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Retroalimentación entre sequía y cambio climático: el ejemplo de los ríos y charcas temporales

Aquí llega la cuarta entrada de este número especial sobre ecosistemas acuáticos temporales, mediante la cual ponemos punto y final al mismo. Hoy, os resumimos los principales resultados incluidos en una serie de trabajos publicados en las revistas Biogeochemistry, Scientific Reports y Limnetica, donde Lluís Gómez-Gener y otros investigadores estudian cómo las sequías recurrentes de charcas y otros sistemas acuáticos pueden influir en el ciclo del carbono y, por tanto, contribuir al cambio climático. En particular, estos investigadores han evaluado si los medios acuáticos temporales actúan como sumideros o fuentes de dióxido de carbono (CO2), es decir, si atrapan más carbono del que generan o si por el contrario emiten más COdel que atrapan, en función de si tienen agua o están secos.

La conclusión principal de estos trabajos es que los ríos y charcas secas son fuentes netas de CO2, emitiendo mayores cantidades de este gas de efecto invernadero en comparación con hábitats que sí tienen agua. Por lo tanto, un incremento de las sequías podría conllevar todavía más emisiones de CO2 a la atmósfera, lo que podría potenciar el cambio climático.

Izquierda: Lluís Gómez-Gener, investigador postdoctoral de la Universidad de Umea. Centro: Núria Catalan (ICRA, Girona). Derecha (de izq. a dcha.): Daniel von Schiller (Universidad del País Vasco), Rafa Marcé (ICRA, Girona), Biel Obrador (Universidad de Barcelona).

Gases de efecto invernadero y cambio climático antropogénico

En condiciones naturales, sin intervención humana, la emisión de dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) a la atmósfera es el resultado de los procesos biogeoquímicos relacionados con el ciclo del carbono. Este tipo de procesos dependen en gran medida de la actividad biológica desarrollada por los microorganismos, como bacterias, arqueas u hongos. En función de las condiciones ambientales, estos microorganismos producen este tipo de gases como resultado del consumo y respiración de la materia orgánica que hay en los suelos y sedimentos tanto de los ecosistemas acuáticos como terrestres. Por ejemplo, en zonas bien oxigenadas predomina la producción de CO2, mientras que en zonas con poco oxígeno (anóxicas) predomina la producción de CH4. Junto con otros gases, el CO2 y el CH4 tienen participación directa en el efecto invernadero que ocurre en la atmósfera y que es fundamental para que el planeta mantenga unas temperaturas que hagan posible el desarrollo de la vida tal y como la conocemos. Sin embargo, como resultado de las actividades humanas, como por ejemplo la quema de combustibles fósiles o la eliminación de vegetación natural, la concentración atmosférica de los gases de efecto invernadero ha aumentado drásticamente desde el comienzo de la revolución industrial, siendo uno de los principales motores del cambio climático que sufrimos. Así, una de las consecuencias más importantes de esta modificación causada por el ser humano es una mayor aridez en algunas zonas del planeta, como en España, donde se agudizará la escasez de agua.

 

El papel de los ecosistemas acuáticos en el ciclo del carbono y el cambio climático

En los últimos años, los científicos están prestando mayor interés al papel que juegan los cuerpos de agua continentales en el ciclo del carbono. Hasta hace una década, se consideraba que las aguas continentales o ecosistemas de agua dulce tenían un papel irrelevante en el este ciclo a nivel global, probablemente como consecuencia de la pequeñísima superficie que ocupan (< 1%) en comparación con los grandes compartimentos planetarios de carbono (como los océanos o el suelo). Sin embargo, recientemente se ha comprobado que los cuerpos de agua dulce son unos componentes muy activos dentro del ciclo del carbono. Así, estos sistemas transforman, almacenan y emiten a la atmósfera una cantidad tal de este elemento que supone la mitad del producido en los ecosistemas terrestres adyacentes a pesar de su reducida superficie (los ecosistemas acuáticos continentales ocupan una superficie 100 veces menor que los terrestres). Sin embargo, la mayoría de los modelos biogeoquímicos globales que se realizan sobre el carbono carecen de una detallada comprensión de los procesos que ocurren en ecosistemas de agua dulce de dimensiones reducidas, especialmente bajo regímenes hidrológicos intermitentes, es decir, que están sujetos a periodos de sequía, y que tal y como recordábamos previamente suponen aproximadamente el 50% de la red hidrológica global. De hecho, actualmente el grueso del conocimiento sobre el ciclo de carbono en aguas dulces proviene de grandes sistemas lacustres con regímenes hidrológicos permanentes, que tienen agua todo el año, por lo que no contemplan la magnitud y modo en que los periodos sin agua pueden influir en las emisiones de carbono a la atmósfera.

Así pues, los pequeños ríos y charcas temporales son un buen modelo para entender la contribución de los ecosistemas acuáticos al ciclo del carbono, ya que son cuerpos de agua de tamaño pequeño, relativamente fáciles de estudiar y sometidos a periodos de ausencia de agua.

 

Aunque el río no suene, emite CO2

En el primer estudio, Lluís Gómez-Gener y colaboradores observaron que los tramos secos de los ríos intermitentes son importantes fuentes emisoras de CO2. Para ello, estudiaron dos ríos de Cataluña que muestran una gran variabilidad de caudal. Además, los autores observaron que las emisiones de CO2 procedentes de los lechos secos son mayores que en zonas de agua embalsada y en pozas aisladas, poniendo en duda la tradicionalmente considerada “inactividad” biogeoquímica de estos ambientes secos. Por otra parte, los resultados de este trabajo indican que las emisiones de metano son mayores en las zonas embalsadas.

Cabecera de la Riera de Muga, uno de los ríos estudiados. Foto: naturaki.com

 

Las charcas temporales emiten CO2 durante todo el año, incluso cuando no tienen agua

Las charcas, aunque son hábitats que no superan las dimensiones de una pista de tenis o baloncesto y no les solemos prestar mucha atención, resultan de gran interés debido a que son los ecosistemas lacustres más frecuentes del planeta, especialmente en zonas áridas y semiáridas como la Mediterránea. Así, en un segundo estudio, Núria Catalán y colaboradores analizaron los flujos de CO2 y CH4 en 10 charcas temporales de pequeñas dimensiones de la isla de Menorca. Los autores de este estudio realizaron tres campañas de muestreo con el fin de cubrir las distintas fases del hidroperiodo: la fase de inundación tras la sequía estival (noviembre), la fase estable con agua (marzo) y la fase seca o sin agua (agosto).

Balsa de la Collada durante el verano, ejemplo de charca de carácter temporal en la isla de Menorca. Foto: Núria Catalán, Biel Obrador.

Los resultados de este estudio nos muestran un resultado sorprendente: las charcas temporales emiten CO2, y no solo en determinadas fases, sino durante todo el año. Además, la cantidad de CO2 que liberan a la atmósfera —cerca de dos kilogramos de CO2 por metro cuadrado y año— es similar a la que emiten las aguas corrientes con más turbulencia (ríos, arroyos y torrentes) y es un valor que triplica el flujo de CO2 procedente de lagos, embalses y lagunas permanentes. Cabe destacar que este trabajo es pionero en describir los flujos de carbono a lo largo del ciclo hidrológico de sistemas acuáticos temporales, con un especial interés tanto en las áreas inundadas como en las zonas de sedimentos no cubiertas por agua, incluso durante la fase seca en verano.

En el tercer trabajo, liderado por Biel Obrador en colaboración otros autores, se describe uno de los fenómenos a través del cual las pequeñas charcas temporales se convierten en una fuente neta de CO2 a la atmósfera durante todo el año, tengan o no tengan agua. Cuando están secas, las charcas temporales conservan cierta humedad en el lecho, lo que mantiene la actividad microbiana y, por tanto, la emisión de CO2. En cambio, cuando estos medios acuáticos tienen agua pueden actuar tanto de fuente como de sumidero de CO2, en función de otra serie de factores. Por otra parte, las emisiones de metano por parte de charcas temporales tienen poca relevancia, y sólo ocurren en zonas de sedimentos muy saturados en agua que contengan mucha materia orgánica y poco oxígeno.

Arriba: Ejemplo de cámara de medición de flujos de CO2 sobre sedimentos sin agua superficial(Fuente: DryFlux). Abajo: Daniel von Schiller midiendo flujos de CO2 y CH4 entre la lámina de agua y la atmósfera (método de la cámara estática) en una charca temporal durante la fase estable (con agua).

 

Integrando los sistemas acuáticos intermitentes en los modelos de emisiones de gases efecto invernadero

Estos y otros estudios recientes están poniendo de manifiesto la importancia de considerar la fase seca de ríos y charcas, tradicionalmente ignorada por considerarse irrelevante, en las estimas globales de emisiones de gases de efecto invernadero como el CO2.

El propio cambio climático de origen humano está alterando la frecuencia, intensidad y extensión de los periodos de sequía en embalses, lagunas, humedales y ríos de muchas zonas del planeta. En este contexto, las emisiones de carbono con origen en los hábitats acuáticos no inundados de manera permanente podrían ser muy relevantes para el ciclo global del carbono. Resulta paradójico que este escenario de sequía, enmarcado en el cambio climático, pueda desencadenar a su vez mayores emisiones de CO2 como consecuencia de la intensificación de las sequías que afectan a muchos ecosistemas acuáticos continentales. Y es que, cuando estos ambientes se secan, empiezan a actuar como fuentes, al menos puntuales, de CO2 a la atmósfera. Los resultados de estos trabajos nos muestran que la visión final que podemos obtener sobre el funcionamiento de los ecosistemas acuáticos es sorprendentemente diferente de la que se obtendría si solo se tuvieran en cuenta los sistemas permanentes. Así pues, el estudio integrado de los sistemas acuáticos y de su variabilidad hidrológica nos puede ayudar a mejorar el cálculo de los balances del ciclo de carbono y su papel en el cambio climático.

 

Artículos completos:

Gómez-Gener, L., Obrador, B., von Schiller, D., Marcé, R., Casas-Ruiz, J.P., Proia, L., Acuña, V., Catalán, N., Muñoz, I. and Koschorreck, M., 2015. Hot spots for carbon emissions from Mediterranean fluvial networks during summer drought. Biogeochemistry, 125(3): 409-426. Estudio financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.

Catalán, N., von Schiller, D., Marcé, R., Koschorreck, M., Gómez-Gener, L., & Obrador, B. (2014). Carbon dioxide efflux during the flooding phase of temporary ponds. Limnetica, 33(2), 349–360.

Obrador, B., von Schiller, D., Marcé, R., Gómez-Gener, L., Koschorreck, M., Borrego, C., & Catalán, N. (2018). Dry habitats sustain high CO2 emissions from temporary ponds across seasons. Scientific Reports, 1–27.

Los trabajos Catalán et al. (2014) y Obrador et al. (2018) se enmarcan dentro del proyecto CARBASSES (emisiones de carbono en charcas temporales de la isla de Menorca), financiado por el Instituto Menorquín de Estudios (IME).

 

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