgencias menos profundas impulsadas por el viento en las costas occidentales de América del Norte y del Sur, el noroeste y suroeste de África y el suroeste y sur de Australia , todas asociadas con circulaciones oceánicas subtropicales de alta presión (véase el afloramiento costero más arriba).

Algunos modelos de circulación oceánica sugieren que en los trópicos se produce un afloramiento a gran escala, a medida que los flujos impulsados ​​por la presión hacen converger el agua hacia las latitudes bajas, donde se calienta por difusión desde arriba. Sin embargo, los coeficientes de difusión requeridos parecen ser mayores que los observados en el océano real. No obstante, es probable que se produzca algún afloramiento por difusión.

• Pueden producirse afloramientos locales e intermitentes cuando las islas, cordilleras o montes submarinos de la costa provocan una desviación de las corrientes profundas, lo que genera una zona rica en nutrientes en zonas oceánicas que de otro modo serían de baja productividad. Algunos ejemplos son los afloramientos alrededor de las Islas Galápagos y las Islas Seychelles , que tienen importantes pesquerías pelágicas . ^[4]
• El afloramiento puede ocurrir en cualquier lugar siempre que haya una cizalladura adecuada en el campo de viento horizontal. Por ejemplo, cuando un ciclón tropical transita por una zona, generalmente cuando se mueve a velocidades inferiores a 5 mph (8 km/h). Los vientos ciclónicos provocan una divergencia en el agua superficial en la capa de Ekman; ese giro requiere el afloramiento de agua más profunda para mantener la continuidad. ^[15]
• Los afloramientos artificiales se producen mediante dispositivos que utilizan la energía de las olas oceánicas o la conversión de la energía térmica oceánica para bombear agua a la superficie. También se sabe que las turbinas eólicas oceánicas producen afloramientos. ^[16] Se ha demostrado que los dispositivos de olas oceánicas producen floraciones de plancton. ^[17]

La intensidad de las surgencias depende de la fuerza del viento y de la variabilidad estacional, así como de la estructura vertical del agua , de las variaciones en la batimetría del fondo y de las inestabilidades de las corrientes .

En algunas áreas, el afloramiento es un evento estacional que conduce a explosiones periódicas de productividad similares a las floraciones primaverales en las aguas costeras. El afloramiento inducido por el viento se genera por diferencias de temperatura entre el aire cálido y ligero sobre la tierra y el aire más frío y denso sobre el mar. En latitudes templadas , el contraste de temperatura es muy variable estacionalmente, creando períodos de fuerte afloramiento en la primavera y el verano, a afloramiento débil o nulo en el invierno. Por ejemplo, frente a la costa de Oregón, hay cuatro o cinco eventos de afloramiento fuerte separados por períodos de poco o ningún afloramiento durante la temporada de afloramiento de seis meses. En contraste, las latitudes tropicales tienen un contraste de temperatura más constante, creando afloramiento constante durante todo el año. El afloramiento peruano, por ejemplo, ocurre durante la mayor parte del año, lo que resulta en una de las pesquerías marinas más grandes del mundo para sardinas y anchoas . ^[5]

En años anómalos, cuando los vientos alisios se debilitan o se invierten, el agua que se eleva es mucho más cálida y pobre en nutrientes, lo que resulta en una reducción marcada en la biomasa y la productividad del fitoplancton . Este evento se conoce como el fenómeno El Niño-Oscilación del Sur (ENSO). El sistema de surgencias peruano es particularmente vulnerable a los eventos ENSO y puede causar una variabilidad interanual extrema en la productividad. ^[5]

Los cambios en la batimetría pueden afectar la fuerza de un afloramiento. Por ejemplo, una dorsal submarina que se extiende desde la costa producirá condiciones de afloramiento más favorables que las regiones vecinas. El afloramiento normalmente comienza en dichas dorsales y sigue siendo más fuerte en la dorsal incluso después de desarrollarse en otros lugares. ^[5]

Las áreas oceánicas más productivas y fértiles, las regiones de surgencia, son fuentes importantes de productividad marina. Atraen a cientos de especies en todos los niveles tróficos; la diversidad de estos sistemas ha sido un punto focal para la investigación marina . Al estudiar los niveles tróficos y los patrones típicos de las regiones de surgencia, los investigadores han descubierto que los sistemas de surgencia exhiben un patrón de riqueza de cintura de avispa. En este tipo de patrón, los niveles tróficos altos y bajos están bien representados por una alta diversidad de especies. Sin embargo, el nivel trófico intermedio solo está representado por una o dos especies. Esta capa trófica, que consiste en peces pelágicos pequeños, generalmente representa solo entre el tres y el cuatro por ciento de la diversidad de especies de todas las especies de peces presentes. Las capas tróficas inferiores están muy bien representadas con alrededor de 500 especies de copépodos , 2500 especies de gasterópodos y 2500 especies de crustáceos en promedio. En los niveles tróficos del ápice y cerca del ápice, generalmente hay alrededor de 100 especies de mamíferos marinos y alrededor de 50 especies de aves marinas. Sin embargo, las especies tróficas intermedias vitales son los peces pelágicos pequeños que generalmente se alimentan de fitoplancton . En la mayoría de los sistemas de surgencia, estas especies son anchoas o sardinas, y generalmente solo está presente una, aunque ocasionalmente pueden estar presentes dos o tres especies. Estos peces son una fuente importante de alimento para los depredadores, como los peces pelágicos grandes, los mamíferos marinos y las aves marinas. Aunque no están en la base de la pirámide trófica, son las especies vitales que conectan todo el ecosistema marino y mantienen tan alta la productividad de las zonas de surgencia ^[13].

Una amenaza importante tanto para este crucial nivel trófico intermedio como para todo el ecosistema trófico de surgencia es el problema de la pesca comercial . Dado que las regiones de surgencia son las áreas más productivas y ricas en especies del mundo, atraen a un gran número de pescadores comerciales y pesquerías. Por un lado, este es otro beneficio del proceso de surgencia, ya que sirve como una fuente viable de alimentos e ingresos para muchas personas y naciones, además de los animales marinos. Sin embargo, al igual que en cualquier ecosistema, las consecuencias de la sobrepesca de una población podrían ser perjudiciales para esa población y el ecosistema en su conjunto. En los ecosistemas de surgencia, cada especie presente desempeña un papel vital en el funcionamiento de ese ecosistema. Si una especie se agota significativamente, eso tendrá un efecto en el resto de los niveles tróficos. Por ejemplo, si una especie de presa popular es el objetivo de la pesca, los pescadores pueden capturar cientos de miles de individuos de esta especie simplemente arrojando sus redes a las aguas de surgencia. A medida que estos peces se agotan, se agota la fuente de alimento para quienes se alimentan de ellos. Por lo tanto, los depredadores de los peces objetivo comenzarán a morir y no habrá tantos de ellos para alimentar a los depredadores que están por encima de ellos. Este sistema continúa a lo largo de toda la cadena alimentaria , lo que resulta en un posible colapso del ecosistema. Es posible que el ecosistema pueda restaurarse con el tiempo, pero no todas las especies pueden recuperarse de eventos como estos. Incluso si las especies pueden adaptarse, puede haber un retraso en la reconstrucción de esta comunidad ascendente. ^[13]

La posibilidad de un colapso de este tipo del ecosistema es el verdadero peligro de la pesca en las regiones de afloramiento. Las pesquerías pueden tener como objetivo una variedad de especies diferentes y, por lo tanto, son una amenaza directa para muchas especies del ecosistema; sin embargo, plantean la mayor amenaza para los peces pelágicos intermedios . Dado que estos peces forman el núcleo de todo el proceso trófico de los ecosistemas de afloramiento, están altamente representados en todo el ecosistema (incluso si solo hay una especie presente). Desafortunadamente, estos peces tienden a ser los objetivos más populares de las pesquerías, ya que aproximadamente el 64 por ciento de toda su captura consiste en peces pelágicos. Entre ellos, las seis especies principales que generalmente forman la capa trófica intermedia representan más de la mitad de la captura. ^[13]

Además de causar directamente el colapso del ecosistema debido a su ausencia, esto puede crear problemas en el ecosistema a través de una variedad de otros métodos también. Los animales más altos en los niveles tróficos pueden no morir de hambre y morir, pero la disminución del suministro de alimentos aún podría dañar a las poblaciones. Si los animales no obtienen suficiente alimento, disminuirá su viabilidad reproductiva, lo que significa que no se reproducirán con tanta frecuencia o con tanto éxito como de costumbre. Esto puede conducir a una disminución de la población, especialmente en especies que no se reproducen a menudo en circunstancias normales o alcanzan la madurez reproductiva en una etapa tardía de la vida. Otro problema es que la disminución de la población de una especie debido a la pesca puede conducir a una disminución de la diversidad genética, lo que resulta en una disminución de la biodiversidad de una especie. Si la diversidad de especies disminuye significativamente, esto podría causar problemas para las especies en un entorno que es tan variable y cambia rápidamente; es posible que no puedan adaptarse, lo que podría resultar en un colapso de la población o del ecosistema. ^[13]

Otra amenaza para la productividad y los ecosistemas de las regiones de surgencia es el sistema El Niño-Oscilación del Sur (ENSO), o más específicamente los eventos El Niño. Durante el período normal y los eventos La Niña , los vientos alisios del este siguen siendo fuertes, lo que continúa impulsando el proceso de surgencia. Sin embargo, durante los eventos El Niño, los vientos alisios son más débiles, lo que causa una disminución de la surgencia en las regiones ecuatoriales ya que la divergencia del agua al norte y al sur del ecuador no es tan fuerte ni tan predominante. Las zonas de surgencia costera también disminuyen, ya que son sistemas impulsados ​​por el viento, y el viento ya no es una fuerza impulsora muy fuerte en estas áreas. Como resultado, la surgencia global disminuye drásticamente, lo que causa una disminución en la productividad ya que las aguas ya no reciben agua rica en nutrientes. Sin estos nutrientes, el resto de la pirámide trófica no puede sostenerse y el rico ecosistema de surgencia colapsará. ^[18]

Las surgencias costeras tienen una gran influencia sobre el clima local de la región afectada. Este efecto se magnifica si la corriente oceánica ya es fría. A medida que el agua fría y rica en nutrientes se mueve hacia arriba y la temperatura de la superficie del mar se enfría, el aire inmediatamente encima también se enfría y es probable que se condense, formando niebla marina y nubes estratos . Esto también inhibe la formación de nubes de mayor altitud, lluvias y tormentas eléctricas y da como resultado lluvias sobre el océano que dejan la tierra seca. ^{[19] [20]} En los sistemas de surgencia durante todo el año (como el de las costas occidentales de África meridional y América del Sur), las temperaturas son generalmente más frías y las precipitaciones escasas. Los sistemas de surgencia estacional a menudo se combinan con sistemas de surgencia estacional (como el de las costas occidentales de los Estados Unidos ^[21] y la Península Ibérica ), lo que resulta en veranos más fríos y secos que el promedio e inviernos más suaves y húmedos que el promedio. Las zonas de surgencia permanente suelen tener climas semiáridos o desérticos , mientras que las zonas de surgencia estacional suelen tener climas mediterráneos o semiáridos , oceánicos en algunos casos. Algunas ciudades del mundo afectadas por regímenes de surgencia fuertes incluyen: San Francisco , Antofagasta , Sines , Essaouira , Walvis Bay , Curazao , entre otras.

• Corrientes superficiales impulsadas por el viento: afloramientos y hundimientos
• Surgencia costera
• Sobre la influencia de los grandes parques eólicos en la circulación oceánica superior. Göran Broström, Instituto Meteorológico Noruego, Oslo, Noruega