Los «períodos de estratificación» son una separación estacional del agua en capas.
Los científicos prevén que la estratificación estacional media de los lagos podría durar casi dos semanas más hacia finales de siglo debido al cambio climático, o un mes si las emisiones son extremadamente altas.
Esto podría tener un impacto catastrófico en los ecosistemas lacustres; por ejemplo, provocando floraciones algales tóxicas y matando peces.
Se han realizado investigaciones para comprender mejor cómo se produce la estratificación de los lagos y los detalles de sus implicaciones futuras.
Una nueva investigación muestra que los «períodos de estratificación» de los lagos –una separación estacional del agua en capas– durarán más en un clima más cálido.
Estos períodos de estratificación más largos podrían tener «implicaciones de gran alcance» para los ecosistemas lacustres, según el artículo, y pueden provocar floraciones algales tóxicas floraciones algales, mortandad de peces y mayores emisiones de metano.
Impacto del cambio climático en la estratificación de los lagos
El estudio, publicado en Nature Communications, concluye que el período medio de estratificación estacional de los lagos en el hemisferio norte podría durar casi dos semanas más hacia finales de siglo, incluso en un escenario de bajas emisiones. Según el estudio, la estratificación podría durar más de un mes adicional si las emisiones son extremadamente altas.
Si los períodos de estratificación siguen alargándose, «podemos esperar cambios catastróficos en algunos ecosistemas lacustres, que podrían tener impactos irreversibles en las comunidades ecológicas», afirma el autor principal del estudio a Carbon Brief.
El estudio también concluye que los lagos más grandes experimentarán cambios más notables. Por ejemplo, los Grandes Lagos norteamericanos, que albergan una «biodiversidad irremplazable» y representan algunos de los mayores ecosistemas de agua dulce del mundo, ya están experimentando «cambios rápidos» en sus períodos de estratificación, según el estudio.
«Consecuencias fatales» de la estratificación de los lagos
A medida que las temperaturas aumentan en primavera, muchos lagos inician el proceso de «estratificación». El aire cálido calienta la superficie del lago, calentando la capa superior de agua, que se separa de las capas más frías situadas debajo.
Las capas estratificadas no se mezclan fácilmente y, cuanto mayor es la diferencia de temperatura entre las capas, menor es la mezcla. Los lagos suelen estratificarse entre la primavera y el otoño, cuando el clima cálido mantiene el gradiente de temperatura entre el agua superficial cálida y el agua más fría situada a mayor profundidad.
Dr. Richard Woolway de la Agencia Espacial Europea es el autor principal del artículo, en el que se concluye que el cambio climático hace que la estratificación comience antes y termine más tarde. Afirma a Carbon Brief que los impactos de la estratificación son «generalizados y extensos» y que los períodos más largos de estratificación podrían tener «impactos irreversibles» en los ecosistemas.
Por ejemplo, Dr. Dominic Vachon – becario posdoctoral procedente del Centro de Investigación sobre Impactos Climáticos en Universidad de Umea, que no participó en el estudio, explica que la estratificación de los lagos puede crear una «barrera física» que dificulta el desplazamiento de gases y partículas disueltos entre las capas de agua.
Esto puede impedir que el oxígeno de la superficie del agua se hunda más profundamente en el lago y puede provocar una «desoxigenación» en las profundidades del agua, donde los niveles de oxígeno son más bajos y la respiración resulta más difícil.
La disminución del oxígeno puede tener «consecuencias fatales para los organismos vivos», según Dr. Bertram Boehrer –investigador del Centro Helmholtz de Investigación Ambiental, que no participó en el estudio.
El autor principal, Woolway, afirma a Carbon Brief que la disminución de los niveles de oxígeno en las profundidades atrapa a los peces en las aguas superficiales más cálidas:
«Los peces suelen migrar a aguas más profundas durante el verano para escapar de las condiciones más cálidas de la superficie, por ejemplo durante una ola de calor en el lago. Una disminución del oxígeno en profundidad significará que los peces no tendrán ningún refugio térmico, ya que a menudo no pueden sobrevivir cuando las concentraciones de oxígeno son demasiado bajas.»
Esto puede ser muy perjudicial para la vida lacustre e incluso aumentar los «episodios de mortandad de peces», señala el estudio.
Sin embargo, los impactos de la estratificación de los lagos no se limitan a los peces. El estudio señala que un adelanto de la estratificación en primavera también puede favorecer que las comunidades de fitoplancton –un tipo de alga– crezcan antes, y puede desincronizarlas de las especies que dependen de ellas como alimento. Esto se denomina «desajuste trófico».
Prof. Catherine O’Reilly, catedrática de geografía, geología y medio ambiente en la Universidad Estatal de Illinois, que no participó en el estudio, añade que los períodos de estratificación más prolongados también podrían «aumentar la probabilidad de floraciones algales dañinas».
El impacto del cambio climático en los lagos también va más allá de los ecosistemas. Los bajos niveles de oxígeno en los lagos pueden aumentar la producción de metano, que se «produce y emite desde los lagos a tasas de significado global», según el estudio.
Woolway explica que niveles más altos de calentamiento podrían, por tanto, crear una retroalimentación climática positiva en los lagos, donde el aumento de las temperaturas implica mayores emisiones que calientan el planeta:
«Los bajos niveles de oxígeno en profundidad también favorecen la producción de metano en los sedimentos lacustres, que luego puede liberarse a la superficie ya sea mediante burbujas o por difusión, lo que resulta en una retroalimentación positiva para el cambio climático.»
Estratificación de los lagos: inicio y ruptura
En el estudio, los autores determinan los cambios históricos en los períodos de estratificación de los lagos utilizando datos observacionales a largo plazo de algunos de los «lagos mejor monitorizados del mundo» y simulaciones diarias de una colección de modelos lacustres.
También realizan simulaciones de los cambios futuros en el período de estratificación bajo tres escenarios de emisiones diferentes, para determinar cómo podría cambiar el proceso en el futuro. El estudio se centra en los lagos del hemisferio norte.
La siguiente figura muestra el cambio medio en los días de estratificación entre 1900 y 2099, en comparación con el promedio de 1970-1999. El gráfico muestra las mediciones históricas (negro) y los escenarios de bajas emisiones RCP2.6 (azul), de emisiones medias RCP6.0 (amarillo) y de emisiones extremadamente altas RCP8.5 (rojo).
Cambio en la duración de la estratificación de los lagos en comparación con el promedio de 1970-1999, para las mediciones históricas (negro), el escenario de bajas emisiones RCP2.6 (azul), el de emisiones moderadas RCP6.0 (amarillo) y el de emisiones extremadamente altas RCP8.5 (rojo).
El gráfico muestra que el período medio de estratificación de los lagos ya se ha alargado. Sin embargo, el estudio añade que algunos lagos registran impactos más significativos que otros.
Por ejemplo, Blelham Tarn –el lago mejor monitorizado del Distrito de los Lagos inglés– se estratifica ahora 24 días antes y mantiene su estratificación durante 18 días adicionales en comparación con sus promedios de 1963-1972, según el estudio. Woolway afirma a Carbon Brief que, como resultado, el lago ya muestra signos de desoxigenación.
El cambio climático está aumentando la duración media de la estratificación en los lagos, según muestran los resultados, al adelantar el inicio de la estratificación y retrasar su «ruptura». La siguiente tabla muestra los cambios proyectados en el inicio, la ruptura y la duración total de la estratificación de los lagos bajo distintos escenarios de emisiones, en comparación con la referencia de 1970-1999.
La tabla muestra que, incluso en el escenario de bajas emisiones, se prevé que el período de estratificación de los lagos sea 13 días más largo hacia finales de siglo. Sin embargo, en el escenario de emisiones extremadamente altas, podría ser 33 días más largo.
La tabla también muestra que el inicio de la estratificación ha cambiado de forma más significativa que su ruptura. Las razones se revelan al examinar más de cerca los factores que impulsan la estratificación.
Clima más cálido y vientos más débiles
El momento del inicio y la ruptura de la estratificación en los lagos está determinado por dos factores principales: la temperatura y la velocidad del viento.
El impacto de la temperatura en la estratificación de los lagos se basa en el hecho de que el agua cálida es menos densa que el agua fría, según afirma Woolway a Carbon Brief:
«El calentamiento de la superficie del agua por el aumento de la temperatura del aire hace que disminuya la densidad del agua y, del mismo modo, da lugar a la formación de capas térmicas diferenciadas dentro de un lago: el agua más fría y densa se asienta en el fondo del lago, mientras que el agua más cálida y ligera forma una capa en la superficie.»
Esto significa que, a medida que el cambio climático hace que las temperaturas aumenten, los lagos comenzarán a estratificarse antes y permanecerán estratificados durante más tiempo. Según afirma Woolway a Carbon Brief, es probable que los lagos situados a mayor altitud también experimenten cambios más importantes en la estratificación, porque «el alargamiento del verano es muy evidente en las regiones de alta latitud».
La siguiente figura muestra el aumento previsto en la duración de la estratificación de los lagos del hemisferio norte bajo los escenarios de emisiones bajas (izquierda), medias (centro) y altas (derecha). Los colores más intensos indican un mayor aumento del período de estratificación.
La figura muestra que el impacto previsto del cambio climático en la duración de la estratificación se vuelve más pronunciado en las latitudes altas más septentrionales.
El segundo factor es la velocidad del viento, según explica Woolway:
«La velocidad del viento también afecta al momento del inicio y la disolución de la estratificación de los lagos, ya que los vientos más fuertes mezclan la columna de agua y, por tanto, actúan en contra del efecto estratificador del aumento de la temperatura del aire.»
Según el estudio, se prevé que la velocidad del viento disminuya ligeramente a medida que el planeta se calienta. Los autores señalan que los cambios previstos en la velocidad del viento cerca de la superficie son «relativamente menores» en comparación con el probable aumento de la temperatura, pero añaden que aún podrían provocar cambios «sustanciales» en la estratificación.
El estudio concluye que la temperatura del aire es el factor más importante en cuanto al momento en que un lago comenzará a estratificarse. Sin embargo, al analizar la ruptura de la estratificación, se observa que la velocidad del viento es un impulsor más importante.
Mientras tanto, Vachon afirma que la velocidad del viento también tiene implicaciones para las emisiones de metano de los lagos. Señala que la estratificación impide que el metano producido en el fondo del lago ascienda y que, cuando termina el período de estratificación, el metano puede subir a la superficie. Sin embargo, según Vachon, la velocidad de la ruptura de la estratificación afectará a la cantidad de metano que se libera a la atmósfera:
«Mi trabajo ha sugerido que la cantidad de metano acumulado en las aguas del fondo que finalmente se emitirá está relacionada con la rapidez con la que se produce la ruptura de la estratificación. Por ejemplo, una ruptura de la estratificación lenta y progresiva permitirá muy probablemente la oxigenación del agua y que las bacterias oxiden el metano en dióxido de carbono. Sin embargo, una ruptura de la estratificación en el lago que se produce rápidamente –por ejemplo, tras tormentas con vientos fuertes– permitirá que el metano acumulado se emita a la atmósfera de manera más eficiente.»
Por último, el estudio concluye que los lagos grandes tardan más en estratificarse en primavera y suelen permanecer estratificados durante más tiempo en otoño, debido a su mayor volumen de agua. Por ejemplo, los autores destacan los Grandes Lagos norteamericanos, que albergan una «biodiversidad irremplazable» y representan algunos de los mayores ecosistemas de agua dulce del mundo.
Según los autores, estos lagos se han estado estratificando 3,5 días antes cada década desde 1980, y el inicio de su estratificación puede variar hasta 48 días entre algunos años extremos.
O’Reilly afirma a Carbon Brief que «está claro que estos cambios llevarán a los lagos a territorio inexplorado» y añade que el artículo «ofrece un marco para pensar en cuánto cambiarán los lagos bajo escenarios climáticos futuros».
