Quimioclina

Una quimioclina es un tipo de clina , una capa de fluido con diferentes propiedades, caracterizada por un fuerte gradiente químico vertical dentro de un cuerpo de agua . En los cuerpos de agua donde se producen quimioclinas, la clina separa las capas superior e inferior, lo que da como resultado diferentes propiedades 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 se producen con mayor frecuencia donde las condiciones locales favorecen la formación de aguas profundas anóxicas (aguas profundas deficientes en oxígeno , donde solo pueden existir formas de vida anaeróbicas ). Los organismos anaeróbicos comunes que viven en estas condiciones incluyen bacterias de azufre púrpura fototróficas y bacterias de azufre verdes . ^[3] El Mar Negro es un ejemplo de un 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 por completo, lo que provoca estratificación . ^{[1] [6]}

En cualquier cuerpo de agua en el que las aguas superficiales ricas en oxígeno estén bien mezcladas ( holomíctica ), no existirá quimioclina, ya que no hay estratificación de capas. ^[7] Las quimioclinas pueden volverse inestables cuando los gases disueltos se sobresaturan, como el H2S _, debido a la mezcla asociada con el burbujeo o la ebullición ( ebullición ). ^[8]

La quimioclina, que contiene el gradiente químico más grande, es una capa límite delgada que separa un lago meromíctico en dos partes: el mixolimnion superior y el monimolimnion inferior. ^[7] El mixolimnion es una región a la que accede el viento donde el agua puede mezclarse y circular por completo. Sin embargo, el monimolimnion es denso y no puede interactuar con el viento de la misma manera, lo que impide la mezcla. Además, la variabilidad de la densidad de la quimioclina determina el grado en el que el cuerpo de agua experimentará mezcla y circulación. Dado que la quimioclina actúa como una barrera entre las capas mezcladas y no mezcladas, la capa más profunda del monimolimnion suele ser anóxica. ^[1] La falta de intercambio de gases entre la capa del monimolimnion 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 de euxinia . ^[7]

La inestabilidad de la quimioclina se caracteriza por eventos de mezcla vertical. Estos pueden ser desencadenados por un aumento en las concentraciones de _H2S superiores a 1 mmol/kg en la capa profunda de monolimnios rica en sulfuros. El agua profunda euxínica luego ascendería hacia el mixolimnion cerca de la superficie y el sulfuro de hidrógeno sería expulsado a la atmósfera. ^[8] Esto también puede ser desencadenado por otros gases como el dióxido de carbono.

En muchos lagos, la inestabilidad de la quimioclina es típica. La estratificación del lago puede verse alterada 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, son típicamente estrechos y profundos con bajas relaciones superficie-volumen, bajas perturbaciones 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 mixolimnion, por encima de la quimioclina, los ejemplos de especies fototróficas incluyen cianobacterias , mientras que el monolimnion contiene reductores de sulfato y oxidantes de sulfuro. ^[7] En la quimioclina misma, las formas fotosintéticas de bacterias anaeróbicas , como las bacterias fototróficas verdes y las bacterias de azufre púrpuras , se agrupan y aprovechan tanto la luz solar desde 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 abundancia 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 el lago Ace, ubicado en la Antártida, investigó el proceso de fotosíntesis anoxigénica realizado por las bacterias verdes del azufre en el lago y encontró que se ubicaban 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 sustentar una variedad diversa 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 euxínica profunda que surge en la zona fótica puede introducir sulfuros y provocar una proliferación de bacterias oxidantes de azufre en el mixolimnio superior. ^[8]