Afloramiento

Si el viento sopla paralelo a la costa en el hemisferio sur (como a lo largo de la costa del Perú, donde el viento sopla Norte), el transporte Ekman puede producir un movimiento neto de agua superficial 90° a la izquierda, lo que puede resultar en la elevación costera.

Afloramiento es un fenómeno oceanográfico que implica el movimiento impulsado por el viento de agua densa, más fría y normalmente rica en nutrientes desde aguas profundas hacia la superficie del océano. Reemplaza el agua superficial más cálida y generalmente desprovista de nutrientes. El agua de afloramiento rica en nutrientes estimula el crecimiento y la reproducción de productores primarios como el fitoplancton. La biomasa de fitoplancton y la presencia de agua fría en esas regiones permiten identificar zonas de afloramiento por temperaturas superficiales del mar (TSM) frías y altas concentraciones de clorofila-a.

La mayor disponibilidad de nutrientes en las regiones de surgencia da como resultado altos niveles de producción primaria y, por lo tanto, de producción pesquera. Aproximadamente el 25 % de las capturas mundiales totales de peces marinos provienen de cinco surgencias, que ocupan solo el 5 % del área total del océano. Los afloramientos que son impulsados por las corrientes costeras o el océano abierto divergente tienen el mayor impacto en las aguas enriquecidas con nutrientes y en los rendimientos pesqueros mundiales.

Mecanismos

Los tres impulsores principales que trabajan juntos para causar el afloramiento son el viento, el efecto Coriolis y el transporte Ekman. Operan de manera diferente para diferentes tipos de afloramiento, pero los efectos generales son los mismos. En el proceso general de afloramiento, los vientos soplan sobre la superficie del mar en una dirección determinada, lo que provoca 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 de 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 desciende por la columna de agua. Entonces, 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. Si este movimiento neto de agua es divergente, entonces se produce un afloramiento de aguas profundas para reemplazar el agua que se perdió.

Tipos

Los principales afloramientos en el océano están asociados con la divergencia de las corrientes que traen a la superficie aguas más profundas, más frías y ricas en nutrientes. Hay al menos cinco tipos de afloramiento: afloramiento costero, afloramiento a gran escala impulsado por el viento en el interior del océano, afloramiento asociado con remolinos, afloramiento asociado topográficamente y afloramiento de amplia difusión en el interior del océano.

Costera

El afloramiento costero es el tipo de afloramiento más conocido y el más estrechamente relacionado con las actividades humanas, ya que sustenta algunas de las pesquerías más productivas del mundo. El afloramiento costero ocurrirá si la dirección del viento es paralela a la línea de 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 (Ver también Espiral de Ekman). Cuando el transporte de Ekman se aleja de la costa, las aguas superficiales que se alejan son reemplazadas por aguas más profundas, más frías y más densas. Normalmente, este proceso de afloramiento se produce a un ritmo de entre 5 y 10 metros por día, pero el ritmo y la proximidad del afloramiento a la costa pueden cambiar debido a la fuerza y la distancia del viento.

Las aguas profundas son ricas en nutrientes, incluidos nitrato, fosfato 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 suben 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 como resultado niveles muy altos de producción primaria (la cantidad de carbono fijada por el fitoplancton) en comparación con otras áreas del océano. Representan alrededor del 50% de la productividad marina mundial. La alta producción primaria se propaga hacia arriba en la cadena alimentaria porque el fitoplancton se encuentra en la base de la cadena alimentaria oceánica.

La cadena alimentaria sigue el curso de:

• Phytoplankton → Zooplankton → Predatory zooplankton → Filtro alimentadores → Pescado depredador → Aves marinas, mamíferos marinos

Las surgencias costeras existen durante todo el año en algunas regiones, conocidas como sistemas de surgencias costeras principales, y solo en ciertos meses del año en otras regiones, conocidas como sistemas de surgencias costeras estacionales. yo>. 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.

En todo el mundo, hay cinco corrientes costeras principales asociadas con áreas de afloramiento: la corriente de Canarias (frente al noroeste de África), la corriente de Benguela (frente al sur de África), 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 las principales pesquerías. Las cuatro principales corrientes limítrofes orientales en las que se producen principalmente afloramientos costeros son la corriente de Canarias, la corriente de Benguela, la corriente de California y la corriente de Humboldt. 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 afloramiento 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 Corrientes de California (CCS) es una corriente fronteriza oriental del Pacífico Norte que también se caracteriza por una división norte y sur. La división en este sistema ocurre en Point Conception, California debido a un débil afloramiento en el sur y un fuerte afloramiento en el norte. La Corriente de Canarias es una corriente límite 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 mar adentro. Estas cuatro corrientes limítrofes orientales comprenden la mayoría de las zonas costeras de afloramiento en los océanos.

Ecuatorial

Efectos del aumento ecuatorial en las concentraciones de clorofila superficial en el océano Pacífico

El afloramiento en el ecuador está asociado con la Zona de Convergencia Intertropical (ITCZ) 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 sureste y convergen a lo largo del ecuador que sopla hacia el oeste para formar la ZCIT. Aunque no hay fuerzas de Coriolis presentes a lo largo del ecuador, el afloramiento todavía ocurre justo al norte y al sur del ecuador. Esto da como resultado una divergencia, con agua más densa y rica en nutrientes que surge desde abajo, y da como resultado el hecho notable de que la región ecuatorial en el Pacífico se puede detectar desde el espacio como una línea amplia de alta concentración de fitoplancton.

Océano Austral

Intensidad en el Océano Sur

También se encuentran afloramientos a gran escala en el Océano Antártico. Aquí, fuertes vientos del oeste (hacia el este) soplan alrededor de la Antártida, impulsando un flujo significativo de agua hacia el norte. Este es en realidad un tipo de afloramiento costero. Dado que no hay continentes en una franja de latitudes abiertas entre América del Sur 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 principal medio por el cual el agua profunda y densa sale a la superficie. En algunas regiones de la Antártida, el afloramiento impulsado por el viento cerca de la costa atrae aguas profundas circumpolares relativamente cálidas hacia la plataforma continental, donde puede mejorar el derretimiento de la plataforma de hielo e influir en la estabilidad de la capa de hielo. También se encuentran afloramientos más superficiales impulsados 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, todos asociados con circulaciones subtropicales oceánicas de alta presión (ver afloramiento costero arriba).

Algunos modelos de la circulación oceánica sugieren que se produce un afloramiento a gran escala en los trópicos, ya 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 ocurra algún afloramiento difusivo.

Otras fuentes

• Las inundaciones locales e intermitentes pueden producirse cuando las islas offshore, las crestas o los montes marinos provocan una deflexión de las corrientes profundas, proporcionando una zona rica en nutrientes en zonas oceánicas de baja productividad. Ejemplos de ello son los aumentos en las Islas Galápagos y las Islas Seychelles, que tienen grandes pesquerías pelágicas.
• La embrague podría ocurrir en cualquier lugar mientras haya un revestimiento adecuado en el campo del viento horizontal. Por ejemplo, cuando un ciclón tropical transita por un área, generalmente al moverse a velocidades de menos de 5 mph (8 km/h). Los vientos ciclónicos provocan una divergencia en el agua superficial de la capa Ekman, que se hace necesario que aumente el agua más profunda para mantener la continuidad.
• La plantación artificial es producida por dispositivos que utilizan energía de onda oceánica o conversión de energía térmica oceánica para bombear agua a la superficie. También se sabe que las turbinas eólicas oceánicas producen aumentos. Los dispositivos de onda oceánica han demostrado producir floraciones de plancton.

Variaciones

Los vientos inusualmente fuertes del este empujan el agua de superficie caliente (rojo) hacia África, permitiendo que el agua fría (azul) se hinche por la costa de Sumatran

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

En algunas áreas, el afloramiento es un evento estacional que genera ráfagas periódicas de productividad similares a las floraciones de primavera en las aguas costeras. El afloramiento inducido por el viento se genera por las diferencias de temperatura entre el aire cálido y liviano sobre la tierra y el aire más frío y denso sobre el mar. En latitudes templadas, el contraste de temperatura es muy variable según la estación, creando períodos de fuertes afloramientos en la primavera y el verano, a afloramientos débiles o nulos en el invierno. Por ejemplo, frente a la costa de Oregon, hay cuatro o cinco fuertes eventos de surgencia separados por períodos de poca o ninguna surgencia durante la temporada de surgencia de seis meses. Por el contrario, las latitudes tropicales tienen un contraste de temperatura más constante, lo que crea un afloramiento constante durante todo el año. La surgencia peruana, por ejemplo, ocurre durante la mayor parte del año, lo que resulta en una de las pesquerías marinas de sardinas y anchoas más grandes del mundo.

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

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 generalmente comienza en dichas crestas y permanece más fuerte en la cresta incluso después de desarrollarse en otros lugares.

Alta productividad

Las áreas oceánicas más productivas y fértiles, las regiones de surgencia son fuentes importantes de productividad marina. Atraen a cientos de especies a lo largo de los niveles tróficos; estos sistemas' la diversidad ha sido un punto focal para la investigación marina. Mientras estudiaban los niveles tróficos y los patrones típicos de las regiones de afloramiento, los investigadores descubrieron que los sistemas de afloramiento 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 pequeños peces pelágicos, 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 unas 100 especies de mamíferos marinos y unas 50 especies de aves marinas. Sin embargo, las especies tróficas intermedias vitales son los pequeños peces pelágicos que normalmente se alimentan de fitoplancton. En la mayoría de los sistemas de afloramiento, estas especies son anchoas o sardinas, y por lo general solo una está presente, aunque ocasionalmente pueden estar presentes dos o tres especies. Estos peces son una importante fuente de alimento para los depredadores, como los grandes peces pelágicos, 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.

Amenazas a los ecosistemas de afloramiento

Una gran amenaza tanto para este nivel trófico intermedio crucial como para todo el ecosistema trófico de afloramiento es el problema de la pesca comercial. Dado que las regiones de afloramiento son las áreas más productivas y ricas en especies del mundo, atraen a un gran número de pescadores y pesquerías comerciales. 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 juega 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 recolectar cientos de miles de individuos de esta especie simplemente lanzando sus redes en las aguas de afloramiento. A medida que se agotan estos peces, se agota la fuente de alimento para quienes se alimentan de estos peces. Por lo tanto, los depredadores de los peces objetivo comenzarán a morir y no habrá tantos para alimentar a los depredadores que se encuentran por encima de ellos. Este sistema continúa a lo largo de toda la cadena alimentaria, dando como resultado un posible colapso del ecosistema. Es posible que el ecosistema se restablezca con el tiempo, pero no todas las especies pueden recuperarse de eventos como estos. Incluso si la especie puede adaptarse, puede haber un retraso en la reconstrucción de esta comunidad de afloramiento.

La posibilidad de tal colapso del ecosistema es el peligro mismo de las pesquerías en las regiones de afloramiento. Las pesquerías pueden apuntar a una variedad de especies diferentes y, por lo tanto, son una amenaza directa para muchas especies en el ecosistema, sin embargo, representan la mayor amenaza para los peces pelágicos intermedios. Dado que estos peces forman el quid de todo el proceso trófico de los ecosistemas de surgencia, están muy 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 alrededor del 64 por ciento de su captura total consiste en peces pelágicos. Entre ellas, las seis especies principales que suelen formar la capa trófica intermedia representan más de la mitad de la captura.

Durante un El Niño, el viento indirectamente conduce agua tibia a la costa sudamericana, reduciendo los efectos de la hinchazón del frío

Además de causar directamente el colapso del ecosistema debido a su ausencia, esto también puede crear problemas en el ecosistema a través de una variedad de otros métodos. Es posible que los animales más altos en los niveles tróficos no mueran de hambre y mueran por completo, 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 la frecuencia o el éxito habituales. Esto puede conducir a una población decreciente, especialmente en especies que no se reproducen con frecuencia en circunstancias normales o que alcanzan la madurez reproductiva tarde en 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 se reduce significativamente, esto podría causar problemas para las especies en un entorno tan variable y que cambia rápidamente; es posible que no puedan adaptarse, lo que podría resultar en un colapso de la población o el ecosistema.

Otra amenaza para la productividad y los ecosistemas de las regiones de afloramiento es el sistema El Niño-Oscilación del Sur (ENOS), o más específicamente los eventos de El Niño. Durante el período normal y los eventos de La Niña, los vientos alisios del este aún son fuertes, lo que continúa impulsando el proceso de afloramiento. Sin embargo, durante los eventos de El Niño, los vientos alisios son más débiles, lo que provoca 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 frecuente. Las zonas de afloramiento costero 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, el afloramiento global disminuye drásticamente, provocando 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 afloramiento colapsará.

Efecto sobre el clima

El afloramiento costero tiene una gran influencia sobre el clima local de la región afectada. Este efecto se magnifica si la corriente oceánica ya está 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, chubascos y tormentas eléctricas a mayor altitud y da como resultado lluvias sobre el océano que dejan la tierra seca. En los sistemas de afloramiento durante todo el año (como el de las costas occidentales del sur de África y América del Sur), las temperaturas son generalmente más frías y las precipitaciones escasas. Los sistemas de afloramiento estacional a menudo se combinan con sistemas de afloramiento estacional (como el de las costas occidentales de los Estados Unidos y la Península Ibérica), lo que da como resultado veranos más fríos y secos que el promedio e inviernos más templados y húmedos que el promedio. Los lugares de afloramiento permanente suelen tener climas semiáridos/desérticos, mientras que los lugares de afloramiento estacional suelen tener climas mediterráneos/semiáridos, oceánicos en algunos casos. Algunas ciudades del mundo afectadas por fuertes regímenes de surgencia incluyen: San Francisco, Antofagasta, Sines, Essaouira, Walvis Bay, entre otras.