Un ecosistema se define como una comunidad de seres vivos cuyos procesos vitales se relacionan entre sí y se desarrollan en función de los factores físicos de un mismo ambiente. Los ecosistemas polares, por tanto, son comunidades de seres vivos que se sitúan en las remotas regiones polares del planeta, es decir, en el Polo Norte (Ártico) y en el Polo Sur (Antártida). Aunque ambos se caracterizan por las bajas temperaturas, existen grandes diferencias: la Antártida es un continente cubierto por una capa de hielo de 4 km de grosor, mientras que el Ártico es una extensión de agua helada.
Hielo Marino y Glaciares: Conceptos y Consecuencias del Deshielo
Diferencias Fundamentales
Es crucial entender la diferencia entre el hielo marino y los glaciares. El hielo marino se forma y se derrite únicamente en el océano. Por otro lado, los glaciares se forman en la tierra. Los icebergs son trozos de hielo glacial que se fraccionan de los glaciares y caen al océano.
Impacto en el Nivel del Mar
Cuando los glaciares se derriten, el agua que almacenan en tierra se desplaza hacia el océano, aumentando significativamente la cantidad de agua, lo que contribuye al aumento global del nivel del mar. El hielo marino, sin embargo, se comporta como los cubitos de hielo en un vaso de agua: cuando se derriten, no cambian directamente el nivel del agua en el vaso. Debido a que el hielo marino se forma a partir del agua de mar sobre la que flota, se comporta como un cubo de hielo en un vaso de agua. Al igual que ese cubo de hielo, que no cambia el nivel del agua del vaso cuando se derrite, el derretimiento del hielo marino en el Ártico no cambia drásticamente el nivel del mar. Es el derretimiento del hielo terrestre -por ejemplo, de las capas de hielo de Groenlandia o la Antártida- lo que sí contribuye al aumento del nivel del mar.
Amenazas y Consecuencias del Deshielo Marino
La disminución del hielo marino del Ártico provoca una serie de consecuencias devastadoras. Por ejemplo, significa una menor superficie de hielo disponible que sirve como plataforma, tanto para las morsas al salir del agua, como para los osos polares que la aprovechan para cazar. Otro efecto son los cambios en los sistemas climáticos alrededor del mundo debido a la alteración del patrón de la corriente en chorro.
El Ártico: Un Ecosistema en Transformación
Monitoreo del Hielo Marino
Desde principios de 1900, muchos glaciares alrededor del mundo se han estado derritiendo rápidamente, siendo las actividades humanas la causa medular de este fenómeno. Una manera en que los científicos monitorean el cambio climático es midiendo la extensión del hielo marino, que es el área de hielo que cubre el océano Ártico en un momento dado. La NASA y el Centro Nacional de Datos de Nieve y Hielo en Boulder, Colorado, utilizan satélites para observar la extensión del hielo marino. Durante las últimas décadas, la extensión del hielo marino del Ártico ha disminuido abruptamente durante todo el año, especialmente a finales del verano, cuando alcanza su mínimo anual.
La NASA ha rastreado la extensión mínima (generalmente en septiembre) y máxima (generalmente en marzo) de hielo marino desde 1978. La doctora Rachel Tilling, científica especialista en hielo marino de la Universidad de Maryland y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, ha señalado que “en los últimos 15 años, hemos visto las 15 extensiones mínimas de hielo marino más bajas”. La extensión mínima del hielo marino del Ártico ahora está disminuyendo a una tasa del 13,1% por década. Es probable que este ritmo se acelere debido al calentamiento inducido por el cambio climático y al ciclo de retroalimentación hielo-albedo.
El Efecto Albedo y el Calentamiento del Ártico
El efecto albedo describe la capacidad de la superficie del hielo blanco para reflejar la luz solar terrestre de regreso al espacio, redirigiendo la energía solar lejos del océano y manteniendo más fría el agua de mar debajo del hielo. Sin embargo, a medida que disminuye la capa de hielo marino debido al calentamiento global, el agua de la superficie, de color más oscuro, queda expuesta para absorber la luz solar. Esto conduce a un círculo vicioso, un "bucle de retroalimentación" deshielo-calentamiento, en el que el calentamiento provoca el deshielo del hielo marino, lo que lleva a un mayor calentamiento. Este bucle ha tenido un notable impacto en el Ártico, que se está calentando a un ritmo más de dos veces superior al del calentamiento global. Desde finales de la década de 1970 hasta 2022, se han derretido más de 2 millones de kilómetros cuadrados de hielo marino ártico, una superficie seis veces mayor que la de Alemania.
Ciclo y Tipos de Hielo Marino
El hielo marino se forma en los fríos meses de invierno, cuando el agua de mar se congela en bloques gigantes de hielo flotante, y luego se derrite parcialmente en los cálidos meses de verano. Cada año, algo de hielo sobrevive al deshielo del verano. Una vez que llega el invierno, más agua se congela y se convierte en “hielo de varios años”, más espeso y fuerte. El hielo del primer año es más delgado y tiene más probabilidades de derretirse, fracturarse o incluso ser barrido del Ártico. Con más hielo derritiéndose cada año, hay menos hielo de varios años que se recupera.
Biodiversidad y Red Trófica del Ártico
“Existe un ecosistema enorme que se ve afectado por los cambios en el hielo marino”, según la Dra. Tilling. Cuando el agua se congela, el hielo de agua dulce se forma y el agua salada concentrada se queda atrás y forma canales de agua. Esta agua densa y salada puede hundirse hasta el fondo del océano. El agua descendente en un lugar se compensará con un movimiento ascendente en otros lugares, lo que da como resultado que el agua más rica en nutrientes circule hacia la superficie. Esos nutrientes son esenciales para el fitoplancton microscópico, que luego es consumido por peces y animales.
El Océano Ártico es el hogar de muchos organismos, desde bacterias, fitoplancton y algas, hasta animales grandes como las ballenas, los osos polares e incluso los humanos. Cerca del Polo Norte, el hielo permanece congelado año tras año, a esto lo llamamos hielo multianual. En las zonas costeras el hielo se derrite cada verano.
En tierra en el Ártico (en el norte de Canadá, Alaska y Rusia, por ejemplo), no hay mucha vida vegetal porque no puede crecer a través del suelo congelado. A veces, el suelo se congela permanentemente por debajo de una profundidad poco profunda, lo que se denomina permafrost. Solo las plantas con raíces poco profundas, como las gramíneas de tundra y los musgos, pueden crecer aquí. Un pedazo de mar está coloreado por las algas que viven en el hielo. Las algas realizan fotosíntesis para convertir el dióxido de carbono (CO2) en azúcares utilizando la energía de la luz solar. El fitoplancton, tan diminuto que normalmente se necesita un microscopio para verlo, sirve como base de la red alimenticia. Normalmente se encuentra en el agua, pero como el Océano Ártico está cubierto por hielo durante la mayor parte del año, también se encuentra dentro del hielo. Las algas del hielo marino son consumidas por el zooplancton para sus propias necesidades nutricionales.
En la red alimenticia del Ártico, algunas ballenas tienen dientes especiales llamados barbas. Las ballenas barbadas, como las ballenas cabeza de arco, toman una gran cantidad de agua, cierran la boca y luego expulsan toda el agua hacia afuera entre sus dientes especiales. La gente de la vertiente norte de Alaska, llamada Iñupiat, cosecha un cierto número de ballenas Bowhead cada año, dependiendo de ellas para alimentarse por generaciones, especialmente en áreas remotas donde la comida es cara y escasa.
En el otoño, las temperaturas descienden y el océano comienza a congelarse. Hay poca luz para la fotosíntesis durante el invierno en el Alto Ártico, lo que dificulta el crecimiento del plancton y la disponibilidad de alimento. Las algas comienzan a hacer la fotosíntesis y vuelven a crecer una vez que la luz solar está disponible a fines del invierno. El agua de mar es muy rica en nutrientes y puede descargarse en los canales de salmuera, suministrando a las algas del hielo marino los nutrientes necesarios para crecer. Esto hace que las algas (y el tiempo que pasan creciendo mientras están atrapadas en el hielo) sean muy importantes para el ecosistema ártico.
La Antártida: Un Continente de Extremos
Características y Adaptaciones
La Antártida es un continente de extremos climáticos, con bajas temperaturas y extremos en iluminación, desde permanente oscuridad en los meses de invierno a 24 horas de luz en el verano. Los organismos marinos se han adaptado a esta variabilidad en las condiciones ambientales y las características de adaptación comparten cierta similitud con organismos de agua dulce en zonas de alta latitud y altitud. Una característica fundamental de los ecosistemas polares es la escasa presencia de seres humanos, lo que explica la existencia de grandes animales, sobre todo en las zonas sumergidas.
El Krill Antártico: Pilar del Ecosistema
Una curiosidad del ecosistema antártico es que en él se encuentra una de las especies más abundantes del planeta: el krill. Las placas de hielo sirven de zonas de cría para estos organismos que forman parte del menú del día de focas, aves o ballenas. Este pequeño crustáceo es la base de la dieta antártica.
Variabilidad del Hielo Marino Antártico
A diferencia del Ártico, donde el cambio climático está reduciendo rápidamente la extensión del hielo marino, el hielo marino antártico no muestra una tendencia clara. Desde 1979 hasta 2015, la cubierta de hielo marino antártico aumentó casi sistemáticamente cada año, mientras que en 2016 la extensión del hielo marino antártico disminuyó drásticamente. En 2023, se batieron récords al registrarse la extensión de hielo marino antártico en verano más baja de la historia, con sólo 2,06 millones de kilómetros cuadrados de cobertura de hielo marino.
Zonas Geográficas Específicas de la Antártida
La combinación de los eventos climáticos con la orografía y las condiciones oceánicas a ambos lados de la Península Antártida provee un ejemplo clásico de esta variabilidad. Al este de la península, en el noroeste del Mar de Weddell, las temperaturas del aire son varios grados centígrados más frías, con abundancia de hielo marino y aguas marinas más frías que al oeste de la península. La baja temperatura presente al este permite la existencia de barreras de hielo, o extensiones de glaciares continentales que, como ríos de hielo, llevan agua dulce congelada hacia el mar. La región del oeste del Mar de Weddell se caracteriza por estar cubierta de hielo marino durante el invierno y muchas veces también durante el verano. El hielo se forma en el mismo Mar de Weddell y, además, es transportado por las corrientes que giran en la misma dirección a las agujas del reloj, entrando por el este, circulando hacia el sur y luego hacia el oeste y finalmente hacia el norte, siguiendo el contorno de la costa. El hielo marino puede entonces acumularse y crecer por más de 1 ó 2 años, dando como resultado un hielo grueso y deformado. En presencia de una cubierta de nieve, el hielo de mar limita la transmisión de luz a las aguas superficiales, impidiendo el crecimiento de fitoplancton. El fitoplancton antártico se caracteriza por la abundancia de diatomeas, microalgas unicelulares envueltas en una estructura de vidrio (sílice) presentando una gran diversidad de formas y tamaños.
Desintegración de Barreras de Hielo y sus Efectos
El Caso de la Bahía Larsen
Durante el verano austral de 2001-2002, las condiciones ambientales facilitaron la desintegración de la barrera de hielo que había perdurado por más de 10.000 años en la Bahía Larsen B. Temperaturas atmosféricas más cálidas que lo normal causaron fisuras en la barrera de hielo y derritieron la superficie. El agua penetró por las fisuras, extendiéndolas, hasta llegar a la base, rompiendo así la masa de hielo. Este hielo se distribuyó en el mar en forma de millones de témpanos de diversos tamaños. El rompimiento de la barrera Larsen B siguió un patrón de procesos de deshielo iniciados en 1947, y eventos similares ocurrieron en Larsen A en 1996 y, más recientemente, en 2017, un gran témpano se desprendió en Larsen C.
Impacto en los Ecosistemas Submarinos
Sin la presencia de la barrera de hielo, las aguas de la región costera se exponen a la atmósfera y a la luz del sol, permitiendo así el crecimiento de microalgas y la producción de carbono orgánico que sirve de alimento para animales y bacterias. Antes del rompimiento, el ecosistema bajo el hielo se caracteriza por una baja abundancia y diversidad de organismos, siendo estos ambientes poco conocidos debido a su inaccesibilidad.
En ausencia de fitoplancton local, una variedad de fuentes de carbono puede alimentar comunidades desarrolladas en la oscuridad. Por ejemplo, en el Mar de Ross, la muerte de peces mantiene crustáceos móviles que se alimentan de cadáveres, como anfípodos, isópodos, copépodos y algunos peces. Cuando el carbono suspendido entra por debajo de la barrera por medio de las corrientes, una comunidad sésil puede establecerse, incluyendo briozoos, equinodermos y esponjas. Investigaciones sugieren que debajo de la barrera del Larsen B, la producción local pudo haber sido quimio-autotrófica, con el gas metano, presuntamente originado de las rocas, subiendo a superficie y alimentando bacterias anaeróbicas y almejas “vesicomyds”.
El rompimiento de estas barreras origina una oportunidad única para estudiar el desarrollo de ecosistemas antárticos costeros. Poco se sabe sobre la tasa de evolución de los organismos bajo el hielo o cómo la escorrentía glacial impide la incidencia de la luz en el medio ambiente costero, alterando las condiciones para los productores primarios. Pocas especies pueden hacer frente a las condiciones de deshielo glacial, con muchos sedimentos y poca luz. En consecuencia, el derretimiento glacial ha diezmado los ecosistemas costeros de la Antártida. Este trabajo permitió obtener conocimientos fundamentales nuevos sobre cómo es probable que el cambio climático afecte a las comunidades marinas antárticas.
Recuperación y Productividad Post-Deshielo
Una vez que la barrera de hielo desaparece y los témpanos se alejan de las bahías, el agua de mar entra en contacto con la atmósfera, con posibilidad de producir carbono orgánico a través de la fotosíntesis del fitoplancton. Las microalgas planctónicas aparecen en esas aguas transportadas por las corrientes, invadiendo el nuevo ambiente en un período relativamente rápido. Su crecimiento será posible en el próximo verano, y si las condiciones ambientales son adecuadas, existe la posibilidad de un crecimiento local importante.
Imágenes satelitales han permitido determinar que el fitoplancton en las bahías de Larsen A y B, después del rompimiento de las barreras, presenta una distribución característica, con máxima concentración a 100-150 kilómetros de distancia de la costa. Los valores de productividad son similares a las más altas productividades del Océano Antártico. Esta alta acumulación de fitoplancton sugiere un balance positivo entre el crecimiento de microalgas y los mecanismos de pérdida, como el forrajeo por parte del zooplancton o la advección lateral. La presencia de fitoplancton en esta área es muy variable, observándose registros de hasta 8 mg m-3 de clorofila a (indicador de biomasa de fitoplancton) en algunos años, y otros donde los satélites no detectan clorofila a entre octubre y marzo. Esta alta variación interanual se debe a la variabilidad en la distribución de aguas abiertas, lo cual se presenta solamente en 6 de cada 10 veranos.
Polynyas: Zonas de Aguas Abiertas en el Hielo Marino
El término “polynya” (del ruso) describe un área oceánica de la zona costera antártica libre de hielo marino. Los procesos responsables de la formación de estas estructuras son diversos:
- El derretimiento de hielo, generalmente en localidades de aguas relativamente calientes, con temperaturas por arriba del punto de congelamiento del agua del mar (-1,84 grados centígrados).
- Fuertes vientos costeros del Sur que introducen el hielo ya formado hacia aguas profundas, permitiendo la formación de más hielo; este tipo de polynya es considerada una pequeña fábrica de hielo marino.
- La presencia de vientos relativamente más cálidos, con temperaturas por encima del punto de congelamiento, que empujan el hielo hacia aguas profundas, sin permitir la formación de nuevo hielo.
Las polynyas en las Bahías Larsen están formadas por vientos mistrales (o foehn) que bajan de las montañas de la Península Antártica hacia el Mar de Weddell. Su alta temperatura, a veces mayor de 10°C, y su alta velocidad, de más de 40 m s-1, producen no sólo el derretimiento del hielo marino sino también su desplazamiento a aguas más profundas, dejando así una zona de aguas abiertas cerca de la costa, o polynya. Analizando datos atmosféricos, es posible determinar la frecuencia de los vientos mistrales: durante el invierno y la primavera, desde junio a octubre, más del 40% de los días llegan a tener períodos de vientos mistrales. La variabilidad de estos vientos antárticos con respecto a su intensidad está relacionada a eventos atmosféricos del hemisferio sur.
Cadena Alimentaria y Transferencia de Carbono
Un ecosistema antártico costero maduro, desarrollado por miles de años, presenta una diversidad alta de fitoplancton, zooplancton, peces, aves (por ejemplo, pingüinos) y mamíferos marinos (por ejemplo, ballenas y focas). Todos estos organismos se alimentan de fitoplancton en forma directa o indirecta, a través de la trama, o maraña, trófica. Organismos bentónicos, en el fondo del mar, también necesitan alimento. La colonización bentónica en las bahías Larsen después del rompimiento de las barreras de hielo se debe a la presencia de alimento nuevo, originado por el carbono orgánico que sedimenta. Bacterias y animales intersticiales que viven entre los granos de sedimento, o animales más grandes que viven sobre el sedimento, todos dependen de esta transferencia de carbono desde la superficie del océano.
El carbono producido por el fitoplancton local es transferido a los organismos del fondo principalmente a través de dos procesos: el hundimiento de células de fitoplancton y bacterianas, y la producción de partículas fecales del zooplancton que a su vez se combinan en agregados o nieve marina, la mayor fuente de sedimentación de materia orgánica particulada. El carbono que llega al fondo se deposita sobre el sedimento. Como consecuencia de la variabilidad en la abundancia de fitoplancton, es posible predecir una gran variabilidad interanual en la fuente de carbono para las comunidades bentónicas. Los modelos de sedimentación de carbono a profundidad se basan en las estimaciones de productividad en aguas superficiales, prediciendo que alrededor del 25% del carbono fijado llegará al bentos en los años con producción primaria elevada. Si se mide la abundancia de clorofila a en sedimentos superficiales, indicador de fitoplancton que ha llegado a sedimentar, es posible observar 5 veces más clorofila a en las regiones de alta abundancia de fitoplancton, a 140Km de la costa que en localidades a 10Km de la costa.
Investigación y Monitoreo de los Ecosistemas Polares
El Océano Ártico es un lugar de difícil acceso y estudio. Es por eso que la NASA, la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica (NOAA), la Agencia Espacial Europea y otros organismos recurren al punto de vista del espacio para recopilar observaciones de esta región. Los instrumentos pasivos de microondas rastrean la extensión del hielo a lo largo del tiempo, midiendo la emisión de microondas de las superficies. El segundo tipo son los instrumentos altimétricos, que se pueden utilizar para estimar el espesor del hielo marino. El segundo Satélite de Elevación de Hielo, Nubes y Tierra (ICESat-2) de la NASA, lanzado en 2018, utiliza un láser para medir la altura del hielo y la altura del agua.
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La extensión y distribución del hielo marino en las regiones polares es un indicador sensible del cambio climático mundial. El calentamiento global se ha implicado en reducciones significativas en la extensión del hielo marino y esta tendencia está destinada a continuar. El Experimento Física y Ecosistema Marino (SIPEX, por sus siglas en inglés Sea Ice Physics and Ecosystem eXperiment) fue una contribución australiana al Año Polar Internacional, con 45 científicos de 8 países estudiando la Antártida Oriental. “Nuestro planeta es un lugar enorme e interconectado, y la atmósfera está conectada a través de él”, dice la Dra. Tilling. “El Ártico está cambiando tan rápidamente que ni siquiera sabemos exactamente cómo nos van a afectar los cambios.”
Un equipo de la Unión Europea estudió los efectos del reciente deshielo glacial registrado en los ecosistemas marinos antárticos a través del proyecto IMCONET (Interdisciplinary modelling of climate change in coastal western Antarctica - network for staff exchange and training), que examinó el efecto del cambio climático en la Península Antártica Occidental (WAP). Los investigadores introdujeron más de veinticinco años de datos en modelos de ecosistemas para relacionar cambios en la comunidad marina con cambios abióticos, comparando los procesos antárticos locales actuales con los patrones de desglaciación del Holoceno. Un nuevo inventario de glaciares recogió los cambios en su extensión en la WAP, revelando que la extensión del glaciar depende fuertemente de la geometría y que cambios en la masa de glaciares coincidieron con temperaturas más frías y un aumento de las precipitaciones desde 2001. El equipo analizó nuevos testigos de sedimentos del Holoceno y biomarcadores de guano de pingüinos para reconstruir la actividad volcánica previa, el cambio climático, la distribución del hielo marino y los cambios relativos del nivel del mar.
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