Volumen 6 - Nº34 - 1996 |
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Revista de Divulgación Científica y
Tecnológica de la |
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ARTICULO Aguas de Surgencia Jean Louis Valentin |
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INSTITUTO
DE BIOLOGIA, UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO |
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En
los océanos, el afloramiento de aguas frías profundas, como el que tiene
lugar frente a la costa del Perú y el que dio su nombre al cabo Frío en
el Brasil, es fuente de vida. Cuando se discuten las fuentes de energía y de alimentos disponibles en el mundo, es común oír la afirmación de que el mar es fértil. ¿Cómo explicar; entonces, que constituya la fuente de sólo el 2% de las necesidades humanas de proteínas? Por dos razones. La primera es que todavía no tuvo lugar en el mar algo equivalente a la revolución agrícola que, hace diez mil años, cambió el destino de nuestra especie en los continentes. En los océanos, en la mayoría de los casos, el hombre continúa actuando como cazador y depredador de los recursos vivos, considerados renovables hasta que se agotan. La cría o cultivo de organismos marinos es, por ahora, incipiente. La segunda razón es que la riqueza del mar se encuentra distribuida de manera muy heterogénea: el 90% de los peces se concentra en fajas costeras, sobre las plataformas continentales -el prolongamiento sumergido de los continentes, hasta la profundidad de unos doscientos metros-, que constituyen menos del 10% de la superficie de los océanos; la mitad de esa riqueza se encuentra en áreas en las que ocurre el fenómeno del afloramiento o surgencia de las aguas, las que representan sólo un 1% de la superficie del mar; pero son verdaderos oasis, comparadas con el resto de las zonas oceánicas, que no pasan de ser vastos desiertos.
Figura
1. PORE EL EFECTO DE LA FUERZA DE CONRIOLIS, ORIGINADA EN LA ROTACIÓN DE
LA TIERRA, UNA COLUMNA DE AGUA EN MOVIMIENTO EXPERIMENTA UNA ROTACIÓN DE
90º CON RELACIÓN A LA DIRECCION DEL VIENTO QUE LA CAUSÓ Y QUE SOPLA A
LO LARGO DE LA COSTA (EFECTO LLAMADO TRANSPORTE DE EKMAN) DE
La
surgencia (en inglés, upwelling), según los oceanógrafos, es un
desplazamiento ascendente de aguas marinas, si bien el fenómeno también
puede ocurrir en lagos naturales y embalses de agua dulce. Para entender cómo
se produce, conviene recordar algunos conceptos de oceanografía física.
EI viento que sopla en la superfície del mar provoca, además de olas,
corrientes de aguas superficiales. lamadas corrientes de deriva, cuyo
desplazamiento se transmite, por fricción, a los estratos acuáticos que
están algo por debajo de la supenfície. La dirección de esas corrientes
sufre la influencia de la fuerza o efecto de Coriolis, cuya causa es la
rotación de la Tierra (véase "Laplace y
los geómetras", CIENCIA HOY, 5, 28:17-24,1995). Una capa de
agua de aproximadamente 100m de espesor llamada capa de Ekman, que se
mueve coo consecuencia de lo explicado, sufre una torsión tal que termina
desplazándose en una dirección que forma un ángulo de 90° con respecto
a la del viento, hacia la derecha de este en el hemisferio norte, hacia la
izquierda en el sur (Fig. 1). Así, por
ejemplo, si un viento del norte soplara a lo largo de la costa atlántica
sudamericana, ocasionaria una deriva de las aguas superficiales en dirección
de mar adentro. Tal corriente sería compensada por otra de PRINCIPALES
CORRIENTES MARINAS Y ZONAS DE SURGENCIA COSTERA (SOMEREADO).
Debido
a que tienen lugar junto a los litorales, tales surgencias -las de mayor
importancia geográfica y económica- son llamadas costeros. Además de
las nombradas, existen numerosas otras, de menor amplitud, cuya repercusión
es más local, como la del cabo Frío, frente a las costas del estado
brasileño de Río de Janeiro, sobre la que el autor realizó su tesis
doctoral en la universidad de Aix-Marseille (L'écolagie du plancton dans
la remontée de cabo Frio, Brésil, l 983). Hay, incluso, afloramientos no
costeros, que ocurren en el medio de los mares, causados por divergencias
(o separaciones) de corrientes de deriva. El ejemplo más conocido de
estas es la divergencia del Pacífico ecuatorial, debido a los vientos
alisios. De todos los fenómenos marinos, este ascenso a la superficie de
una masa de aguas oceánicas profundas es el que trae mayores
consecuencias económicas. El agua de surgencia no solo se caracteriza por
su baja temperatura sino, también, y sobre todo, por su elevado contenido
de sales minerales, resultantes de la remineralización por bacterias de
restos orgánicos que se van acumulando en las capas más profundas de la
columna de agua. En el mar igual que en la tierra, la cadena alimentaria
se inicia con los vegetales, que sintetizan (es decir forman) materia orgánica
transformando la energía solar y asimilando nutrientes inorgánicos
disueltos en el agua. Tal lo que hacen el fitoplancton, nombre que reciben
ciertos organismos unicelulares que flotan en el agua, y el fitobentos,
algas, generalmente macroscópicas y pluricelulares, que se fijan a
arrecifes rocosos y al fondo marino. Los herbívoros (o consumidores
primarios) que se alimentan de esos organismos conforman el segundo nivel
de la cadena; sufren la depredación de los carnívoros ---
-peces, en el mar-, en una serie de niveles tróficos en que puede
intervenir la especie humana. En los trópicos, a pesar de la intensa
luminosidad, las aguas calientes de la superficie, que forman la llamada
estructuro tropical típica, son muy pobres en fitoplancton, porque les
faltan sales minerales, abundantes en los estratos marinos profundos. Con
el afloramiento de aguas se cumplen todos los requisitos para que pueda
existir una activa producción biológica, que se traduce, al final de la
cadena, en una mayor biomasa pesquera (Fig. 3). Tal vez, el ejemplo más
notable de ese proceso, ya clásico, es la surgencia del Perú,
responsable de que existieran allí las mayores pesquerías del mundo,
que, en 1972, llegaron a rendir doce millones de toneladas, principalmente
compuestas por la anchoveta Engraulis ringens, equivalentes entonces al
22% de la captura mundial. El afloramiento del Perú también dio lugar a
que hubiese en la región una importante fuente
de fertilizantes, ya explotada por los incas, constituída por el guano de
aves marinas, atraídas en gran número por la abundancia de peces. La
mayor parte de lo pescado se usaba para fabricar harina, a su vez
utilizada para alimentación animal en América y Europa (Perú producía
los dos tercios de la harina de pescado del mundo). DIAGRAMA
ESQUEMATICO DEL CICLO DE LA ENERGIA EN UN ECOSISTEMA DE SURGENCIA DE
AGUAS, POR EFECTO DEL
VIENTO. LOS NUTRIENTES CONTENIDOS EN LAS OSCURAS AGUAS PROFUNDAS
LLEGAN A LA ILUMINADA CAPA SUPERFICIAL. TAL ENRIQUECIMIENTO DE ESTA
PRODUCE LA PROLIFERACIÓN DE FITOPLANCTON (UNICELULAR) Y FITOBENTOS
(PLURICELULAR), QUE CONSTITUYEN LA BASE DE LA CADENA ALIMENTARIA, SOBRE LA
CUAL PROSPERAN LOS DEMAS ELEMENTOS QUE LA FORMAN (HERBIVOROS Y
CARN!VOROS). LUEGO DE MUERTOS, LOS ORGANISMOS SON NUEVAMENTE TRANSFORMADOS
EN NUTRIENTES POR ACCIÓN DE LAS BACTERIAS, EN UN PROCESO DE
REMINERALIZACIÓN.
Fitoplancton Marino
CRECIMIENTO
Y DECLINACIÓN, EN LOS AÑOS SESENTA Y SETENTA, DE LA PESCA DE LA ANCHOITA
EN EL PERU Y SU EFECTO SOBRE EL PRECIO DE LAS HARINAS DE PESCADO (1) Y DE
SOJA (2) EN EL MERCADO INTERNACIONAL.
Pero,
como lo muestra la figura 4, la producción pesquera del Perú cayó
fuertemente a partir de 1973 (año en que no alcanzó los dos
millones de toneladas) y ocasionó un salto igualmente fuerte en el precio
de la harina de pescado en el mercado internacional, que se extendió al
de la harina de soja. La causa era doble: la excesiva pesca afectó casi
irreversiblemente el stock reproductivo de la anchoveta y las condiciones
ambientales se alteraron debido al fenómeno del Niño, que ocurre
cuando una corriente de agua ecuatorial caliente impide el afloramiento de
aguas profundas frente a la costa del Perú. Como habitualmente tiene
lugar cerca de la Navidad, recibió el nombre mencionado, pero puede
prolongarse en el tiempo, con efectos desastrosos para la pesca e
influencias perniciosas sobre el clima de vastas regiones del continente
americano. La temperatura anormalmente elevada de las aguas del Pacífico,
que lo ocasiona, provoca fuerte nubosidad y, con ella, lluvias que
originan inundaciones en ciertos lugares, mientras ocurren sequías en
otros. Debido a esa dramática reducción de la pesca peruana, el fenómeno
de la surgencia despertó tal interés que investigadores de todo el mundo
se reunieron en diversos simposios y organizaron programas orientados a
recopilar e intercambiar datos, establecer modelos de previsión y
estudiar las consecuencias. El acervo de información obtenida sirve para
buscar el fundamento científico sobre el que apoyar una explotación
racional de los ecosistemas de afloramiento costero, como el mencionado
del cabo Frío, el principal del Brasil. En verano, en la playa atestada
de turistas de Arraial do Cabo, pequeña ciudad de pescadores a 1 5km del
cabo Frío, no es raro que a veces sólo pocos se atrevan a entrar en las
aguas verdes y tranquilas, que contrastan con el blanco luminoso de la
arena de sílice puro. La temperatura del agua, que en tales casos oscila
entre los 1 5°C y los 1 8°C, sorprende al visitante desprevenido, quien,
debido a la latitud tropical y al calor intenso, espera un mar de por lo
menos 24°C. Esa diferencia entre la temperatura esperada y la real,
llamada anomalía térmico negativa, se debe al fenómeno de surgencia, idéntico
en sus principios, procesos y consecuencias- al que tiene lugar en los
grandes afloramientos de aguas del mundo. Desde antiguo se comprobó que
se producía una surgencia en la región del cabo Frío. Una carta marina
del siglo XV, de navegantes portugueses, mostraba un cabo denominado Capo
Frígido en la latitud 23° S de
la costa brasileña,
en el cual se había constatado una anomalía térmica negativa.
VARIACIÓN
DE LAS TEMPERATURAS Y CORRIENTES MARINAS EN EL FENÓMENO DE SURGENCIA DE
AGUAS PROFUNDAS EN LA PLATAFORMA CONTINENTAL DE LA REGIÓN DEL CABO FRIO.
A: EN INVIERNO, LOS VIENTOS DEL SUDOESTE, LUEGO DE PASAR UN FRENTE FRJO,
MANTEENEN LAS AGUAS PROFUNDAS POR DEBAJO DE LOS TRESCIENTOS METROS,
MIENTRAS LAS CALIENTES SE ACERCAN A LA COSTA~ B y C: EN PRIMAVERA Y
VERANO, LOS VIENTOS DEL NORDESTE PROVOCAN UN DESPLAZAMIENTO DE AGUAS
SUPERFICIALES HACIA MAR ADENTRO, POR EL PROCESO QUE ESQUEMATIZA LA FIGURA
1, Y UN ASCENSO PROGRESIVO DE LAS AGUAS PROFUNDAS MAS FRJAS, QUE PUEDEN
LLEGAR A AFLORAR EN LA SUPERFICIE. Una medusa o agua viva
Sin
embargo, sólo en 1936 -con la expedición del navío oceanográfico alemán
Meteor- se comprobó científicamente la existencia de temperaturas
anormalmente bajas en el litoral del Brasil, en especial, en la región
indicada. En las dos últimas décadas se intensificó la investigación
oceanográfica, gracias, en parte, a los esfuerzos del almirante Paulo de
Castro Moreira da Silva, pionero de la oceanografía brasileña, que
impulsó los estudios del afloramiento de aguas en el área y su aplicación
a la producción de alimentos, y cuya muerte, en 1983, condujo a que también
se extinguiera la llama de la ciencia que mantenía vivo el sueño de las
investigaciones. Para comprender mejor el origen, los procesos, la extensión
geográfica y las consecuencias de la surgencia del cabo Frío, es
necesaria alguna información sobre las corrientes y masas acuáticas
observadas frente al litoral brasileño. Las aguas del mar están en
constante movimiento. Dos masas hídricas de temperaturas o salinidades
distintas no se mezclan, en virtud de su diferencia de densidad, y pueden
moverse una con independencia de la otra. Las aguas de la superficie oceánica
se desplazan en las grandes corrientes ciclónicas que constituyen el
sistema de circulación general de los océanos. En el Atlántico sur,
sobre la plataforma continental brasileña fluye la corriente del Brasil,
masa de agua caliente tropical que serpentea a lo largo del talud
continental, donde termina dicha plataforma y comienza el brusco descenso
hacia las grandes profundidades marinas. Tal corriente proviene del
ecuador y, a la altura del río de la Plata, se encuentra con las aguas frías
de la corriente de las Malvinas, que se origina en el sur. Este encuentro
da lugar a la llamada convergencia subtropical, que toma dirección hacia
el este. Con la corriente fría de Benguela, que recorre la costa africana
de sur a norte, y la ecuatorial, que toma la dirección del oeste, se
completa el sistema de circulación ciclónica del Atlántico sur. En la
convergencia subtropical, parte de las aguas de la corriente fría de las
Malvinas, con temperaturas menores y densidades mayores que el resto del
océano, se sumerge por debajo de la corriente cálida del Brasil y da
lugar a que se forme la corriente central del Atlántico sur (CCAS), entre
las del Brasil y la llamada del agua antártica intermedia, que es más
profunda (corre a más de 800m de la superficie) y más fría (5°C). Es
dicha CCAS la que añora en la zona del cabo Frío, en dos fases, como se
advierte en la figura 5. En la primera, de carácter estacional, va más
allá del talud continental e invade el fondo de la plataforma, donde
permanece de abril a agosto, mientras la corriente del Brasil se mantiene
apartada de la costa. En la segunda fase, durante la primavera y el
verano, actúan los vientos locales del este, de frecuencia e intensidad
altas, y provocan la subida a la superficie de las aguas de la CCAS. El
cambio de dirección de los vientos, del noreste al sudoeste, como
consecuencia del pasaje de frentes fríos, provoca el fenómeno inverso,
llamado subsidencio -en inglés, subsidence-: las aguas calientes retornan
gradualmente a la costa e inducen el regreso de la CCAS a las
profundidades. Habría, así, dos tipos de surgencias: uno causado por
vientos locales y el otro, por el viento vinculado a los cambios más
extendidos de clima, doble mecanismo que explica la periodicidad del
afloramiento de aguas en el cabo Frío, casi permanente entre septiembre y
marzo, y esporádico o inexistente durante el otoño y el invierno. Por
tal razón, paradójicamente, las aguas del cabo Frío son más frías (y
más ricas en nutrientes) en verano que en invierno (Fig.
6). Un factor
topográfico es la causa de que la surgencia sea más intensa en la zona
del cabo Frío. La costa cambia de dirección: pasa del sentido norte-sur
al este-oeste y con la inflexión, provoca que haya una zona de
divergencia con la corriente del Brasil. En toda divergencia se produce un
área de menor presión, que facilita el ascenso de las aguas profundas a
la superficie. En adición, se advierte un cambio del perfil de la
plataforma continental, que pasa de ser angosta y escarpaca al norte del
cabo Frío a más ancha y con talud suave al sur lo que facilita también
a penetración de las aguas de la CCAS. EI fenómeno de la sugerencia no
se limita a la zona de cabo Frío. Cuando las aguas de a CCAS alcanzan la
superficie, el viento del nordeste las impulsa hacia el sudoeste. Con
ello, se diseminan por un área geográfica más extensa, al punto de que,
con frecuencia, se registran aguas frías en las playas de la ciudad de Río
de Janeiro e, incluso, más lejos. lnvestigaciones del instituto oceanográfico
de la universidad de São Paulo han confirmado la presencia de la CCAS en
el sur de estado de Río de Janeiro, donde llega a la plataforma pero no
alcanza la superficie. Por su influencia sobre los nutrientes, las
temperaturas y las corrientes, el afloramiento de aguas del cabo Frío
ocasiona cambios directos e indirectos en la economía regional y, a
veces, hasta en la nacional. Por de pronto, la cadena alimentaria
originada en el enriquecimiento de las aguas en nutrientes dio lugar a una
intensa multiplicación de sardinas (Sardinella brasiliensis), las cuales,
sin embargo, han declinado en forma significativa, sin signos de
recuperación, no se sabe si por excesiva pesca, por el debilitamiento de
la surgencia o por una combinación de ambas causas. El impacto térmico
de la surgencia se manifiesta en la flora y la fauna de la región, que
tomaron características subtropicales y templadas. Es el caso del alga
Laminaria, de gran porte (hasta 5m de largo), descubierta en 1965 y
frecuente en las costas rocosas de mares fríos y templados. Tiene
importante interés económico, porque se le puede extraer ácido algínico
(cuya fórmula es [C6H8O6] x),
que se usa -generalmente como sal, llamada alginato en numerosos procesos
productivos en las industrias textil, plástica, de colorantes, médica,
alimentaria y otras. El alga forma extensos bancos en la plataforma
continental sudeste del Brasil, entre cuarenta y noventa metros de profundidad,
en áreas en que la presencia constante de la CCAS en el fondo de la
plataforma y la baja luminosidad crean un ambiente de clima templado. En
general, se puede decir que la biodiversidad de la región del cabo Frío
refleja la influencia que tiene la surgencia en los diversos componentes
del ecosistema marino. Gracias a ella, la biota (conjunto de seres vivos
en un hábitat determinado) oceánica de la región se enriquece con la
presencia de especies propias de aguas más frías, que normalmente estarían
en las profundidades o en las zonas costeras de la Argentina. El
afloramiento de agua fría profunda entre septiembre y marzo favorece que
migren a la superficie organismos encontrados, por lo común, lejos de
esta, como el calamar cefalópodo del género Loligo, objeto de importante
actividad pesquera. En las playas del estado de Río de Janeiro ocurren
otros efectos de la surgencia, que suelen llamar la atención. A veces, el
agua se torna oscura, de un tono marrón verdoso, por la abundancia de
microalgas. Cuando el cambio de color es provocado por especies tóxicas,
el fenómeno, llamado marea roja, puede acarrear consecuencias dañinas
para el ambiente y el hombre. Otras veces, las aguas cálidas y calmas de
la playa albergan grandes cantidades de medusas o aguas vivas, animales
carnívoros, de aspecto poco atractivo, depredadores de alevinos de peces
y otros pequeños organismos, que son capaces de causar irritaciones cutáneas
serias a las personas. Esas mismas aguas calientes suelen estar, ciertos días,
densamente pobladas de salpas, pequeños organismos (1 cm) marinos
inofensivos, de consistencia gelatinosa, pertenecientes al grupo de los
tunicados, que viven unidos en cadenas y se alimentan de fitoplancton. Su
abundancia puede ser tal que cubran toda la superficie del agua con una
capa viscosa, la que termina sobre la arena, arrojada por la rompiente. La
aparición de grandes concentraciones de tales organismos vegetales y
animales en la superficie de las aguas es consecuencia de la fertilización
de ciertas áreas, causada por los nutrientes arrastrados por la
surgencia, como también de la estratificación térmica de la columna de
agua, es decir de la superposición de una capa superficial de agua más
caliente sobre una masa de agua fría. La termoclina, o franja de mayor
variación de temperatura, llega a la superficie con la más alta riqueza
de plancton y demás elementos de la cadena alimentaria. La figura 7
explica el ascenso de aguas profundas y sus consecuencias sobre la
distribución vertical de nutrientes. Adviértase que, cuando la surgencia
alcanza su máxima intensidad, el fitoplancton está por completo ausente,
pues no tuvo tiempo de constituirse en aguas provenientes de las
profundidades, donde no hay luz (se dice que las capas marinas situadas
por debajo de los 200m de la superficie son afóticas: carentes de luz).
Si el viento las desplaza hacia mar adentro, a cierta distancia de la
costa adquieren fitoplancton (Fig. 8) y, a veces, si el viento o las
corrientes también, ese plancton producido lejos de la costa es llevado a
esta; son las aguas viejas de los pescadores. que traen muchos peces. Variación anual de temperatura (ocre) y de contenido de nitrato (negro) en las aguas superficiales de la región del Cabo Frío (media mensual). Observese que las aguas frias de surgencia alcanzan la capa superficial en los meses de la primavera y el verano australes, entre septiembre y marzo, y llevan con ellas gran cantidad de nutrientes.
Distribución
vertical de la clorofila (sector de color gris más claro, en todos los
casos) y de la temperatura (línea de puntos) con el ascenso de las aguas
profundas. El sector de color gris más oscuro (en los tres dibujos
centrales) indica la posición de la termoclina, o zona en la que se
registra la mayor variación de temperatura, que separa las aguas
superficiales más calientes de las profundas frías. VARIACIÓN
DE LA TEMPERATURA Y DE LA CANTIDAD DE FITOPLANCTON
A
pesar de su magnitud, bastante más modesta que los importantes
afloramientos de aguas del mundo, las surgencias que tienen lugar frente
al litoral sudeste del Brasil repercuten de manera significativa sobre esa
región. En materia económica, tienen una influencia directa sobre la
producción pesquera y las perspectivas de explotación de otros recursos
bióticos (es decir; relativos a los seres vivos), ya sea productos
naturales o cultivados; también favorecen indirectamente, por el
microclima que crean, la producción de sal a partir del agua de mar. En
cuanto al ambiente, contribuyen al enriquecimiento de la flora y fauna
marinas de la región, al aumento de la biodiversidad y a la asociación
de especies tropicales y subtropicales en comunidades bióticas de gran
interés para los estudios ecológicos; por otro lado, estas corrientes
que vienen de lo profundo constituyen un obstáculo para proyectos que
contemplen eliminar desechos domésticos o industriales tirándolos al
mar. Por último, las surgencias crean condiciones climáticas que
modifican el paisaje regional y lo hacen más atractivo para el turismo,
pero, al mismo tiempo, por su acción fertilizante, pueden alterar las
características bióticas de las aguas costeras, con consecuencias no
siempre favorables (como sucede cuando se producen mareas rojas). Las
surgencias costeras
constituyen ecosistemas complejos por la indefinición de sus límites
espaciales Salpa, Organismo del alrededor de 1 cm que integra el zooplancton y aparece en grandes concentraciones durante el afloramiento de aguas profundas.
LECTURAS
SUGERIDAS JOLY,
A.B & OLIVEIRA FILHO, E.C. de I967 "Two BraziIian Laminarias,
Publ. Inst. Pesq. Marinha, Río de janeiro |
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