Sistema ecológicos

Sistemas ecológicos

Efectos del cambio climático en los ecosistemas marinos

El cambio climático amenaza y afecta de manera negativa muchos de nuestros ecosistemas, especialmente nuestros ecosistemas marinos. Muchos de los efectos del cambio climático ya se han podido percibir y estudiar en ellos. Pero, ¿cuál será el efecto a gran escala para estos ecosistemas? ¿Estos cambios tendrán alguna consecuencia en la vida marina y en aquéllos que dependen de ella? A continuación se presentan los principales efectos del cambio climático y cómo estos llegarían a afectar nuestros ecosistemas marinos.

Temperatura

Para finales de este siglo, se espera un alza en las temperaturas globales de 1.8 oF hasta 6.3 oF (1 oC hasta 3.5 oC). Estas altas temperaturas no solo se reflejarán en la atmósfera, también afectarán las temperaturas del agua de mar. De continuar este patrón, los efectos en nuestros ecosistemas marinos serán muy notables. Se verán afectados los manglares, fomentando que muchas de las especies de árboles de mangle alcancen latitudes más al norte, cubriendo más hectáreas y compitiendo con otras plantas por espacio en la costa. Estos cambios podrían alterar muchos de los patrones de los ciclos reproductivos de este ecosistema y, por consiguiente, modificar el tiempo de florecimiento de algunas especies. Por otro lado, si estos cambios en temperatura sobrepasan los 100.4 oF-104 oF (38-40oC), podrían reducir la capacidad de estos árboles para llevar a cabo el proceso de fotosíntesis. Muchos de los organismos de cuerpo blando presentes en las raíces de los manglares, tales como los tunicados, las esponjas marinas y los bivalvos, también se verían perjudicados. Mientras que aquellos organismos eurihalinos y euritermales, como los camarones, los cangrejos y algunas especies de peces como las lisas (Mugilidae) y los meros (Serranidae), podrían proliferar (aumentar).

En el caso de Puerto Rico, investigaciones recientes demuestran que la temperatura promedio ha aumentado 4.03 oF (2.24°C) desde 1960 hasta el 2014, este aumento se ha reflejado más en la temperatura mínima de cada día, la cual ha aumentado más del doble que la temperatura máxima, lo que quiere decir que los días no están llegando a una temperatura optima diaria y esto puede perjudicar ciertas especies, en especial los anfibios.

Bivalvos: Clase de moluscos cuya concha está formada por dos valvas (piezas sólidas y duras) unidas entre sí por una articulación con dientes, también llamados pelecípodos o lamelibranquios. Los mejillones y las ostras son bivalvos. Esponjas marinas: Son animales invertebrados simples que viven pegados al fondo marino (sésiles). No forman tejidos y son coloniales. Sus cuerpos están formados por poros y canales por los cuales pasa el agua y por donde pueden conseguir alimento y oxígeno. Por eso, pertenecen al filo porífera. Estos animales se pueden adaptar fácilmente a diferentes condiciones y toleran muy bien la contaminación de las aguas por hidrocarburos, metales u otras sustancias perjudiciales. Además, cuentan con pocos depredadores naturales debido a su esqueleto de espículas y su gran toxicidad, por lo que la esponja de mar se encuentra en prácticamente todos los mares y océanos del mundo. Eurihalino: Organismo que presenta una gran tolerancia frente a diferentes concentraciones de salinidad.

Euritermales: Especies que soportan grandes diferencias en temperaturas. Tunicados: Los tunicados o urocordados son animales de simetría bilateral (sus órganos duplicados se distribuyen igualmente en los dos lados del cuerpo), celomados (animales con cavidad corporal, celoma o hueco que contiene los órganos internos), cuyo cuerpo es blando de aspecto gelatinoso y está cubierto por una túnica. Esta puede ser muy dura y opaca, o ser muy transparente. Son animales solitarios (gregarios) o coloniales.

En las hierbas marinas se afectarían procesos como la fotosíntesis, la respiración y el crecimiento. Un aumento en el promedio de la temperatura anual pondría en peligro a aquellas especies que se encuentran en su máximo nivel de tolerancia térmica, disminuyendo la productividad y la distribución de las hierbas. También se alterarían los patrones de florecimiento y germinación de algunas especies. Por otra parte, las altas temperaturas fomentarían un aumento de las algas epífitas, lo que perjudicaría la productividad de las hierbas marinas. Estas algas reducen la cantidad de luz que penetra en las hojas de las hierbas, así que un alza en esta población podría afectar severamente las praderas de hierbas marinas de muchos ambientes estuarinos.

En cuanto a los arrecifes de coral, estos ya se están afectando seriamente por el cambio en las temperaturas marinas a nivel mundial, incluyendo los de Puerto Rico. Los corales son muy susceptibles a los cambios en temperatura, es por esto que los corales hermatípicos se encuentran distribuidos en un rango limitado de temperatura. Cuando los corales son expuestos a temperaturas más allá de sus límites de tolerancia entran en estrés termal, expulsando las zooxantelas que viven en sus tejidos. Estas algas microscópicas, no solo le dan color al coral, también le proveen desde un 70 hasta un 90% del alimento que necesitan para sobrevivir. Sin estas zooxantelas, no solo los corales pierden su color (blanqueamiento), sino también pierden su fuente principal de alimento. Sin ellas los corales eventualmente se enferman y mueren. El blanqueamiento de corales ha sido una de las causas principales de la muerte de muchos corales alrededor del mundo en las últimas dos décadas.

Aumento en el nivel del mar

Se espera que durante este siglo ocurra un incremento de 5 hasta 35 pulgadas del nivel del mar a nivel mundial. Esto tendrá implicaciones muy importantes en las poblaciones y en los hábitats marinos. El impacto más grande que esto traerá a las praderas de hierbas marinas es el incremento en la profundidad del agua y la reducción en la penetración de la luz en la columna de agua hacia el fondo. Esto afectaría la distribución de las hierbas y su productividad. Las hierbas marinas, al ser plantas angiospermas que necesitan la luz solar para realizar fotosíntesis, se expondrían a profundidades donde la luz no es suficiente y no las alcanza, y muchas de estas poblaciones se perderían. Aun así, en aguas llanas las hierbas podrían colonizar y expandirse más hacia la costa.

Figura 33. Esta ilustración muestra la distribución de las hierbas marinas desde aguas profundas a aguas llanas.

Un cambio en el alza del nivel del mar también causaría un cambio en la distribución de los árboles de mangle, obligándolos a desplazarse hacia tierra adentro según el nivel aumenta. Cuando el agua penetra tierra adentro, va creando disponibilidad de área de crecimiento para el mangle, a través de inundación, erosión y cambios en la salinidad del terreno. Por supuesto, esta colonización dependerá de las habilidades individuales de cada especie de mangle para colonizar estos nuevos hábitats formados por el nuevo nivel del mar. Pero esta distribución se vería afectada si en los márgenes de los bosques de mangle se encuentran barreras naturales como acantilados o estructuras creadas por el ser humano, como carreteras y edificios. Esto reduciría el área de bosque de mangle. Además, aquellos bosques de mangle que se encuentran en islotes y cayos se verían seriamente afectados al no poder ir a la par con el alza del nivel del mar.

Figura 34. Esta ilustración muestra la distribución de los árboles de mangle según aumenta el nivel del mar.

Alza en el dióxido de carbono atmosférico y acidificación

El incremento del dióxido de carbono en la atmósfera afecta significativamente la vegetación global, incluyendo las plantas acuáticas. El CO2 es utilizado por las hierbas marinas para la fotosíntesis. Por lo tanto, un efecto del aumento del CO2 disuelto en el mar causaría en las hierbas marinas un alto ritmo de fotosíntesis, aumentando la productividad de estos ecosistemas. Esto ayudaría a las hierbas a crecer en aguas más profundas, debido a que los altos niveles de CO2 les permitirían compensar la escasez de luz. Sin embargo, este aumento en el dióxido de carbono, además del incremento en temperatura, también favorecería la proliferación y el aumento de las algas epífitas sobre las hojas de las hierbas marinas.

En los manglares se ha experimentado con el mangle rojo (Rhizophora mangle) y se ha demostrado que ocurre un aumento en el crecimiento y en la producción de biomasa y un incremento en la ramificación de los árboles. Pero, no todas las especies pueden responder de la misma manera. Además, hay que tomar en cuenta otros factores, como la temperatura, la salinidad y los niveles de nutrientes, que podrían influenciar en cómo estas especies respondan al aumento del dióxido de carbono atmosférico.

Por otro lado, aquellos organismos como los corales, que utilizan iones de calcio e iones de carbonato en el agua para poder calcificar, se verán seriamente afectados. Al aumentar el dióxido de carbono en la atmósfera, las concentraciones de los iones de carbono disminuyen considerablemente, reduciendo los ritmos de calcificación en los corales. Esto podría traer consecuencias negativas a los arrecifes de coral de Puerto Rico y a las comunidades que dependen de estos para poder subsistir.

Tormentas y precipitación

El aumento en la temperatura superficial del agua en el océano causa un incremento en la intensidad de las tormentas tropicales. El impacto directo de estas tormentas en las praderas de hierbas marinas, causaría la muerte de muchas de sus poblaciones. Esto se debe a la erosión causada por el movimiento de las olas, el bloqueo de la luz solar por los sedimentos y la asfixia por la deposición de sedimentos en los tejidos de estas. Un incremento en el número de tormentas disminuiría la distribución de algunas especies, como la hierba de tortuga (Thalassia testudinum), que depende de sus rizomas para crecer y tardarían años en poder colonizar suelos marinos afectados por la erosión del oleaje. Pero, especies como la hierba paleta de remo (Halophila decipens), que encontramos en aguas más profundas, no se verían tan afectadas por estos eventos de erosión. Esto se debe a la alta tasa de crecimiento de sus rizomas, que es característico de esta especie.

Por otro lado, este incremento en la intensidad de las tormentas dañaría y mataría los manglares. Los fuertes vientos defoliarían (provocaría la caída de las hojas) gran parte de los árboles, afectando negativamente a grandes poblaciones de árboles de mangle. Además, estas tormentas causarían estrés y alterarían la deposición de sedimentos y la erosión en los suelos de estos ecosistemas. Los patrones de precipitación afectarían el crecimiento y la distribución de las diferentes especies de mangle. Si disminuyera la precipitación, junto con la alta tasa de evaporación, causaría que los suelos se tornen más salinos, disminuyendo la productividad de los árboles y el crecimiento de las plántulas, alterando la interacción de las especies en el bosque. También disminuiría la diversidad de las zonas del mangle, causando una notable reducción en el área por los cambios en composición del suelo,

Algas: Grupo de seres vivos incluidos dentro del reino de los protistas, unicelulares o pluricelulares, que viven preferentemente en el agua, tanto dulce como marina, y que, en general, están provistos de clorofila u otros pigmentos fotosintéticos. Ambiente estuarino: Área de la costa donde el agua dulce proveniente de la tierra se mezcla con el agua del mar. Biomasa: Es la totalidad de la materia de los organismos que habita en un lugar determinado. Blanqueamiento: Evento que ocurre en el arrecife, inducido por estrés, donde el coral expulsa sus zooxantelas y pierde su color distintivo, quedando transparente y exponiendo el color blanco de su esqueleto que se compone de carbonato de calcio.

Corales hermatípicos: Corales que poseen relaciones simbióticas con zooxantelas, producen exoesqueletos de carbonato de calcio y tienen la capacidad de formar arrecifes. Epífitas: Se refiere a cualquier organismo que crece sobre diferentes superficies (vivas y no vivas) utilizándolas como soporte, pero que no le causa daño directo (es decir, que no es parásito). Hábitat: Lugar o espacio que posee todas las condiciones adecuadas para que un organismo viva, se reproduzca y lleve a cabo todas sus funciones. Ión: Átomo o conjunto de átomos que están cargados eléctricamente por la pérdida o ganancia de electrones. Tolerancia térmica: Es la capacidad para aguantar calor. Zooxantelas: Algas microscópicas unicelulares que viven dentro del tejido de algunos invertebrados marinos. La mayoría son dinoflagelados pertenecientes al género Symbiodinium.

especialmente por la alta concentración de sales. Por otra parte, un aumento en la precipitación ayudaría a incrementar las tasas de crecimiento y la biodiversidad del bosque. Aumentaría, además, la diversidad de las zonas de mangle y en la colonización de los árboles en los bordes del bosque de manglar. Las áreas donde ocurre mayor precipitación, muestran que hay una mayor diversidad de manglares y una alta productividad. Esto ocurre por la entrada de sedimentos fluviales y nutrientes, y una disminución en la salinidad.

En el caso de los corales, un alza en la intensidad de las tormentas causaría un incremento en la turbidez y en la salinidad del agua de mar, impactando gravemente los corales. La frecuencia de las tormentas evitaría que los corales tengan tiempo de recuperarse entre eventos atmosféricos, causando una alta mortandad entre las poblaciones de algunas especies. Algunos de estos daños físicos, sin embargo, ayudarían a la dispersión de muchas de aquellas especies que se reproducen mediante fragmentación.

Como podemos observar, un aumento en la temperatura media podría ocasionar grandes efectos en los ecosistemas, ya que también puede producir precipitaciones intensas que causan grandes inundaciones urbanas y desbordamiento de ríos.

Tabla 4. Resumen del efecto de las manifestaciones del cambio climático en los ecosistemas marinos

Manifestaciones del cambio climático

Ecosistemas

Temperatura Aumento en el nivel del mar

Aumento en la concentración de CO2 Tormentas y precipitación

Manglares Se alteran los patrones de reproducción y el tiempo de florecimiento de algunas especies de mangle.

Se afecta el proceso de fotosíntesis.

Se altera la biodiversidad de las especies que habitan en el mangle. Con el alza en el nivel del mar, los manglares migran hacia tierra adentro.

Disminuye la amplitud del ecosistema por la cercanía a barreras humanas, tales como: diques, carreteras y edificaciones. El ritmo de crecimiento de los árboles de mangle aumenta.

También aumenta la productividad de algunas especies de mangle. No todas las especies responden igual al cambio y a otros factores ambientales, como la temperatura, la salinidad, los niveles de nutrientes. Estos pueden influenciar la respuesta de un manglar a los aumentos del CO2 en la atmósfera. Los fuertes vientos defoliarían (hace que se caigan las hojas) los árboles, afectando negativamente a grandes poblaciones de manglares.

Además, estas tormentas causarían estrés y alterarían la deposición de sedimentos y la erosión en los suelos de estos ecosistemas.

Tabla 4. Resumen del efecto de las manifestaciones del cambio climático en los ecosistemas marinos

Manifestaciones del cambio climático

Ecosistemas

Temperatura Aumento en el nivel del mar

Aumento en la concentración de CO2 Tormentas y precipitación

Hierbas marinas

Un incremento en la temperatura del agua causaría cambios en el metabolismo de las hierbas, lo que afectaría los patrones geográficos y la distribución y abundancia de las hierbas. El incremento en el nivel del mar afectaría a aquellas poblaciones que se encuentren en aguas más profundas por la disminución de la fotosíntesis. Aumento en la producción de fotosíntesis. El aumento de los sedimentos en el agua asfixiarían las hierbas marinas.

El oleaje fuerte constantemente dañaría las plantas.

También afectaría los florecimientos y la germinación de las semillas.

Arrecifes de coral

Causa estrés en los corales, provocando la expulsión de las zooxantelas, microalga que le da color y alimento. La concentración de CO2 causa una disminución en el pH del agua de mar, afectando el proceso de deposición de carbonato de calcio que realizan los corales. Aumento en la turbidez y la salinidad del mar.

Alteración en los patrones de migración, alimentación y reproducción de los animales

Las migraciones oceánicas

Los animales se desplazan a través de grandes distancias para dos propósitos: alimentarse y reproducirse. Son estos dos propósitos los que hacen que muchos organismos se muevan a través de todo el planeta durante su vida para cumplir con ambas necesidades, con el fin de la supervivencia de la especie.

En los océanos estas migraciones ocurren de dos maneras. Hay migraciones horizontales, donde los organismos se desplazan a través de largas distancias para buscar alimento o encontrar un lugar idóneo para reproducirse y tener sus crías. Estas migraciones son por temporada, es decir, estos organismos, dependiendo de la luz solar y la temperatura, se desplazan a latitudes que presenten condiciones idóneas para poder satisfacer estas necesidades. Como por ejemplo, las ballenas jorobadas que visitan Puerto Rico cada año, migran de latitudes polares y templadas donde buscan alimento, hasta latitudes tropicales para reproducirse y tener sus crías. Nadan largas distancias, desde Groenlandia hasta Puerto Rico, para poder completar sus ciclos de vida.

Figura 35. Este mapa muestra la ruta migratoria de las ballenas jorobadas en el Atlántico Norte.

Migración horizontal: Es el movimiento horizontal de varias especies para buscar los lugares óptimos para alimentarse y reproducirse.

Otros organismos, como los meros y otras especies de peces, migran a lugares específicos en los arrecifes para desovar. Estos peces liberan sus huevos y espermatozoides en el agua, y cuando se unen forman una larva. Esta larva pasa a ser parte del plancton y las corrientes marinas ayudan a desplazarlas a través de grandes distancias; eventualmente crecen y permanecen en una zona o área de criadero hasta convertirse en adultos. Una vez alcanzan la adultez y la madurez sexual, entonces estos juveniles nadan hasta encontrarse con individuos de la misma especie y poder comenzar un nuevo ciclo. De esta manera logran la subsistencia de la especie.

El otro tipo de migración que encontramos en los océanos, y que hace las migraciones oceánicas muy peculiares y diferentes a otras migraciones en tierra, es la migración vertical. Este evento ocurre diariamente en las aguas tropicales y templadas del mundo. Durante el día, el fitoplancton nada en la superficie, convirtiendo la energía solar en alimento a través de la fotosíntesis. Mientras que organismos más grandes, como el zooplancton, otros invertebrados y algunas especies de peces, permanecen en aguas más profundas evitando que la luz los ilumine y así escapar de los depredadores. Durante la noche, estos organismos que se escondían durante el día suben a la superficie en busca de alimento, recorriendo grandes distancias que fluctúan desde los 1,000 hasta los 3,000 pies de profundidad, dependiendo del tamaño y el tipo de animal. Este movimiento diario a través de la columna de agua es considerado la migración en masa más grande en el planeta.

Figura 36. Este diagrama muestra las etapas del ciclo de vida y las migraciones en el arrecife de algunas especies de mero durante el desove.

Migración vertical: Es el movimiento vertical o perpendicular de organismos en el océano para realizar procesos importantes para su supervivencia, como por ejemplo, alimentarse. Plancton: Conjunto de seres minúsculos de origen animal (zooplancton) o vegetal (fitoplancton) presentes en aguas marinas y de lagos, que constituyen el alimento básico de diversos animales superiores.

Zona eufótica 0 a 100 m

Fitoplancton

Zona mesopelágica 100 a 1,000 m

Fitoplancton

Zooplancton Zooplancton

Figura 37. Esta ilustración muestra la migración vertical de distintos organismos para realizar varios procesos que les permiten sobrevivir, como por ejemplo, alimentarse.

¿Cómo el cambio climático afectaría estas migraciones?

El cambio climático, con las alzas en temperatura, comenzaría afectando el eslabón más importante en la cadena alimenticia del océano: el plancton. Las temperaturas altas probablemente afectarían la diversidad y la distribución de estas especies, que son de gran importancia, no solo para organismos más grandes, sino también para el planeta. Con el cambio en temperatura, los ciclos de carbono, nitrógeno y fósforo en el agua de mar se verían afectados y provocarían un impacto negativo en estos organismos. Datos científicos recientes, basados en modelos, demuestran que estas especies se verían afectadas. Sin embargo, es aún muy difícil predecir cuales serían las consecuencias de este cambio. De ocurrir una disminución en el plancton, se verían afectadas las migraciones diurnas verticales y las migraciones de organismos más grandes, como las ballenas, ya que no encontrarían comida para poder sobrevivir.

Otro impacto en estos organismos surgiría por la acidificación oceánica. Muchas especies de fitoplancton y zooplancton se verían afectadas por la disminución de pH en el océano, algunas especies desaparecerían, mientras que otras prosperarían, cambiando el balance ecológico en el océano. Muchas de las especies de plancton, como los cocolitóforos, se verían perjudicadas, ya que sus cuerpos están compuestos de carbonato de calcio.

Se espera que debido al cambio en temperatura, especialmente en aguas tropicales, la gran mayoría de las especies comenzarían a migrar hacia los polos, buscando aguas con temperaturas más agradables. Esto no solo pasaría con la macrofauna, sino también con otros organismos como el plancton.

Fitoplancton: Es un organismo plantónico de origen vegetal, son microalgas que obtienen su energía y nutrientes a través de la energía solar por el proceso conocido como fotosíntesis y por ello, casi siempre se encuentran cerca de la superficie del agua. El fitoplancton constituye el primer eslabón de la cadena alimenticia de los sistemas acuáticos. Zooplancton: Plancton marino, caracterizado por el predominio de organismos animales, como los crustáceos.