La bomba biológica y la productividad primaria Noviembre 2012 INSTITUTO DE CIENCIAS DEL MAR Y LIMNOLOGIA U. N. A. M.

Una ilustración esquemática del paso de la radiación solar a través de la atmósfera y el agua de mar superficial, y la proporción de radiación fotosintéticamente activa (PAR) disponible en el mar

espectro de la radiación solar antes y después de pasar a través de la atmósfera, mostrando la zona de PAR o luz visible Porcentaje de la luz reflejada en un mar en calma en función del ángulo de incidencia.

Cambios en la radiación total recibida en el mar superficial con la latitud y mes del año en el hemisferio norte.

Variaciones temporales en la radiación solar

Variaciones temporales en la radiación solar

Hay un decrecimiento exponencial de la intensidad de la luz con la profundidad. Un coeficiente de extinción k, que se calcula en el agua de mar con un “radiometro” utilizando la ecuación: Io es la radiación en la superficie y Id es la radiación a la profundidad D: ID= I0 exponencial (-kD)

Zonas ecológicas verticales establecidas por la penetración de la luz en el mar.

Cerca del 90% de la MO que existe en la zona eufótica del océano es degradada en la columna de agua. Del 10% que alcanza el piso marino, solamente una décima parte escapa a la oxidación y es “sepultada”. En >1000 m el limitante es el oxígeno

La bomba biológica puede ser dividida en: (1) La producción de MO y bio-minerales en las aguas superficiales (2) El hundimiento de partículas al fondo (3) La descomposición de las partículas cuando van cayendo El fitoplancton en las aguas superficiales toma el DIC y nutrientes; el C es fijado vía fotosíntesis y junto con el N, P y otros elementos, forma los CHO, lípidos y proteínas, i.e., MO viva o biomasa. Una porción de la MO es consumida por los herbívoros, otra es descompuesta por bacterias. De hecho, la mayor parte de la PP formada será reciclada dentro de unos cuantos m de la columna de agua. Es importante resaltar que las tasas totales de las cantidades y la distribución y carácter de los materiales producidos, transportados, y descompuestos varia ampliamente dentro del océano. Además del C, N y P los dos principales componentes de la MO fitoplanctónica son sintetizados en una relación molar de C:N:P de 106:16:1 (Relación de Redfield). Las diatomeas que dan lugar al ópalo en sus paredes celulares poseen una relación de C:Si de 8.

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1 Pg=1016 g 16

Ambas la cantidad y la tasa con la que el fitoplancton es producido son importantes de considerar con respecto a la disponibilidad de Corg en la cadena trófica. El standing crop es la cantidad de fito vivo en un tiempo dado para una cantidad de agua de mar dada (mg C/m3 de agua de mar) o por debajo de una superficie dada (mg C/m2). La tasa de producción primaria P esta definida como el peso DIC fijado fotosintéticamente por unidad de tiempo y por unidad de volumen (mg C/m3 hr) o por unidad de área (g C/m2 día).

Tasa diaria integrada de la pp en función de la profundidad Lagos en general tienen un Pmax en mg C/mg Chl a/hr : Eutrófico 2-6 Mesotrófico 1-2 Oligotrófico 0.1-1

Constantes de saturación media Ks para cultivos de fitoplancton marino: 1.Cocolitofóridos y diatomeas de 5 µm de diámetro: 0.1-0.7 NO3 y 0.1-0.5 NH3 µg-at/L 0.5 NH3 µg-at/L= 7 µg N-NH3/L = 8.5 µgNH3/L 2. Diatomeas de 8-210 µm: 0.4-5.1 NO3 y 0.5-9.3 NH3 3.Flagelados de 5-47 µm: 0.1-10.3 NO3 y 0.1-5.7 NH3. Curva del crecimiento idealizado del fitoplancton

Variación estacional del fitoplancton, la luz, y nutrientes en un típico mar templado del hemisferio norte.

Alrededor del 10% de las aguas oceánicas superficiales del mundo (Pacífico norte, Pacífico ecuatorial y alrededor del Antártico) poseen exceso de nutrientes (como nitratos, fosfatos y silicatos) y luz, sin embargo, el standing crop de fitoplnacton en tales aguas permanece bajo: HNLC La causa de tal carencia en el crecimiento del fito en las zonas HNLC se ha atribuido a: Pastoreo del fitoplancton que mantiene bajos los niveles de clorofila Fuerte turbulencia mezcla al fito y lo deja por debajo de la profundidad crítica resultando con ello la limitación por luz Carencia de micronutrientes tales como el hierro que limita el creicmiento Fe es esencial para el transporte de electrones y los sistemas enzimáticos , con ello se planteó la hipótesis del Fe: La disponibilidad del Fe limita las tasas específicas de crecimiento del fito en las áreas HNLC de los océanos

¿Deberán los oceanógrafos bombear Fe? Algunas empresas y países están planeando una serie de experimentos controvertidos para ayudar a determinar sí el sembrado de Fe en el océano puede mitigar el calentamiento global Sección NewFocus: Eli Kintisch 2007. Science 318, 1368-1370. 24

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Perfil del Fe en las aguas del Pacífico norte en comparación con los nitratos Cambios en la clorofila a en función de la profundidad después de 3 días de adicionar Fe en el “parche”

Cambios en la pp en función de la profundidad después de 3 días de adicionar Fe