Las temperaturas marinas están aumentando debido al cambio climático y superarán los umbrales seguros más rápido en aguas profundas, según un estudio que utiliza un nuevo sistema de observación.
Esto implica que los organismos marinos que viven en mar abierto se enfrentarán a cambios en su entorno térmico antes de que las aguas superficiales experimenten cambios sustanciales.
Los impactos preocupan especialmente en el caso de las especies de regiones sin las cuatro estaciones clásicas del año —como las zonas tropicales y polares—, pues tienen menor capacidad para adaptarse a las temperaturas elevadas.
Es fundamental tener en cuenta las profundidades oceánicas al estudiar los efectos de un mundo que se calienta sobre la vida marina.
Los océanos del mundo albergan más de 240.000 especies conocidas, cada una con condiciones específicas que necesita para prosperar.
Sin embargo, el cambio climático causado por el ser humano está alterando el entorno marino mediante cambios en la temperatura, el contenido de oxígeno y los niveles de acidez, lo que amenaza los hábitats de estas especies.
Cada vez hay más investigaciones dedicadas a estudiar cómo afectarán estos cambios a la distribución de la vida marina. En última instancia, las temperaturas oceánicas son el principal factor que determina los patrones globales de biodiversidad, según los límites de tolerancia térmica de cada especie.
Por tanto, es posible seguir los cambios en la distribución de la vida marina observando la evolución de la temperatura oceánica. Por ejemplo, las investigaciones indican que los invertebrados y los peces se desplazan hacia los polos a medida que los océanos se calientan.
Aun así, gran parte de la bibliografía científica se ha centrado en cómo cambian las temperaturas anuales o estacionales. Asimismo, muchos estudios se han enfocado en la temperatura de la superficie del mar debido a la disponibilidad de datos.
Sin embargo, los nuevos y avanzados sistemas de observación ofrecen ahora a los científicos abundante información sobre las distintas profundidades del océano. En un nuevo estudio publicado en Nature Climate Change, evaluamos cómo están cambiando los rangos térmicos desde la superficie hasta un kilómetro de profundidad y qué significa esto para la vida marina.
En el caso de una especie como el bacalao del Atlántico, un rango térmico cambiante podría hacer que este siglo se enfrentara a un entorno térmico en gran medida «nuevo», dependiendo de las futuras emisiones de carbono. Como respuesta, tendría que migrar —hacia los polos o a aguas más profundas— o adaptarse a las nuevas condiciones. Cualquiera de las dos opciones probablemente implicaría una nueva competencia por el alimento y nuevos depredadores de los que escapar a medida que cambia la distribución de la vida marina en el océano.
Rangos térmicos actuales
En las últimas dos décadas, nuevos sistemas de observación —como la red Ocean Sites y el programa ARGO/Bio-ARGO— han ofrecido a los científicos una visión sin precedentes de los cambios que experimentan los océanos del mundo.
La red Ocean Sites, por ejemplo, está formada por un sistema mundial de «estaciones de referencia de aguas profundas y a largo plazo que miden decenas de variables y vigilan toda la profundidad del océano, desde las interacciones entre el aire y el mar hasta los 5.000 metros».
Los datos de estas estaciones de seguimiento nos permiten elaborar «perfiles verticales» que muestran las temperaturas oceánicas a distintas profundidades. Para nuestro estudio, nos centramos en seis ubicaciones del hemisferio norte (que se muestran abajo): tres en los trópicos, dos en regiones templadas y una en latitudes altas.
Los perfiles que aparecen a continuación muestran los rangos térmicos de los seis sitios hasta 1 km de profundidad, a partir de observaciones de las temperaturas mínima y máxima en cada profundidad y ubicación. Las zonas sombreadas y las líneas indican el rango térmico según las observaciones y las simulaciones de modelos, respectivamente. Los colores señalan los límites superior (rojo) e inferior (azul) del rango. Suponemos que los organismos marinos están adaptados a este rango térmico actual.
Sin embargo, a medida que los océanos se calienten, cambiarán los límites de estos rangos térmicos. La figura siguiente muestra las distintas formas en que podrían desplazarse, incluidos cambios en el límite inferior de temperatura (arriba), el superior (en medio) o ambos (abajo).
Por ejemplo, el rango térmico podría estrecharse de varias maneras (barra amarilla), como cuando el límite inferior de temperatura aumenta más rápido que el superior. A la inversa, el rango se ampliaría (morado). Si ambos límites disminuyeran, el rango se desplazaría hacia temperaturas más frías (azul); si ambos aumentaran, se desplazaría hacia temperaturas más cálidas (rojo).
Cuándo se producirán cambios sustanciales
Estimamos dónde y cuándo se producirán cambios sustanciales en los rangos térmicos mediante una modificación de la conocida métrica del «tiempo de emergencia». Esta identifica cuándo la «señal» de la tendencia a largo plazo del cambio climático se distingue claramente del «ruido» de la variabilidad natural.
En particular, queríamos saber cuándo cruzarán en el futuro los límites inferior (Tmin) y superior (Tmax) de temperatura ciertos umbrales actuales clave para los ecosistemas marinos, como ilustra la figura siguiente.
Un ejemplo es cuando Tmin cruza la temperatura media actual (Tmidpoint, el punto medio entre Tmin y Tmax), lo que coincide estrechamente con la «temperatura de máximo éxito ecológico», es decir, la temperatura a la que la abundancia de una especie determinada alcanza su máximo. En ese momento, consideramos que el ecosistema marino se ve afectado por el cambio climático.
Cuando Tmin cruza la Tmax actual, consideramos que el ecosistema queda expuesto a un entorno térmico completamente nuevo, lo que obliga a los organismos a adaptarse o migrar. Dado que los organismos son muy sensibles a los cambios de Tmax, también estimamos cuándo Tmax cruza la Tmax actual.
Nuestros resultados muestran que estos cambios se producirán antes en las aguas «mesopelágicas» (de 200 a 1.000 metros de profundidad) que en las aguas «epipelágicas» (de 0 a 200 metros).
Además, nuestros resultados indican que Tmax emergerá de la variabilidad natural actual ya en esta década en aguas por debajo de los 50 metros. Sin embargo, los cambios impulsados por la evolución de Tmin no aparecerán antes de finales de este siglo a esa profundidad.
La «novedad» climática
Todos estos cambios harán que los rangos térmicos de los seis sitios se desplacen para finales de siglo.
Para apreciar mejor las diferencias respecto de los rangos térmicos actuales, definimos una métrica de «novedad climática» que mide qué porcentaje del rango térmico de finales de siglo (2080 a 2100) nunca se ha experimentado en comparación con el rango térmico histórico (1990 a 2014).
Esto se observa en la figura siguiente, que muestra los cambios proyectados en los límites térmicos de los seis sitios para finales de siglo (líneas y zonas sombreadas rojas y azules), así como el porcentaje de novedad climática a distintas profundidades oceánicas (líneas moradas).
A la derecha de cada gráfico hay una barra que muestra el cambio general previsto en el rango térmico a distintas profundidades oceánicas según tres escenarios de emisiones: uno de bajas emisiones, compatible con un calentamiento global inferior a 2 °C (SSP1-2.6); otro aproximadamente acorde con el límite superior de los compromisos conjuntos en virtud del Acuerdo de París (SSP2-4.5); y uno de emisiones muy altas (SSP5-8.5).
Como se puede observar, se prevé que la mayoría de los rangos térmicos se calienten y se amplíen (barras moradas) o se calienten y se estrechen (barra amarilla) durante este siglo. En algunos casos, se proyecta que los rangos térmicos se calienten (rojo) o se enfríen (azul).
Los gráficos de novedad climática muestran que, con emisiones altas, por encima de los 50 metros de profundidad, todas las estaciones presentan una novedad climática de alrededor del 50 %. Esto significa que la mitad del rango térmico de 2100 sería completamente nueva en comparación con el rango térmico histórico.
Este porcentaje aumenta hasta alrededor del 100 % en varios niveles por debajo de los 200 metros, lo que indica que los cambios en las aguas mesopelágicas serán mayores que en las epipelágicas.
Diferencias entre los climas futuros
Nuestro estudio contempla tres escenarios de emisiones contrastantes, conocidos como trayectorias socioeconómicas compartidas (SSP, por sus siglas en inglés), que describen cómo podría evolucionar la sociedad durante este siglo.
En el escenario de altas emisiones SSP5-8.5 —en el que la temperatura media mundial del océano aumenta entre 3 y 5 °C para 2100—, Tmin podría cruzar la Tmax actual ya en la década de 2040 en las aguas mesopelágicas. A finales de siglo, la novedad climática de los rangos térmicos se acercaría al 100 % a esta profundidad.
Esto implicaría que las especies pelágicas, como el bacalao del Atlántico —un pez muy conocido y de gran valor económico como recurso marino—, se enfrentarían en apenas unas décadas a un entorno térmico completamente distinto del actual. Como respuesta, estos peces podrían migrar hacia el norte o a mayor profundidad y adaptar su nicho al nuevo rango térmico, lo que generaría más competencia interespecífica por el alimento e interacciones adicionales entre depredadores y presas con las poblaciones locales.
Si se considera el escenario de emisiones moderadas SSP2-4.5, la aparición de nuevos rangos térmicos se retrasa hasta varias décadas, mientras que la novedad climática disminuye en toda la columna de agua y solo alcanza alrededor del 100 % en unos pocos niveles por debajo de los 200 metros. En este escenario, los planes de mitigación darían al bacalao del Atlántico más tiempo para adaptarse o migrar a regiones más adecuadas.
Si se reducen las emisiones conforme al escenario SSP1.2-6 —en el que la temperatura media mundial del océano aumenta entre 1 y 2 °C para 2100—, la aparición de nuevos rangos térmicos se retrasa varios años en comparación con el escenario moderado.
En cambio, la disminución de la novedad climática con SSP2-4.5 respecto a SSP5-8.5 solo es significativa en las estaciones de latitudes altas. A pesar del retraso frente a los escenarios de mayores emisiones, los rangos térmicos de los ecosistemas marinos se verán afectados incluso si el mundo alcanza emisiones netas cero a mediados de siglo.
Por el contrario, las diferencias entre escenarios de emisiones son menores al considerar la aparición de Tmax. Al reducir las emisiones, el retraso en el momento en que Tmax cruza la Tmax actual se observa principalmente en las aguas superficiales de las estaciones templadas y de latitudes altas.
Estudios futuros que tengan en cuenta la dimensión vertical
Estos resultados implican que los organismos marinos que viven en mar abierto se enfrentarán a cambios en su entorno térmico incluso antes de que las aguas superficiales experimenten cambios sustanciales.
Los impactos preocupan especialmente en el caso de las especies de regiones sin las cuatro estaciones clásicas del año —como las zonas tropicales y polares—, que tienen menor capacidad para adaptarse a las temperaturas elevadas. La aparición de un umbral superior más cálido en las temperaturas oceánicas reforzará su vulnerabilidad.
Las especies tropicales podrían desplazarse hacia latitudes septentrionales en busca de aguas más frías. Pero esto podría aumentar la presión sobre las presas y los depredadores del Ártico.
Otra opción es que las especies busquen refugio térmico en las profundidades, siempre que los rangos térmicos de aguas más profundas sean adecuados en cuanto a presión más alta, menor luminosidad y disponibilidad de alimento.
En general, nuestro trabajo sugiere que los efectos del cambio climático en los ecosistemas marinos son menos previsibles de lo que se pensaba. Incorporar la dimensión vertical revela un panorama mucho más complejo de cómo cambiarán los rangos térmicos marinos.
Por tanto, es fundamental tener en cuenta las profundidades oceánicas al estudiar los efectos de un mundo que se calienta sobre la vida marina.
