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Inland Aquatic Environments

Diversidad de lagos, estanques y arroyos antárticos

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Clive Howard-Williams (1), Ian Hawes (2), Peter Doran (3), Martin Siegert (4), Antonio Camacho (5), Enn Kaup (6)

(1) NIWA (Ltd), Christchurch, NZ, clive.howard-williams[at]niwa.co.nz
(2) University of Waikato, Tauranga, NZ, ian.hawes[a]twaikato.ac.nz
(3) Department of Geology and Geophysics, Louisiana State University, Baton Rouge, Louisiana, USA, pdoran[at]lsu.edu
(4) Grantham Institute, Imperial College, University of London, m.siegert[at]imperial.ac.uk
(5) Cavanilles Institute for Biodiversity and Evolutionary Biology, University of Valencia, Valencia, Spain, antonio.camacho[at]uv.es
(6) Tallinn University of Technology, Tallinn, Estonia, enn.kaup[at]ttu.ee

Las aguas continentales se encuentran ampliamente distribuidas por toda la Antártida y tienen numerosas características que solo se encuentran en las regiones polares. En el presente resumimos la diversidad de los ecosistemas acuáticos continentales y las características que los hacen vulnerables a la intervención humana directa y a la variabilidad y los cambios ambientales. Las fuentes principales de agua superficial son el hielo y la nieve, rara vez la lluvia (excepto en la Antártida marítima), lo que restringe la circulación al derretimiento estival. Se han identificado sistemas de agua subterránea y subglaciales pero la mayoría no han sido investigados. El congelamiento estacional le imparte una variabilidad considerable al hábitat físico de los ecosistemas cercanos a la superficie. Algunos cuerpos de agua ya están afectados por el uso de estaciones y las continuas investigaciones de campo que pueden dejar rastros de alteraciones. El cambio climático alterará significativamente los ecosistemas de aguas interiores del continente. La gestión de las actividades humanas directas se realiza a través de las ASPA (Zonas Antárticas Especialmente Protegidas, por sus siglas en inglés), ASMA (Zonas Antárticas Especialmente Administradas) y los Códigos de Conducta del SCAR (Comité Científico para la Investigación Antártica) para la “Investigación en campos científicos terrestres en Antártida” y la “Exploración e investigación de medioambientes acuáticos subglaciales”, con superposiciones entre los programas nacionales.

Características físicas generales

Los ecosistemas acuáticos continentales de la Antártida incluyen sistemas superficiales, subglaciales y subterráneos1,2,3,4 y constituyen centros de biodiversidad, biogeoquímica y producción biológica. Las fuentes de agua líquida varían a lo largo del continente, con una mayor dependencia del derretimiento de hielo glacial por sobre las nevadas (y lluvias) recientes desde las latitudes marítimas a las más altas. La duración de las corrientes libres de agua durante el verano sigue un gradiente similar, desde varios meses en la Antártida marítima hasta apenas unos pocos días al año a 80ºS.  En la Península Antártica, la cantidad relativamente alta de precipitaciones deriva en rendimientos hídricos con alta captación, y los lagos y estanques están mayormente bien descargados y diluidos.  A latitudes más altas, la creciente aridez tiene como resultado una mayor proporción de lagos y estanques endorreicos (zonas de captación sin salida), en los que la salinización (acumulación de sales) se torna prevalente. La salinización es un rasgo de los pocos sistemas subterráneos analizados hasta la fecha. Los lagos y estanques ubicados en las partes continentales más frías pueden estar continuamente cubiertos por muchos metros de hielo, en el que la pérdida por ablación y derretimiento basal se equilibra mediante aumentos ocurridos durante el congelamiento invernal. Los lagos y estanques ubicados en las latitudes más bajas pueden recibir suficiente calor durante el verano como para quedar sin hielo durante esa estación.

Dadas las diferencias drásticas en aspectos fundamentales de las aguas continentales en distintas partes de la Antártida, hemos identificado cinco sistemas de captación de aguas continentales que en gran parte coinciden con el “Análisis de Dominios Ambientales para el Continente Antartico”5: 1. Marítimo; 2. Oasis continentales; 3 Desiertos polares; 4 Ecosistemas supraglaciales, y 5 Ecosistemas subglaciales.

Marítimo

Figura 1. Paisaje de la meseta central de la Península Byers con lagos y ríos a fines del verano (Isla Livingston, Islas Shetland del Sur, Antártida marítima). (Imagen: Antonio Camacho)

Ejemplos: Isla King George o 25 de Mayo, Península Byers, Isla Alejandro, Isla Signy

Esta es la parte más húmeda de la Antártida, donde las temperaturas a menudo superan los cero grados en verano y las precipitaciones en forma de lluvia son significativas. Esto, sumado al derretimiento de la nieve invernal, deriva en arroyos que corren durante períodos relativamente prolongados. Las zonas de captación pueden contener una vegetación parcial con mantos microbianos, musgos y hepáticas (y hierbas en algunas zonas septentrionales) que brindan cierto aporte orgánico y nutritivo a los cuerpos de agua6. Las aguas continentales en general están altamente diluidas y son improductivas (ultraoligotróficas), aunque en las zonas costeras los animales marinos pueden provocar el enriquecimiento de nutrientes (eutroficación). El contenido de sal en general es bajo y proviene mayormente del rocío marino7. Los lagos y los estanques suelen estar libres de hielo durante el verano7. La cantidad abundante de agua de deshielo implica que la mayor parte tiene salidas y niveles relativamente estables pero otra parte queda contenida por el hielo. Los lagos marítimos suelen estar bien mezclados en verano, durante su estado libre de hielo, y se hallan estratificados bajo hielo en el invierno. Estos se denominan lagos holomícticos.

Oasis continentales

Ejemplos: Colinas de Bunger, Vestfold y Larsemann, oasis Schirmacher y Syowa

Los oasis continentales se encuentran en los márgenes continentales, en paisajes relativamente recientes formados a menudo a partir de la retirada de la capa de hielo del Holoceno y la elevación simultánea de la superficie terrestre (levantamiento isostático). Algunos lagos existieron durante al menos el último ciclo glacial-interglacial8.  Los arroyos que corren exclusivamente en verano suelen ser cortos, con caudales importantes (p. ej., hasta 6 m3s-1 en el Río Algae, Colinas de Bunger), y más habitualmente provienen de las capas de hielo interiores que de los glaciares. Los estanques suelen tener un alto contenido de cianobacterias y a veces contienen musgos acuáticos. Los lagos de los oasis en el verano presentan una mezcla de partes sin hielo y otras partes cubiertas de hielo. La mayoría de ellos son de agua dulce, pero también pueden producirse sistemas salobres a hipersalinos por la evaporación y la evolución del agua marina atrapada. Aquí los lagos a menudo están estratificados químicamente (meromícticos) en los lugares en que el agua de deshielo superó el agua marina antigua. Un ejemplo es el Lago Profundo (colinas de Vestfold), un miembro extremo salino con agua marina concentrada por evaporación que en invierno permanece sin hielo a -15oC9. Los lagos epishelf2 de marea se encuentran aquí y en la Antártida marítima.  Los lagos epishelf se producen cuando se acumula agua dulce en la unión entre los oasis y las barreras de hielo flotantes. El agua dulce cubre el agua marina en la base del lago.

Figura 2. Oasis continental: Colinas de Vestfold, Antártida (Imagen: División Antártica Australiana)

Figura 3. Lago Suribachi, un lago de agua dulce en la zona de Skarvsnes, cerca de la base Syowa (Imagen: Akinori Takahashi)

Figura 4. Lago epishelf Karovoye en el oasis Schirmacher (Imagen: Enn Kaup)

Desiertos polares

Figura 5. Desierto polar: Río Onyx con afluentes de arroyos glaciales alpinos (Imagen: Julieinantarctica.blogspot.rs)

Ejemplos: Valles Secos de McMurdo, Isla James Ross.

Los desiertos polares se caracterizan por muy bajas precipitaciones y paisajes áridos (a veces >106 años de antigüedad).  Las fuentes de agua son principalmente los glaciares y las capas de hielo. El derretimiento es sensible a la temperatura y a la radiación solar, por lo que las descargas de los arroyos derretidos se caracterizan por la variabilidad diurna, intraestival e interanual10,11. Algunos arroyos son grandes (p. ej., hasta 10 m3 s-1 en el Rio Onyx, en el valle de Wright, que tiene 30 km de longitud). Hay muchas zonas de captación endorreicas y los estanques salinos y salobres son habituales. Los estanques suelen permanecer tapados por el hielo en el verano y solo unos pocos ejemplos obtienen suficiente calor para quedar libres de hielo.12,13 Todos los lagos de desiertos polares tienen casquetes polares10 gruesos y perennes (p. ej., los Lagos Fryxell, Bonney) y algunos están congelados hasta la base, tal vez con una capa basal de salmuera14 (p. ej. Lagos Vida, House).  Los procesos históricos de secado y rellenado que responden a la variabilidad climática a largo plazo han dejado estratificados químicamente a la mayoría de los lagos de los desiertos polares, con concentraciones crecientes de sal en dirección a la base (meromícticos). El lago Vanda (Superficie: 7.5 km2, Profundidad: 78 m) posee múltiples capas de salmuera y temperaturas inferiores de >20°C10 durante todo el año. Estudios recientes han indicado la presencia extensa de agua subterránea salina debajo de gran parte del Valle de Taylor4 y en partes del Valle de Wright15.

Figura 6. Desierto polar: Lago Vanda, permanentemente cubierto de hielo, Valle de Wright (Imagen: US-LTER)

Figura 7. Perfil vertical del Lago Vanda, Valle de Wright (de Priscu, J.C. (Ed). 1998], [10]).

Ecosistemas supraglaciales

Ejemplos en toda la costa de la Antártida.

El agua libre del verano forma arroyos y estanques supraglaciales que se desarrollan en las zonas de ablación de muchos glaciares, capas de hielo y barreras de hielo ubicados en las costas y en el continente. Existe una alta variabilidad en el caudal de los arroyos supraglaciales y se caracteriza por ciclos diurnos de congelamiento y descongelamiento.3,16,17. Los estanques y lagos se acumulan en las depresiones de hielo, generalmente debajo de una capa de hielo delgada, y las aguas están diluidas y son improductivas (ultraoligotróficas). Se ha sugerido que las acumulaciones de agua de deshielo pueden afectar la estabilidad de las barreras de hielo.16

Los agujeros de crioconita también son una característica habitual de las zonas de ablación glacial y se forman donde las acumulaciones superficiales de sedimento (crioconita) derriten pequeños “estanques” cilíndricos (de cm2 a m2 de diámetro, cm de profundidad), frecuentemente colonizados por vida microbiana planctónica y béntica.18

Figura 8. Complejo de estanques en la Barrera de Hielo McMurdo (Imagen: C. Howard-Williams)

Figura 9. Pequeños agujeros de crioconita en el hielo. (Imagen: Climatica.org.uk)

Ecosistemas subglaciales

Figura 10. Imagen satelital de la capa de hielo que muestra un cambio fisiográfico en el hielo debido a la presencia del Lago Vostok. El lago tiene 250 km de longitud y 12.500 km2 de superficie. El agua de deshielo se encuentra a 4000 m debajo de la superficie de hielo (Imagen: NASA).

Dispersos debajo de las capas de hielo de la Antártida Oriental y Occidental.

Se han identificado más de 400 lagos subglaciales19. El Lago Vostok es el más grande, con una superficie de 14.000 km2 y una profundidad promedio del agua de 410 m (6º lago más grande del planeta en cuanto a volumen). Los lagos subglaciales están cubiertos por 1-4 kilómetros de hielo y muchos están conectados hidrológicamente1,19,20. El llenado y el drenaje de los mismos han sido asociados con los movimientos de las capas de hielo. Algunos pueden haber estado aislados de la superficia planetaria durante millones de años, con implicancias para sus formas de vida y la necesidad de protegerlos1.

Figura 11. Ubicación de 386 lagos subglaciales antárticos. Se anota el Lago Ellsworth, Lago Vostok y Lago Whillans (el sitio del programa Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling (WISSARD)). (Wright and Siegert 2012 https://doi.org/10.1017/S095410201200048X)

Conservacion y Administración

La mayoría de los lagos, estanques y arroyos antárticos se encuentran en paisajes frágiles sensibles a las alteraciones y a la contaminación.21,22 Sin embargo, en las últimas décadas la investigación y el turismo se han intensificado drásticamente en varias zonas sin hielo, lo que aumenta aún más el riesgo potencial para ellos. Algunas aguas continentales ya están afectadas por el uso de las estaciones de campo y las investigaciones de campo de largo plazo23, que pueden dejar rastros de alteraciones21,22,23.

El cambio climático tendrá un impacto importante en los ecosistemas de aguas continentales de la Antártida porque la existencia y las propiedades de los mismos dependen críticamente del derretimiento. Se necesita información sobre las actividades humanas cercanas a las aguas continentales para: la priorización de los sitios que necesitan conservación; la restauración y la administración especial; la identificación de hábitats en riesgo de invasiones biológicas; la identificación de ubicaciones adecuadas para actividades turísticas sustentables dentro de los límites medioambientales; y determinar la vulnerabilidad al cambio climático. La gestión de las actividades humanas directas en los sistemas de agua dulce se realiza a través de (solo unas pocas) ASPA, tres ASMA, y los Códigos de Conducta Ambiental del SCAR para la “Investigación en campos científicos terrestres en Antártida” y la “Exploración e investigación de medioambientes acuáticos subglaciales”, a menudo con superposición de programas nacionales.

1903

Expedición de descubrimiento de Scott: Primera exploración del Valle de Taylor y descubrimiento de lagos y arroyos.

1912

Expedición de Shackleton: James Murray describe vida en los estanques de la Isla Ross

1947

Operación High Jump: Descubrimiento de lagos y arroyos en el Territorio Victoria mediante fotografía aérea

1957-58

Año Internacional de la Geofísica. Exploración de los Valles Secos McMurdo, establecimiento de bases australianas en oasis continentales; establecimiento del BAS (sondeo británico de la Antártida) en Signy, base argentina en la Isla 25 de Mayo (King George), todas con actividades de investigación limnológica.

1961

Se establece la Estación Novolazarevskaya en el oasis Schirmacher. La investigación incluye limnología.

1962

Se descubren propiedades únicas en las columnas de agua de los Lagos Vanda y Bonney.

1968

Nueva Zelanda establece la Estación Vanda en el Lago Vanda del Valle Wright.

1967

Inicio del monitoreo de flujos hidrológicos en el Valle Seco McMurdo.

1971

Se inician estudios de limnología en la Isla Signy

1976

Se establece la Estación Georg Foster en el oasis Schirmacher – estudios de lagos, estanques y arroyos

1977

Colinas de Vestfold: comienzo de la investigación limnológica en lagos

1979

El Proyecto de Perforación en los Valles Secos incluye la perforación en lagos

1987

Colinas de Bunger, Colinas de Larsemann: comienzo de la investigación limnológica

1988

Inicio del proyecto Barrera de Hielo de McMurdo

1992

Comienza la LTER (investigación ecológica a largo plazo) en los Valles Secos de McMurdo; al año siguiente se inicia el Código de Conducta Ambiental.

1993

Confirmación de la existencia del Lago Vostok, que llevó al inicio de la investigación sobre lagos subglaciales (la existencia del Lago Vostok se sugirió por primera vez en 1964)

1990-2010

Controversia política por la perforación del Lago Vostok

2004

Se promulga la ASMA de los Valles Secos bajo el amparo de la ATCM (Reunión Consultiva del Tratado Antártico)

2007

España establece la Península Byers, en la Isla Livingston, como punto de referencia limnológico internacional.

2007-2009

Año Polar Internacional

2009-Presente

El Portal de Biodiversidad Antártica (biodiversity.aq, AntaBIF)

2012

Año Polar Internacional – Estudios a finales de estación en el Territorio Victoria y en la Barrera de Hielo de McMurdo

2011, 2015

Revisiones del Plan de Administración de ASMA de los Valles Secos

2016-2018

Proyecto WISSARD y demostraciones de la hidroconectividad subglacial

Other information:

  1. Vincent W.F. and Laybourn-Parry, J. (Eds.) 2008. Polar Lakes and Rivers. Oxford University Press. 327p.
  2. Laybourn-Parry, J. and Wadham, J.(Eds.) 2014. Antarctic Lakes. Oxford University Press. 242p.
  3. Hodson, A., Anesio, A.M., Tranter, M., Fountain, A., Osborn, M., Priscu, J., Laybourn-Parry, J. and Sattler, B. 2008. Glacial ecosystems. Ecological Monographs 78, 41–67.
  4. Mikucki, J., Auken, E., Tulaczyk, S., Virginia, R.A., Schamper, C., Sørensen, K.I., Doran, P.T., Dugan, H. and Foley, N.  2015. Deep groundwater and potential subsurface habitats beneath an Antarctic dry valley. Nature Communications 6:6831 (doi: 10.1038/ncomms7831)
  5. Morgan, F, Barker, G., Briggs, C., Price, R. and Keys H. 2007. Environmental Domains Analysis for the Antarctic Continent: Version 2.0 Final report. Landcare Research Report LC0708/055 for Antarctica New Zealand and Department of Conservation. Lincoln, NZ. 89p.https://www.landcareresearch.co.nz/publications/researchpubs/eda_v2_final_report.pdf  and https://www.ats.aq/documents/recatt/Att408_e.pdf
  6. Toro, M., Camacho,A., Rochera, C., Rico, E., Bañón, M., Fernández-Valiente, E., Marco, E., Justel, A., Avendaño, M.C., Ariosa, Y., Vincent, W.F., Quesada, A.  2007. Limnological characteristics of the freshwater ecosystems of Byers Peninsula, Livingston Island, in maritime Antarctica. Polar Biology 30, 365-380.
  7. Lyons, W. B.; Welch, K.A., Welch, S.A., Camacho, A., Rochera, C., Michaud, L., de Wit, R., and Carey, A. E.  2013. Geochemistry of streams from Byers Peninsula, Livingston Island. Antarctic Science 25, 181-190. (doi:10.1017/S0954102012000776)
  8. Hodgson D.A., Verleyen E., Sabbe K., Squier A.H., Keely B.J., Leng M., Saunders K.M. & Vyverman W. (2005). Late Quaternary climate-driven environmental change in the Larsemann Hills, east Antarctica, multi-proxy evidence from a lake-sediment core. Quaternary Research 64: 83-99.
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  13. Healy, M., Webster-Brown, J.G., Brown, K.L. and Lane, V. 2006.  Chemistry and stratification of Antarctic meltwater ponds; II Inland ponds in the McMurdo Dry Valleys, Victoria Land. Antarctic Science 18, 525-533.
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  15. Toner, J.D., Cattling D.C. and Sletten, R.S.  2017. The geochemistry of Don Juan Pond: Evidence for a deep groundwater flow system in Wright Valley, Antarctica. Earth and Planetary Science Letters 474. 190-197. (doi:10.1016/j.epsl.2017.06.039.)
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  20. Siegert, M.J., Kulessa, B., Bougamont, M., Christoffersen, P., Key, K., Andersen, K.R., Booth, A.D. and Smith, A.M. (2018) Antarctic subglacial groundwater: a concept paper on its measurement and potential influence on ice flow. In, Siegert, M.J., Jamieson, S.S.R. & White, D.A. (Eds.) Exploration of Subsurface Antarctica: Uncovering Past Changes and Modern Processes. Geological Society, London, Special Publications, 461, 197-214.
  21. Priscu, J.C and Howkins, A. (Eds.) 2016. Environmental assessment of the McMurdo dry Valleys: Witness to the past and guide to the future. Special Publication, LPRES-PRG 02, Department of Land Resources and Environmental Sciences, Montana State University, USA, 63p.
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