Efectos de la temperatura

Las temperaturas más cálidas hacen que en el agua exista un menor contenido de oxígeno disuelto. Al calentar el agua también hace que los organismos acuáticos aumenten su tasa de respiración y consuman más oxígeno, aumentando su susceptibilidad a enfermedades, parásitos y productos químicos tóxicos. También existe un impacto en el humano y en los ecosistemas terrestres.

·         Efectos biológicos: el aumento de la temperatura no solo puede matas a los peces o mariscos si no también producir efectos en su metabolismo como la reproducción y crecimiento.

·        Efectos físicos: puede existir un cambio en su densidad y viscosidad, con esto también provocar estratificación que también depende de la profundidad y del movimiento del agua.

·         Efectos químicos: para una reacción dada la posición de equilibrio con los cambios de temperatura y con otras condiciones tales como las concentraciones iníciales de los reactivos, es decir la constante de equilibrio que se ve afectada por la temperatura.

En el mar y en la vertical encontramos que el agua superficial tiene mayo temperatura que el agua que esta más abajo, a excepción de las regiones polares. La temperatura del agua va bajando lentamente de arriba abajo, pero al llegar al un punto, el descenso se produce muy rápidamente. A esta zona se le conoce como termoclina. A partir de aquí hacia abajo, la temperatura sigue descendiendo, pero más lentamente. Se establecen así dos capas de agua: una superficial mas cálida y una inferior más fría, más densa y salina.

La termoclina constituye una barrera que cierra la transmisión del movimiento a capas inferiores e impide el intercambio entra las aguas. Así , las aguas cálidas se van empobreciendo en nutrientes (al consumirlos el fitoplancton) y en las capas profundas abundan los nutrientes per la falta de luz y a veces el oxigeno.

El incremento de la temperatura aumenta el metabolismo e intensifica la respiración. En algunos seres del zooplancton, se duplica la actividad respiratoria al pasar de 10 a 20°C la temperatura del agua. Una elevación de la temperatura implica un aumento del metabolismo y una mayor permeabilidad de las branquias. Los peces son poiquilotermos y no pueden regular su temperatura, existiendo una relación directa entre la temperatura del agua y su tasa metabólica. Presentan un rango de temperatura óptima que varía dependiendo de la etapa de desarrollo y de la edad y tamaño. Por encima o por debajo de este optimo, la tasa metabólica varia.

La temperatura influye en el crecimiento. En aumento de temperatura aumenta la velocidad de bombeo de agua y la tasa de filtración de moluscos. El crecimiento se ve afectado por la temperatura directamente. Por lo general, es mejor en aguas con temperaturas más altas.

Los incrementos de temperatura con cambios repentinos y largos producen estrés, provocando hiperventilación, falta de apetito, aletargamiento e incluso  a estos cambios puede suceder la  muerte. Los descensos de temperatura del medio producen estrés, con cese de alimentación, coma, fallos en los mecanismos de osmorregulacion y en los centros respiratorios.

La temperatura influye sobre la cantidad de oxigeno disuelto. El agua a temperatura de 15°C contiene 10mg/L de oxigeno, mientras que si la temperatura es de 30°C solo puede contener 1mg/L.

Influye de igual manera en la reproducción de las especies. Repercute en el momento de desove y en el tiempo de duración de la fase de huevo. Es importante la temperatura también en la tasa de mortandad de diversas especies, y es determinante para la supervivencia de las fases juveniles de la sardina. Cada especie tiene su temperatura optima, que varia a lo largo de su vida.

La temperatura también es determinante en la frecuencia de aparición de las mareas rojas.

Fotosintesis

La fotosíntesis es la conversión de materia inorgánica en materia orgánica gracias a la energía que aporta la luz. En este proceso la energía luminosa se transforma en energía química estable, siendo el adenosín trifosfato (ATP) la primera molécula en la que queda almacenada esa energía química. Con posterioridad, el ATP se usa para sintetizar moléculas orgánicas de mayor estabilidad.

Las plantas crecen y se desarrollan gracias a la fotosíntesis, pero respiran en los periodos en los que no pueden obtener energía por fotosíntesis porque no hay luz o porque tienen que mantener los estomas cerrados. En la respiración se oxidan las moléculas orgánicas con oxígeno del aire para obtener la energía necesaria para los procesos vitales. En este proceso se consume O₂ y se desprende CO₂ y agua, por lo que, en cierta forma, es lo contrario de la fotosíntesis que toma CO₂ y agua desprendiendo O₂.

En la fotosíntesis se diferencian dos etapas, con dos tipos de reacciones:

1.    Fase luminosa: en en tilacoide en ella se producen transferencias de electrones.

2.    Fase oscura: en el estroma. En ella se realiza la fijación de carbono

FASE LUMINOSA

Los hechos que ocurren en la fase luminosa de la fotosíntesis se pueden resumir en estos puntos:

1.    Síntesis de ATP o fotofosforilación que puede ser:

·         acíclica o abierta

·         cíclica o cerrada

2.    Síntesis de poder reductor NADPH

3.    Fotolisis del agua

Los pigmentos presentes en los tilacoides de los cloroplastos se encuentran organizados en fotosistemas(conjuntos funcionales formados por más de 200 moléculas de pigmentos); la luz captada en ellos por pigmentos que hacen de antena, es llevada hasta la molécula de "clorofila diana" que es la molécula que se oxida al liberar un electrón, que es el que irá pasando por una serie de transportadores, en cuyo recorrido liberará la energía.

FASE OSCURA

En esta fase, se va a utilizar la energía química obtenida en la fase luminosa, en reducir CO2, Nitratos y Sulfatos y asimilar los bioelementos C, H, y S, con el fin de sintetizar glúcidos, aminoácidos y otras sustancias.

Las plantas obtiene el CO2 del aire a través de los estomas de sus hojas. El proceso de reducción del carbono es cíclico y se conoce como Ciclo de Calvin., en honor de su descubridor M. Calvin.

La fijación del CO2 se produce en tres fases:

1.    Carboxilativa: El CO2 se fija a una molécula de 5C, la ribulosa 1,5 difosfato, formándose un compuesto inestable de 6C, que se divide en dos moléculas de ácido 3 fosfoglicérico conocido también con las siglas de PGA

2.    Reductiva:El ácido 3 fosfoglicérico se reduce a gliceraldehido 3 fosfato, también conocido como PGAL ,utilizándose ATP Y NADPH.

3.    Regenerativa/Sintética: Las moléculas de gliceraldehido 3 fosfato formadas siguen diversas rutas; de cada seis moléculas, cinco se utilizan para regenerar la ribulosa 1,5 difosfato y hacer que el ciclo de calvin pueda seguir, y una será empleada para poder sintetizar moléculas de glucosa (vía de las hexosas), ácidos grasos, amoinoácidos... etc; y en general todas las moléculas que necesita la célula.

La fotosíntesis es seguramente el proceso bioquímico más importante de la biósfera por varios motivos:

·         La síntesis de materia orgánica a partir de la materia inorgánica se realiza fundamentalmente mediante la fotosíntesis; luego irá pasando de unos seres vivos a otros mediante las cadenas tróficas, para ser transformada en materia propia por los diferentes seres vivos.

·         Produce la transformación de la energía luminosa en energía química, necesaria y utilizada por los seres vivos

·         En la fotosíntesis se libera oxígeno, que será utilizado en la respiración aerobia como oxidante.

·         La fotosíntesis fue causante del cambio producido en la atmósfera primitiva, que era anaerobia y reductora.

·         De la fotosíntesis depende también la energía almacenada en combustibles fósiles como carbón, petróleo y gas natural.

·         El equilibrio necesario entre seres autótrofos y heterótrofos no sería posible sin la fotosíntesis.

·         Se puede concluir que la diversidad de la vida existente en la Tierra depende principalmente de la fotosíntesis.

Autopurificacion

La autopurificacion es la capacidad de un cuerpo de agua para deshacerse de los contaminantes. La eliminación de materia orgánica de material, de plantas nutrientes, o de otros contaminantes procedentes de un lago o una corriente por la actividad biológica del residente comunidad biodegradable material de agregado a un cuerpo de agua gradualmente será utilizado por los microorganismos en el agua, la reducción de los contaminantes niveles.

Los tres procesos básicos que constituyen el sistema de purificación natural de agua en la naturaleza son:

1. La evaporación, seguida de condensación, elimina casi todas las sustancias disueltas.

2. La acción bacteriana convierte los contaminantes orgánicos disueltos en unos cuantos compuestos sencillos.

3. La filtración a través de arena y grava elimina la mayor parte de la materia en suspensión del agua.

En cualquier corriente podemos distinguir diferentes zonas a partir del punto donde se origina la contaminación. Tomando como modelo un rio en el cual desemboca un emisario con aguas servidas, este presenta las siguientes:

·         Zona de degradación:

a)   Características físicas: zona corta, elevada turbiedad, color marcado, los rayos del sol no penetran, formación de lodo en el fondo.

b)    Características químicas: reducción de O2, aumento de CO2, aumento de cloruros, nitrógeno presente en forma orgánica.

c)    Características biológicas: desaparecen los peces y plantas verdes, aparecen algas, hongos, protozoarios y gusanos.

·         Zona de activa descomposición:

a)    Características físicas: color variado, presencia de olor y burbujas de gas, barro viscoso, poca luz.

b)    Características químicas: reducción del O2, presencia de acido sulfhídrico y dióxido de carbono al principio, al final metano y amonio.

c)    Características biológicas: abundancia de bacterias anaerobias, ausencia de peces y plantas verdes.

·         Zona de recuperación:

a)    Características físicas: zona larga, aguas gradualmente claras, ausencia de lodo, no hay gas ni malos olores.

b)     Características químicas: aumento de la cantidad de O2 disuelto, disminución del CO2, amoniaco en poca cantidad, nitrógeno en forma de nitrito y nitrato.

c)    Características biológicas: disminución del numero de bacterias, aparecen protozoarias y crustáceos, presencia de hongos, algas, algunas plantas caracoles y peces.

·       Zona de aguas claras: aparecen plantas grandes y pequeñas, disminuyen las bacterias, aparece vida acuática normal. En este proceso de purificación intervienen factores físicos, químicos y biológicos.

En un ecosistema se dan elementos autótrofos y heterótrofos. Los autótrofos, plantas verdes y algunas bacterias llamadas productoras, sintetizan la materia orgánica a partir de constituyentes inorgánicos. Los heterótrofos, consumidores, requieren alimentos orgánicos elaborados. Las plantas heterótrofas, desintegradoras, descomponen la materia orgánica, de plantas, animales y excrementos.

Por supuesto, la capacidad de auto- purificando del agua tiene sus límites. Por ejemplo, las sales y los plásticos no se degradan con facilidad y alteran el proceso natural. Cuando un río no tiene un mantenimiento regular por el hombre, se deteriora. La cama y la vegetación se modifican. Esto dificulta en gran medida las funciones biológicas naturales.

Sustancias conservativas y no conservativas

• Sustancias conservativas:

Los contaminantes conservativos son aquellos que no son afectados por los procesos naturales, en principio dichas concentraciones solo son reducidas por dilución. Dentro de este tipo de contaminación se encuentran muchas sustancias inorgánicas. Su estructura química se mantiene a lo largo del tiempo a pesar de su interacción con los materiales del medio. Como ejemplo están los metales pesados.

La contaminación orgánica tiene en cuenta los fenómenos de desoxigenación de los cursos de agua, el vertido excesivo de materia orgánica biodegradable va a ser degradado por bacterias heterótrofas que los usan como energía y como fuente de moléculas orgánicas necesarias para su biosíntesis. Las heces humanas son las fuentes más importantes de sustancias que consumen el oxigeno.

•  Sustancias no conservativas:

Los no conservativos son sustancias que pueden ser degradadas por los procesos naturales de auto-purificación y sus concentraciones se reducen con el tiempo, dependiendo de la calidad del agua receptora, de la temperatura y de otros factores ambientales. Entran en este tipo de contaminación la mayoría de las sustancias orgánicas, algunas sustancias inorgánicas y muchos microorganismos.

Oxigeno disuelto

Oxigeno disuelto

El oxigeno disuelto ha sido uno de los constituyentes no-conservativos  más estudiados en ecosistemas acuáticos. Este es un requisito nutricional esencial para la mayoría de los organismos vivos, dada su dependencia del proceso de respiración aeróbica para la generación de energía y para la movilización del carbono en la célula. Además, el oxígeno disuelto es importante en los procesos de: fotosíntesis, oxidación-reducción, solubilidad de minerales y la descomposición de materia orgánica.

Los niveles de oxígeno disuelto necesarios para sostener la vida de organismos acuáticos varían de una especie a otra. La truchas, por ejemplo, requieren concentraciones mayores a 4.0 mg/L para permanecer saludables, mientras que muchas especies de crustáceos pueden vivir y reproducirse en ambientes acuáticos donde la concentración de oxígeno disuelto oscila entre 2.0 y 0.1 mg/L. Por otro lado, existe una gran variedad de microorganismos (bacterias, hongos y protozoarios) para los cuales el oxígeno no es indispensable (anaerobios facultativos), otros no lo utilizan, siendo indiferentes a su presencia (aerotolerantes) e incluso, para algunos el oxígeno resulta ser tóxico o inhibitorio para el crecimiento (anaerobios estrictos).

La distribución del oxígeno en cuerpos de agua naturales está determinada por el intercambio gaseoso a través de la superficie del agua, la producción fotosintética, el consumo respiratorio y por procesos físicos de advección (movimiento horizontal del aire causado principalmente por variaciones de la presión atmosférica cerca de la superficie) y difusión. Siendo el oxígeno un requisito nutricional esencial para la mayoría de los organismos, es importante medir las variaciones por unidad de tiempo de los procesos bióticos (fotosíntesis y respiración celular) y abióticos que se desarrollan in situ, que afectan su concentración y distribución. Es conveniente conocer dichas variaciones, si nos interesa construir modelos dinámicos del funcionamiento de comunidades acuáticas.

La entrada de oxígeno al agua envuelve dos procesos: la entrada de oxígeno atmosférico y la generación de oxígeno dentro del cuerpo de agua por la actividad de organismos fotosintéticos. Para el primer proceso es necesario un gradiente apropiado basado en las diferencias entre las presiones parciales de oxígeno en la atmósfera y en el agua.

Eutrofizacion

Eutrofizacion

En ecología el término eutrofización designa el enriquecimiento en nutrientes de un ecosistema. El uso más extendido se refiere específicamente al aporte más o menos masivo de nutrientes inorgánicos en un ecosistema acuático. Eutrofizado es aquel ecosistema o ambiente caracterizado por una abundancia anormalmente alta de nutrientes.

El desarrollo de la biomasa en un ecosistema viene limitado, la mayoría de las veces, por la escasez de algunos elementos químicos, como el nitrógeno en los ambientes continentales y el fósforo en los marinos, que los productores primarios necesitan para desarrollarse y a los que llamamos por ello factores limitantes. La contaminación puntual de las aguas, por efluentes urbanos, o difusa, por la contaminación agraria o atmosférica, puede aportar cantidades importantes de esos elementos limitantes.

El resultado es un aumento de la producción primaria (fotosíntesis) con importantes consecuencias sobre la composición, estructura y dinámica del ecosistema. La eutrofización produce de manera general un aumento de la biomasa y un empobrecimiento de la diversidad. En ecosistemas terrestres, las plantas que pasan a dominar son especies herbáceas ecológicamente pioneras, frecuentemente cosmopolitas, con alta tasa de reproducción, incapaces de competir en ambientes oligotrofos (pobres en nutrientes) o mesotrofos. En ecosistemas acuáticos, con la eutrofización empiezan a proliferar algas unicelulares, en general algas verdes. En los océanos, la eutrofización local, a veces por causas naturales, puede provocar una marea roja o marea blanca: la explosión demográfica de una sola especie algal, que en muchos casos provoca la intoxicación de la fauna mayor.

La explosión de algas que acompaña a la primera fase de la eutrofización provoca un enturbiamiento que impide que la luz penetre hasta el fondo del ecosistema. Como consecuencia en el fondo se hace imposible la fotosíntesis, productora de oxígeno libre, a la vez que aumenta la actividad metabólica consumidora de oxígeno (respiración aeróbica) de los descomponedores, que empiezan a recibir los excedentes de materia orgánica producidos cerca de la superficie. De esta manera en el fondo se agota pronto el oxígeno por la actividad aerobia y el ambiente se vuelve pronto anóxico. La radical alteración del ambiente que suponen estos cambios, hace inviable la existencia de la mayoría de las especies que previamente formaban el ecosistema.

La principal causa antropogénica de procesos de eutrofización es la contaminación química. Las formas más importantes desde este punto de vista son:

• La contaminación agropecuaria, sobre todo la contaminación difusa de los suelos y de los acuíferos con fertilizantes inorgánicos de origen industrial o extractivo; o por excrementos animales, a causa de una producción masiva de ganado, aves, peces, etc. Estas causas aportan nitrógeno, en forma de nitrato y amonio, y fósforo, como fosfato, a la vez que cationes como potasio (K⁺,) magnesio (Mg⁺⁺), etc.
• Las contaminaciones forestales, por abandono en los ríos de residuos forestales y restos del aprovechamiento maderero, lo que aumenta la materia orgánica disuelta, favoreciendo la proliferación de flora eutrófica como berros y lenteja de agua, que a su vez remansa la corriente y disminuye el espejo del agua.
• La contaminación atmosférica por óxidos de nitrógeno (NO_x) y óxidos de azufre (SO_x). Éstos reaccionan con el agua atmosférica para formar ion nitrato (NO₃^-) e ion sulfato (SO₄^2-) que una vez que alcanzan el suelo forman sales solubles. De esta manera se solubilizan los cationes del suelo, provocando el empobrecimiento de éste en nutrientes. Esas sales son arrastradas fácilmente a los acuíferos y a los ríos, contaminándolos. En estos últimos la importante incorporación de nutrientes así producida, puede dar lugar a un proceso de eutrofización. Ésta afectará finalmente también a los embalses, así como a los lagos o mares donde los ríos desemboquen.
• La contaminación urbana. Los efluentes urbanos, si no hay depuración o ésta es sólo parcial, aportan nutrientes en dos formas:
• residuos orgánicos, que enriquecen en elementos previamente limitantes el ecosistema;
• residuos inorgánicos como el fosfato, empleado como emulgente en la fabricación de detergentes. Por esta razón las legislaciones modernas promueven la sustitución del fosfato en la fabricación de estos productos.

·         Oligotrófico: lagos generalmente profundos, con cargas de nutrientes baja y muy baja biomasa de fitoplancton; aguas muy transparentes y bien oxigenadas y por lo tanto ricos en salmónidos. Típicamente es un lago azul.


·         Mesotrófico: estado trófico intermedio entre eutrófico y oligotrófico.




·         Eutrófico: ambiente con elevada carga de nutrientes, sea por factores naturales o
antrópicos, de escasa profundidad, generalmente con un anillo de juncos en la zona litoral y con abundante vegetación acuática flotante y sumergida; poco transparente por la abundancia de fitoplancton. Con predominio de aterínidos, que soportan niveles inferiores de oxígeno que los salmónidos.

1.5 Morfometria

Morfometria

La caracterización morfométrica de un cuerpo de agua idealmente debe ser el punto de partida de las investigaciones limnológicas, ya que a partir de ésta se puede determinar la ubicación de las estaciones de recolección de manera metódica, adicionalmente, se genera una idea global sobre el funcionamiento del sistema teniendo en cuenta las áreas de interface agua – aire y agua – sedimento (Montoya-Moreno 2005). La información morfométrica es necesaria para investigar sobre la erosión, cargas de nutrientes, balances de masa, contenido calórico, estabilidad térmica, comunidades y productividad biológica, entre otras. Håkanson (1981) plantea que para propósitos científicos, en hidrología y en el contexto limnológico y sedimentológico, es de interés primario tener un mapa batimétrico que ilustre la morfología general de la cubeta, como también de la mayoría de los accidentes topográficos, tales como picos subacuáticos, agujeros profundos y cuellos de botella.

La morfometría es un método que se utiliza en varias disciplinas, basado en la forma de ciertas cosas. De acuerdo a la forma y medidas de los objetos se pueden clasificar o identificar. Un ejemplo de ello es en los animales: con las medidas de estos se puede identificar la especie o conocer el grado de desarrollo de sus órganos reproductores, entre otras cosas.

En la morfometría un punto de referencia (landmark) es un punto en la forma de un objeto en el que las correspondencias entre y dentro de las poblaciones del objeto se preservan. Los landmarks pueden definirse manualmente o automáticamente por un programa computacional.

Existen tres tipos principales:

• Un landmark anatómico es un punto de referencia biológicamente significativo en un organismo. Normalmente, los expertos definen puntos anatómicos para asegurar su correspondencia dentro de la misma especie. Los landmarks anatómicos determinan las homologías de un organismo.

• Los landmarks matemáticos son puntos en una forma situados de acuerdo a alguna propiedad matemática o geométrica.

• Los pseudo-landmarks se encuentran entre los landmarks anatómicos y los matemáticos.