Biología - Biología marina

La biología marina es la ciencia que estudia los seres vivos que habitan los ecosistemas marinos. Así como la conservación de la vida marina, tanto de sus elementos biológicos, como su flora y fauna, también de sus elementos de orden físico y químico del medio acuático. Su objetivo es el mantenimiento integral de todas las especies marinas y mejora de sus recursos.

Más que una ciencia en sí misma se trata de un sistema de aplicación de otras ciencias tales como la geología, la geografía, la química, la física y la biología, indispensables para el estudio global y correlacionado de los fenómenos que caracterizan el ambiente marino. La oceanografía se subdivide en tres ramas principales: Oceanografía física, oceanografía química y oceanografía biológica. Los océanos cubren el 71 % de la corteza terrestre. Incluye desde el planctonmicroscópico, hasta cetáceos como las ballenas. Se estima que sólo se ha investigado, hasta ahora, un 5 % de la vida en los océanos.

Los ecosistemas marinos están dentro de los ecosistemas acuáticos. Incluyen los océanos, mares y marismas, entre otros. La vida surgió y evolucionó en el mar. El medio marino es muy estable, si lo comparamos con los hábitats terrestres o de agua dulce. Las temperaturas de las grandes masas oceánicas varían poco, así como la salinidad del agua (3,5 %). La composición iónica del agua de mar es similar a la de los fluidos corporales de la mayoría de los organismos marinos, lo que soluciona la regulación osmótica.

En el medio oceánico la luz solar penetra en el agua tan sólo unos 200 metros. A mayor profundidad, hay oscuridad absoluta. A la zona iluminada del mar se le denomina región fótica, a la zona oscura región afótica.

El principal problema en el océano es la gran distancia entre la zona fótica (superficial) y los nutrientes (sedimentados en aguas profundas). Donde hay luz para la producción primaria hay pocos nutrientes inorgánicos, y viceversa. No es de extrañar, pues, que las zonas con mayor productividadsean aquéllas en que las aguas profundas, frías y cargadas de nutrientes afloran a la superficie; tales zonas se conocen como afloramientos; en ellas el fitoplancton se desarrolla de modo extraordinario, y puede mantener una cadena trófica con muchos eslabones; por ese motivo son las zonas más ricas en pesca.

Dominios

Dominio pelágico o de columna de agua

La masa acuosa, la columna de agua salada. Está poblado por organismos pelágicos (gransplanctónicos, nectónicos y neustónicos).

• El plancton son los organismos que derivan a media agua, al ser arrastrados por las corrientes marinas.

• El necton son los organismos nadadores, que pueden nadar más rápido que las corrientes marinas.

• El neuston son los organismos que viven en la película superficial.

Según la distancia a la costa

• Zona nerítica: zona próxima a la costa, situada sobre la plataforma continental. Se caracteriza por el movimiento continuo del agua.
• Zona oceánica: zona lejana de la costa, generalmente situada en el interior del océano.

Según la profundidad

(ver Zona pelágica)

• Zona epipelágica: de los 0 a los 50/200 m.
• Zona mesopelágica: de los 50/200 a los 600 m.
• Zona batipelágica: de los 600 a los 3000 m.
• Zona abisopelágica: de los 3000 a los 6000 m.
• Zona hadalpelágica: desde los 6000 m.

Dominio bentónico o de fondo marino

El sustrato, el fondo marino (rocoso, pedregoso, arenoso, fangoso). Poblado por organismos bentónicos.

Según la profundidad

• Zona litoral: línea de costa (zona supramareal e intermareal-mesolitoral)
• Zona sublitoral: hasta los 200 m.
  • Zona infralitoral: aproximadamente hasta los 50 m.
  • Zona circalitoral: aproximadamente de los 50 a los 200 m
• Zona batial: de los 200 a los 3000 m.
• Zona abisal: de los 3000 a los 6000 m.
• Zona hadal: desde los 6000 m.

Según la iluminación

• La zona eufótica: Con suficiente iluminación solar para la fotosíntesis.
  • Zona supramareal: región de salpicaduras, parte costera, sin vegetación terrestre, o sólo de tipo desértico.
  • Zona mesolitoral: región de intermareas, con alternancia entre expuesta al aire y sumergida por el mar, con algas.
  • Zona infralitoral: región permanentemente sumergida, sobre la plataforma continental interna, hasta donde hay vegetación bentónica, con algas.

• La zona disfótica: Poca iluminación solar, aprovechable solo por ciertas algas, como las algas rojas.
  • Zona circalitoral: región externa de la plataforma continental externa, donde ya no apenas vegetación bentónica.

• La zona afótica: Dominada por la oscuridad.
• Zona batial: región del talud continental, de 200-3.000 m.
• Zona abisal: región del fondo oceánico o de llanuras oceánicas, de 3.000-6.000 m.
• Zona hadal: zonas de subducción o de trincheras oceánicas, de 6.000 a más de 10.000 m.

El carbono azul es el carbono capturado por los océanos del mundo y los ecosistemas costeros. El carbono capturado por los organismos que viven en los océanos se almacena en forma de biomasa y sedimentos de manglares, marismas, pastos marinos y potencialmente algas.

Visión

Históricamente el océano y los ecosistemas forestales terrestres han sido los principales sumideros naturales de carbono (C). Una nueva investigación sobre el papel de los ecosistemas costeros con cubierta vegetal han puesto de manifiesto su potencial como sumideros de C altamente eficientes, y llevado al reconocimiento científico del término "carbono azul".² El "carbono azul" designa carbono que se fija a través de los océanos y los ecosistemas costeros, en lugar de los ecosistemas terrestres tradicionales, como los bosques. A pesar de los hábitats con vegetación de los océanos cubren menos del 0.5% de los fondos marinos, que son responsables de más del 50%, y potencialmente hasta un 70%, de todo el almacenamiento de carbono en los sedimentos oceánicos.² Los manglares, marismas salados y hierbas marinas constituyen la mayoría de los hábitats con vegetación de los océanos, pero sólo es igual al 0.05% de la biomasa vegetal en tierra. A pesar de su pequeño tamaño, pueden almacenar una cantidad comparable de carbono por año y son sumideros de carbono altamente eficientes. Los pastos marinos, manglares y marismas pueden capturar el dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera mediante el secuestro de C en sus sedimentos subyacentes, en la biomasa subterránea, por debajo del suelo y en la biomasa muerta.³ En la biomasa vegetal como hojas, tallos, ramas o raíces, el carbono azul puede ser secuestrado durante años o décadas, y durante miles de millones de años en los sedimentos de las plantas subyacentes. Las estimaciones actuales de la capacidad de entierro del carbono azul a largo plazo es variable, y la investigación está en curso.³ A pesar de los ecosistemas costeros con cubierta vegetal cubren una área menor y tienen menos biomasa que las plantas terrestres que tienen el potencial de impactar el secuestro de C a largo plazo, sobre todo en los sedimentos sumideros.² Una de las principales preocupaciones con carbono azul es que la tasa de pérdida de estos importantes ecosistemas marinos es mucho mayor que cualquier otro ecosistema del planeta, incluso en comparación con las selvas tropicales. Las estimaciones actuales sugieren una pérdida de 2-7% por año, lo que no sólo se pierde la captura de carbono, sino también el hábitat perdido que es importante para la gestión del clima, protección costera y la salud.²

Tipos de ecosistemas de carbono azul

Pastos marinos

Pasto marino en "Rapid Bay Jetty", Sur de Australia

Los pastos marinos son un grupo de cerca de 60 especies de angiospermas que se han adaptado a la vida acuática, y pueden crecer en los prados a lo largo de las costas de todos los continentes excepto la Antártida.⁴ Los pastos marinos forman praderas submarinas a profundidades máximas de hasta 50m, dependiendo de la calidad del agua y la disponibilidad de luz, y puede incluir hasta 12 especies diferentes en un prado.⁴ Estas praderas marinas son hábitats altamente productivos que proporcionan muchos servicios de los ecosistemas, incluyendo la estabilización de sedimentos, el hábitat y la biodiversidad, una mejor calidad del agua y de carbono y fijación de nutrientes.⁵ El área actual de pastos marinos documentado es de 177,000 km², pero se cree que se subestima la superficie total, ya que muchas áreas con grandes praderas no se han documentado a fondo.⁴ Las estimaciones más comunes son de 300,000 a 600,000 km², con un máximo de 4,320,000 km² de hábitat adecuado de pastos marinos en todo el mundo.⁶ A pesar de que los pastos marinos representan sólo el 0.1% de la superficie del fondo del mar, representa aproximadamente el 10-18% del total de entierro de carbono oceánico.⁷ En la actualidad las praderas marinas globales se estiman para almacenar 19.9 Pg (gigaton, o miles de millones de toneladas) de carbono orgánico.⁷ El carbono se acumula principalmente en los sedimentos marinos, que son anóxicos y así preservan continuamente el carbono orgánico de las escalas de tiempo desde décadas a milenios. Las altas tasas de acumulación, bajos niveles de oxígeno, baja conductividad de sedimentos y las tasas más lentas de descomposición microbiana animan el enterramiento de carbono y la acumulación de carbono en estos sedimentos costeros.⁴ En comparación con los hábitats terrestres que pierden las reservas de carbono como CO₂ durante la descomposición o por perturbaciones como incendios o tala de árboles, los sumideros de carbono marinos pueden retener C durante períodos de tiempo mucho más largos. Las tasas de secuestro de carbono en las praderas marinas varían dependiendo de la especie, las características del sedimento, y la profundidad de los hábitats, pero en promedio la tasa de enterramiento de carbono es de aproximadamente 138 g C m⁻² yr⁻¹.³ Los hábitats de pastos marinos están amenazados por la eutrofización costera, el aumento de la temperatura del mar,⁴ el incremento de sedimentos y el desarrollo costero,³ y la subida del nivel del mar, lo que puede disminuir la disponibilidad de luz para la fotosíntesis. La pérdida de pastos marinos se ha acelerado en las últimas décadas, desde el 0.9% al año previo a 1940 hasta el a 7% por año en 1990, con cerca de 1/3 de la pérdida global desde la Segunda Guerra Mundial.⁸ Los científicos estimulan la protección y la investigación continua de estos ecosistemas para el almacenamiento de carbono orgánico, un valioso hábitat y otros servicios de los ecosistemas.

Manglar

Bosque de manglares en el Parque Nacional Everglades, FL

Los manglares son halófitas leñosas que forman bosques intermareales y proporcionan muchos servicios de los ecosistemas importantes, incluyendo la protección de las costas, las zonas de cría de peces costeros y crustáceos, productos forestales, recreación, filtración de nutrientes y el secuestro de carbono.⁹ En la actualidad se encuentran en 123 países, con 73 especies identificadas.¹⁰ Los manglares crecen a lo largo de las costas de aguas subtropicales y tropicales, dependiendo principalmente de la temperatura, pero también varían con la precipitación, las mareas, las olas y el flujo de agua.¹¹ Debido a que crecen en la intersección entre la tierra y el mar, tienen componentes semi-terrestres y marinos, incluyendo adaptaciones únicas como raíces aéreas, embriones vivíparos, y los mecanismos de retención de nutrientes altamente eficientes.¹² Los manglares cubren aproximadamente 150,000 km2 en todo el mundo, pero han disminuido en un 20% en los últimos 25 años, debido principalmente al desarrollo de la costa y la conversión de la tierra. La deforestación de los manglares se está desacelerando, desde la pérdida de 1.04% por año en la pérdida de 1980 hasta el 0.66% en la década de 2000,¹⁰ como la investigación y la comprensión de los beneficios de manglares han aumentado. Los bosques de manglares son responsables de aproximadamente el 10% de enterramiento de carbono global,¹³ con una tasa de enterramiento de carbono estimada de 174 g C m⁻² yr⁻¹.¹² Los manglares, como los pastos marinos, tienen potencial para altos niveles de secuestro de carbono. Ellos representan el 3% de la captura de carbono mundial por los bosques tropicales y el 14% de enterramiento de carbono del océano costero mundial.¹¹ Los manglares son, naturalmente, perturbados por las inundaciones, tsunamis, tormentas costeras como ciclones y huracanes, rayos, enfermedades y plagas, y los cambios en la calidad del agua o la temperatura.¹² A pesar de que son resistentes a muchas de estas perturbaciones naturales, son muy susceptibles a los impactos humanos, incluyendo el desarrollo urbano, la acuicultura, la minería y la explotación excesiva de los moluscos, crustáceos, peces y madera.^10 12 Los manglares proveen servicios de los ecosistemas a nivel mundial y el secuestro de carbono, por tanto son un hábitat importante para conservar y reparar cuando sea posible.

Marismas

Marisma en Hilton Head, SC

Marismas, los ecosistemas intermareales dominados por vegetación herbácea, se pueden encontrar en todo el mundo en las costas desde el Ártico hasta las regiones subtropicales. En las zonas tropicales, los marismas son sustituidos por los manglares como la vegetación costera dominante.¹⁴ Los marismas tienen una alta productividad, con una gran parte de la producción primaria en la biomasa subterránea.¹⁴ Esta biomasa bajo el suelo puede formar depósitos de hasta 8m de profundidad.¹⁴ Los marismas ofrecen un hábitat valioso para las plantas, aves y peces juveniles, protegen el hábitat costero de la marejada y las inundaciones, y pueden reducir la carga de nutrientes a las aguas costeras.¹⁵ De manera similar a los manglares y los hábitats de pastos marinos, los marismas también sirven como importantes sumideros de carbono.¹⁶ Los marismas secuestran el C en la biomasa subterránea debido a las altas tasas de sedimentación orgánica y la descomposición anaeróbica dominada.¹⁶ Los marismas cubren aproximadamente 22,000 a 400,000 km 2 a nivel mundial, con una tasa de enterramiento de carbono estimada de 210 g C m⁻² yr⁻¹.¹⁴ Los marismas de marea se han visto afectados por los seres humanos durante siglos, incluyendo la modificación para el pastoreo, la producción de heno, la recuperación de la agricultura, el desarrollo y los puertos, los estanques de evaporación para la producción de sal, la modificación de la acuicultura, control de insectos, energía de las mareas y la protección contra las inundaciones.¹⁷ Los marismas también son susceptibles a la contaminación por hidrocarburos, productos químicos industriales, y más comúnmente, a la eutrofización. Las especies introducidas, la subida del nivel del mar, el represamiento de ríos y la disminución de la sedimentación son cambios a largo plazo adicionales que afectan al hábitat del marisma, y, a su vez, pueden afectar el potencial de secuestro de carbono¹⁸

Algas

Ambas macroalgas y microalgas están siendo investigadas como posibles medios de captura de carbono.^{19 20 21 22} Debido a que las algas carecen del complejo ligninaprocedente de instalaciones terrestres, el carbono presente en las algas se libera a la atmósfera más rápidamente que el de carbono capturado en tierra.^21 23 Las algas se han propuesto como una agrupación de almacenamiento a corto plazo de carbono que puede ser utilizado como materia prima para la producción de diversos combustibles biogénicos. Las microalgas son a menudo poner adelante como materia prima potencial para la producción de biodiésel y el biometano carbono neutral debido a su alto contenido de lípidos.¹⁹ Las macroalgas, por el contrario, no tienen alto contenido de lípidos y tienen un potencial limitado como materia prima del biodiésel, aunque todavía puede ser utilizado como materia prima para otra generación de biocombustibles.²¹ Las macroalgas también se han investigado como materia prima para la producción de carbón vegetal. El biocarbono producido a partir de macroalgas es más alto en nutrientes de importancia agrícola que el biocarbono procedente de fuentes terrestres.²² Otro enfoque novedoso para la captura de carbono que utilizan las algas es la Captura basada en bicarbonato de carbono integrado y Sistemas de Producción de algas (BICCAPS) desarrollado por una colaboración entre la Universidad Estatal de Washington en los Estados Unidos y la Universidad de Dalian Ocean en China. Muchas cianobacterias, microalgas, y especies de macroalgas pueden utilizar carbonato como fuente de carbono para la fotosíntesis. En el BICCAPS, laa microalgas alcafílicas utilizan carbono capturado de gases de combustión en forma de bicarbonato.^24 25 En Corea del Sur, las macroalgas se han utilizado como parte de un programa de mitigación del cambio climático. El país ha establecido la eliminación de CO2 por Coastal Belt (CCRB) que se compone de los ecosistemas naturales y artificiales. El objetivo es capturar carbono utilizando grandes áreas de bosque de algas.²⁶

Restauración de ecosistemas

La restauración de los manglares, pastos marinos, marismas y bosques de algas marinas se ha aplicado en muchos países.^27 28 Estos ecosistemas restaurados tienen el potencial de actuar como sumideros de carbono. Se encontraron praderas de posidonia restaurados para iniciar la captura de carbono en los sedimentos dentro de unos cuatro años. Este fue el tiempo necesario de la pradera para alcanzar la suficiente densidad para provocar la deposición de sedimentos.²⁸ Del mismo modo, las plantaciones de manglares en China mostraron tasas de sedimentación más altos que la tierra seca y bajas tasas de sedimentación que los bosques de manglar establecidos. Este patrón de velocidad de sedimentación se piensa que es una función de la corta edad de la plantación y la más baja densidad de la vegetación.²⁷

Estequiometría de nutrientes de los pastos marinos

Los nutrientes principales que determinan el crecimiento de los pastos marinos son el carbono (C), nitrógeno (N), fósforo (P), y la luz para la fotosíntesis. El nitrógeno y P se pueden adquirir a partir de sedimentos de agua de poro o de la columna de agua y los pastos marinos pueden absorber N en ambas formas de amonio (NH⁴⁺) y nitrato (NO^3-).²¹

Un número de estudios de todo el mundo han encontrado que existe una amplia gama de las concentraciones de C, N, P en pastos marinos dependiendo de su especie y los factores ambientales. Por ejemplo, las plantas recogidas de los entornos de altos nutrientes tuvieron una menor C:N y C:P que las plantas recogidas de ambientes bajos en nutrientes. La estequiometría de los pastos marinos no sigue la relación de Redfield que se usa comúnmente como un indicador de la disponibilidad de nutrientes para el crecimiento del fitoplancton. De hecho, una serie de estudios de todo el mundo han encontrado que la proporción de C:N:P en las praderas marinas pueden variar significativamente dependiendo de su especie, la disponibilidad de nutrientes, u otros factores ambientales. Dependiendo de las condiciones ambientales, las algas marinas pueden ser P-limitado o N-limitado.²⁹

Un estudio inicial de la estequiometría de los pastos marinos sugirió que la relación equilibrada "Redfield" entre N y P para pastos marinos es de aproximadamente 30:1.²³ Sin embargo, el N y P son estrictamente no correlacionados, lo que sugiere que las algas marinas puede adaptar su nutriente a la captación basada en lo que está disponible en el medio ambiente. Por ejemplo, las praderas marinas de prados fertilizados con excremento de aves han demostrado una mayor proporción de fosfato de prados sin fertilizar. Alternativamente, los pastos marinos en ambientes con altas tasas de carga y materia orgánica, diagénesis, suministran más P, lo que lleva a la N-limitación. La disponibilidad de P en T. testudinum es el nutriente limitante. La distribución de nutrientes en T. testudinum varía desde 29.4 hasta 43.3% de C, 0.88 a 3.96% de N, y desde 0.048 hasta 0.243% P. Esto equivale a una relación media de 24.6 C: N, 937.4 C: P, y 40.2 N: P . Esta información también se puede usar para caracterizar la disponibilidad de nutrientes de un cuerpo de agua de la bahía o de otro tipo (que es difícil de medir directamente) mediante el muestreo de los pastos marinos que viven allí.¹⁸

La disponibilidad de luz es otro factor que puede afectar a la estequiometría de nutrientes de las algas marinas. La limitación de nutrientes sólo puede ocurrir cuando la energía fotosintética provoca pastos creciendo más rápido que la afluencia de nuevos nutrientes. Por ejemplo, los entornos de poca luz tienden a tener un rango más bajo de C:N.¹⁸

Como alternativa, entornos con alto N pueden tener un efecto negativo indirecto al crecimiento del pasto marino, promoviendo el crecimiento de las algas que reducen la cantidad total de luz disponible.¹⁴

La variabilidad de nutrientes en plantas marinas puede tener implicaciones potenciales para la gestión de aguas residuales en ambientes costeros. Las altas cantidades de descarga de nitrógeno antropogénico podrían causar la eutroficación en entornos previamente N limitados, lo que lleva a condiciones de hipoxia en el prado de la hierba del mar y que afectan a la capacidad de carga de ese ecosistema.¹⁸

Un estudio de la deposición anual oceánica de C, N y P con P en las praderas de pastos marinos en el noreste de España se encontraron que el prado secuestrado tenía 198 g C m-2 año-1, 13,4 g N m-2 año-1, y 2,01 g P m-2 año-1 en el sedimento. La remineralización subsiguiente de carbono de los sedimentos debido a la respiración regresó aproximadamente el 8% del carbono secuestrado, o 15.6 g C m-2 año-1.²⁵

Distribución y el deterioro de ecosistemas de carbono azul

Distribución de carbono azul³⁰

Los pastos marinos, manglares y marismas son tipos de hábitats costeros con cubierta vegetal que cubren aproximadamente 49 millones de hectáreas en todo el mundo.³⁰ Los ecosistemas de pastos marinos van desde zonas polares a las regiones tropicales, los manglares se encuentran en los ecosistemas tropicales y subtropicales y marismas se encuentran en regiones generalmente templado por ejemplo, en la costa este de los Estados Unidos.³⁰ Como hábitats que capturan carbono se alteran y se reducen, esa cantidad almacenada de C está siendo liberada a la atmósfera, continuando con el ritmo acelerado actual del cambio climático. Los impactos sobre estos hábitats a nivel mundial lanzará directa e indirectamente el carbono almacenado previamente, que había sido secuestrado en los sedimentos de estos hábitats. La disminución de los hábitats costeros con cubierta vegetal se ven en todo el mundo; ejemplos vistos en los manglares se deben a la limpieza de estanques de camarones como es el caso de Indonesia, mientras que en los pastos marinos existen dos causas naturales debido a los patógenos y pueden ser exacerbados por los efectos antropogénicos. La cuantificación de las tasas de disminución son difíciles de calcular, sin embargo, las mediciones se han estimado por los investigadores indican que si los ecosistemas de carbono azul siguen disminuyendo, para cualquier número de razones, el 30-40% de las marismas y pastos marinos y aproximadamente el 100% de los manglares podrían haber desaparecido en el próximo siglo.³⁰

La disminución de los pastos marinos son debido a una serie de factores que incluyen la sequía, los problemas de calidad del agua, prácticas agrícolas, las especies invasoras, los patógenos, la pesca y el cambio climático.³¹ Más del 35% del hábitat de manglares globales se mantiene. Las disminuciones de hábitat se debe al represamiento de los ríos, la tala para la acuicultura, desarrollo, etc., la sobrepesca y el cambio climático, según el Fondo Mundial para la Naturaleza³² Casi el 16% de los manglares evaluados por la UICN están en la Lista Roja de la UICN.; debido al desarrollo y otras causas, 1 de cada 6 manglares en todo el mundo están en peligro de extinción.³³ Las presas amenazan hábitats al disminuir la cantidad de manglares de agua dulce de gran alcance. La destrucción de los arrecifes de coral también juega un papel en la salud de los manglares como energía de arrecifes de onda lenta a un nivel que los manglares son más tolerantes. Los marismas pueden no ser expansivos en todo el mundo en relación con los bosques, pero tienen una tasa de enterramiento de C, que es más de 50 veces más rápido que los bosques tropicales. Las tasas de enterramiento se han estimado en hasta 87,2 ± 9,6 Tg C año-1, que es mayor que la de las selvas tropicales, 53 ± 9,6 Tg C año-1.³⁴ Ya que los marismas desde 1800 han sido perturbados debido al desarrollo y una falta de comprensión de su importancia. El descenso del 25% desde que el tiempo ha dado lugar a una disminución del potencial zona de la pila C junto con el lanzamiento de C enterrados. Consecuencias del cada vez más degradado, el hábitat de marismas son una disminución de las existencias de C en los sedimentos, una disminución de la biomasa de la planta y por lo tanto una disminución en la fotosíntesis reduciendo la cantidad de CO2 absorbido por las plantas, el fallo de C en hojas de la planta para ser transferido en el sedimento, la posible aceleración de procesos erosivos debido a la falta de la biomasa vegetal, y la aceleración de la liberación de C enterrado a la atmósfera.³⁴

Las razones para la disminución de los manglares, pastos marinos y marismas incluyen cambios de uso del suelo, el clima y los efectos relacionados con la sequía, las presas construidas en la cuenca, la convergencia a la acuicultura y la agricultura, el desarrollo de la tierra y el aumento del nivel del mar debido al cambio climático. Los aumentos en estas actividades pueden dar lugar a una disminución significativa en el hábitat disponible y por lo tanto aumenta en C liberado de los sedimentos. A medida que se intensifican los efectos antropogénicos y el cambio climático, la eficacia de los sumideros de carbono azul disminuirá y se incrementará aún más las emisiones de CO2. Los datos sobre las tasas a las que se está liberando CO2 a la atmósfera no es sólida en la actualidad, sin embargo, se está llevando a cabo la investigación para reunir una mejor información para analizar tendencias. La pérdida de biomasa subterránea (raíces y rizomas) permitirá que para el CO2 que se emitirá el cambio de estos hábitats en las fuentes en lugar de los sumideros de carbono.³⁴

Sedimentación y entierro de carbono azul

El carbono orgánico solamente es secuestrado del sistema oceánico si alcanza el fondo del mar y se cubre por una capa de sedimento. Los niveles de oxígeno reducidos en entornos enterrados significa que pequeñas bacterias que consumen materia orgánica y respiran CO2 no pueden descomponer el carbono, por lo que se elimina del sistema de forma permanente. La materia orgánica que se hunde, pero que no está enterrada por una capa suficientemente profunda de sedimento es sujeta a una nueva suspensión por cambios en las corrientes oceánicas, bioturbación por organismos que viven en la capa superior de los sedimentos marinos, y la descomposición por bacterias heterótrofas. Si cualquiera de estos procesos se producen, el carbono orgánico se libera de nuevo en el sistema. El secuestro de carbono se lleva a cabo sólo si las tasas de enterramiento de los sedimentos son mayores que las tasas de largo plazo de la erosión, bioturbación, y la descomposición.^14 35

Variabilidad espacial en sedimentación

La sedimentación es la velocidad a la materia particulada flotante o suspendida se hunde y se acumula en el fondo del océano. Cuanto más rápido (con más energía) es la corriente, más sedimento se puede recoger. A medida que las corrientes cargadas de sedimentos lentas, las partículas caen fuera de la suspensión y vienen a descansar en el fondo del mar. En otras palabras, una corriente rápida puede recoger una gran cantidad de granos pesados, donde como una corriente lenta puede recoger los pedazos diminutos única. Como se puede imaginar, los diferentes lugares en el océano varían drásticamente cuando se trata de la cantidad de sedimentos en suspensión y la tasa de deposición.³⁵

Mar abierto

El mar abierto tiene las tasas de sedimentación muy bajos porque la mayoría de los sedimentos que lo hacen aquí son llevados por el viento. El viento sólo una pequeña fracción de la entrega total de sedimentos a los océanos. Además, hay mucha menos vida vegetal y animal que vive en el mar abierto que pueda ser enterrado. Por lo tanto, las tasas de enterramiento de carbono son relativamente lentos en el mar abierto.³⁶

Márgenes costeros

Los márgenes costeros tienen altas tasas de sedimentación debido a los sedimentos de entrada por los ríos, que representan la gran mayoría de depósito de sedimentos en el océano. En la mayoría de los casos, los sedimentos se depositan cerca de la desembocadura de un río o se transportan en la dirección hacia la orilla debido a la onda. En algunos lugares el sedimento cae en los cañones submarinos y es transportado fuera de la plataforma, si el cañón es suficientemente grande o de la plataforma es estrecha. Los márgenes costeros también contienen diversas y abundantes especies marinas, especialmente en pasos que experimentan afloramiento periódica. Más vida marina combinada con altas tasas de sedimentación en los márgenes costeros crea puntos de acceso para el entierro de carbono.^14 37

Cañones submarinos

Los cañones marinos son imanes para los sedimentos debido a que las corrientes llevan sedimentos en la plataforma en dirección a la oriila, la trayectoria de la corriente cruza perpendicularmente cañones. Cuando la misma cantidad de flujo de agua es de repente en aguas mucho más profundas se ralentiza y los depósitos de sedimentos. Debido al extremo ambiente de depósito, las tasas de enterramiento de carbono en la Nazare Canyon, cerca de Portugal son 30 veces mayor que la pendiente continental adyacente! Este cañón por sí solo representa aproximadamente el 0.03% de enterramiento de carbono orgánico terrestre global en los sedimentos marinos. Esto puede no parecer mucho, pero el cañón submarino Nazarre sólo representa el 0.0001% de la superficie del suelo del océano mundial.³⁶

Cambios humanos a sistemas sedimentarios globales

Los seres humanos han estado modificando los ciclos de sedimentos en una escala masiva durante miles de años a través de una serie de mecanismos.

Agricultura/ despejar la tierra

El primer cambio importante en el ciclismo mundial sedimentario ocurrió cuando los seres humanos comenzaron a desmontar tierras para cultivar. En un ecosistema natural, las raíces de las plantas tienen sedimentos en su lugar cuando llueve. Los árboles y arbustos reducen la cantidad de lluvia que afecta a la suciedad, y crean obstáculos que los arroyos del bosque deben fluir alrededor. Cuando toda la vegetación se elimina, impactos de lluvia directamente en la tierra, no hay raíces de aferrarse al sedimento, y no hay nada para detener el flujo de los bancos para fregar a medida que fluye recta cuesta abajo. Debido a esto, el desmonte de tierras provoca un aumento en las tasas de erosión en comparación con un sistema natural.

Presas

Las primeras presas se remontan a 3000 a. C. y fueron construidos para controlar las inundaciones para la agricultura. Cuando el sedimento caudal de los ríos cargados alcanza el embalse de una presa, el agua se ralentiza como las piscinas. Dado que el agua más lenta no puede llevar a la mayor cantidad de sedimentos, la práctica totalidad del sedimento cae fuera de la suspensión antes de que el agua pase a través de la presa. El resultado es que la mayoría de las presas son casi 100% trampas de sedimentos eficientes. Además, el uso de presas para el control de inundación reduce la capacidad de los canales de aguas para producir sedimento. Dado que la gran mayoría de sedimentación se produce durante las mayores inundaciones, la reducción de la frecuencia y la intensidad de los flujos de inundación pueden cambiar drásticamente las tasas de producción. Durante miles de años había muy pocas presas para tener un impacto significativo en los ciclos sedimentarios globales, excepto por los efectos locales en unos pocos deltas de los ríos como el Nilo, que fueron significativas. Sin embargo, la popularización de la energía hidroeléctrica en el siglo pasado ha causado un enorme auge en la construcción de presas. Actualmente, sólo una tercera parte de los ríos más grandes del mundo fluya sin obstáculos hacia el océano.³⁸

Canalización

En un sistema natural, a orillas de un río se serpentean hacia atrás y adelante como los diferentes canales erosionan, acrecen, abren, o cierran. Las inundaciones estacionales desbordan regularmente de orillas de los ríos y los nutrientes de depósito en las llanuras de inundación adyacentes. Estos servicios son esenciales para los ecosistemas naturales, pero pueden ser molestos para los seres humanos, que aman la construcción de infraestructura y desarrollo cerca de los ríos. En respuesta, los ríos en las zonas pobladas a menudo se canalizan, lo que significa que sus bancos y, a veces las camas son blindados con un material duro, tal como piedra o de hormigón, que evitan la erosión y correcciones de la corriente en su lugar. Esto inhibe la sedimentación, porque hay mucho menos sustrato de función izquierda para que el río toma aguas abajo.

Impactos

En la actualidad, el efecto neto de los seres humanos en el ciclismo sedimentario global es una reducción drástica de la cantidad de sedimento que llega al océano. Si continuamos construyendo presas y canalizando ríos, vamos a seguir para ver una serie de problemas en las áreas costeras, incluyendo el hundimiento de deltas, la reducción de las playas, y desapareciendo las aguas salinas. Además, es posible que podríamos arruinar la capacidad de los márgenes costeros para enterrar el carbono azul. Sin secuestro de carbono en los sedimentos marinos costeros, probablemente veremos acelerado el cambio climático global.³⁹

Otros factores que influyen en los rangos de entierro de carbono azul

Densidad de la vegetación

La densidad de la vegetación en los bosques de manglares, praderas de pastos marinos, marismas de marea es un factor importante en la velocidad de densidad de enterramiento de carbono. La densidad de la vegetación debe ser suficiente para cambiar la fluidez del agua suficiente para reducir la erosión y aumentar la deposición de sedimentos.⁴⁰

Carga de nutrientes

Los aumentos en la captura y secuestro de carbono se han observado tanto en los ecosistemas de manglares y pastos marinos que han sido sometidos a altas cargas de nutrientes, ya sea intencionalmente o debido a los residuos de las actividades humanas.²⁰ La fecundación intencional se ha utilizado en la restauración de praderas submarinas. Las perchas para aves marinas están instalados en el prado y los excrementos de las aves son la fuente de fertilizantes. La fertilización permite un crecimiento rápido de variedades de hierbas marinas para establecer y crecer. La composición de las especies de estas praderas es marcadamente diferente de la pradera de pasto marino original, aunque después de la pradera se ha restablecido y la fertilización terminado, los prados vuelven a una composición de especies que se asemeja más a un prado sin ser molestados.⁴¹ Las investigaciones realizadas en suelos de manglar de el Mar Rojo han demostrado que el aumento de las cargas de nutrientes a estos suelos no aumentan la mineralización del carbono ni la liberación de CO2 posterior.⁴² No se encontró este efecto neutro de la fertilización para ser verdad en todos los tipos de bosques de manglar. Las tasas de captura de carbono también se incrementaron en estos bosques debido al aumento de las tasas de crecimiento de los manglares. En los bosques con aumentos en la respiración hubo también un aumento en el crecimiento de manglares de hasta seis veces la tasa normal.²³

Enfoques en ingeniería hacia el carbono azul

Un estudio del Departamento de Energía de EE.UU. del 2001 proponía para replicar un proceso natural de la captura de carbono en el océano mediante la combinación de agua rica en gas CO2 con carbonato [CO3-] para producir un [HCO3-] suspensión de bicarbonato. En la práctica, el proceso de ingeniería podría implicar la hidratación del CO2 de los gases de combustión de centrales eléctricas y ejecutarlo a través de un lecho poroso de piedra caliza para "fijar" el carbono en una solución saturada de bicarbonato. Esta solución podría entonces ser depositada en el mar a hundirse en las profundidades del océano. El costo de este proceso, desde la captura hasta el entierro del océano, se estima que oscila entre $90 a $180 por tonelada de CO2 y será dependiente de la distancia requerida para el transporte de la piedra caliza, el agua de mar, y la solución de bicarbonato resulta altamente.

Los beneficios esperados de la producción de bicarbonato durante la inyección directa de gas CO2 produciría un incremento significativamente menor en la acidez del océano y una escala de tiempo más largo para el entierro antes de que el carbono capturado se libera de nuevo a la atmósfera.