El cambio climático influye decisivamente en la vida de nuestro planeta, a menudo con consecuencias dramáticas para la economía y la supervivencia de las poblaciones. La investigación científica estudia los fenómenos naturales y todos hemos oído y leído sobre la Corriente del Golfo, El Niño y La Niña, los huracanes en zonas tropicales (ciclones) y recientemente el "Medicane".
Para evaluar el estado de bienestar de los mares, hay parámetros fundamentales que deben conocerse y analizarse, en particular:
La temperatura es un parámetro utilizado como indicador del calor.
Es una magnitud física que determina el intercambio espontáneo de calor entre diferentes cuerpos: el calor fluye de un cuerpo con una temperatura más alta a otro con una temperatura más baja.
El intercambio de calor es una interacción importante entre la superficie del mar y la atmósfera.
A lo largo del perfil vertical de la columna de agua, la temperatura disminuye, con valores generalmente más altos en la superficie. A lo largo de este gradiente vertical se encuentra la termoclina, una capa a lo largo de la cual la temperatura disminuye drásticamente, separando una zona superficial más cálida (capa mixta) de la zona más profunda y fría, a lo largo de la cual la temperatura permanece más o menos constante.
La temperatura y su perfil vertical están influidos por la latitud, con un aumento de la temperatura en las latitudes más bajas, y por las estaciones.
La temperatura, junto con la salinidad, determina la densidad del agua y, en consecuencia, caracteriza las masas de agua e influye en sus movimientos. Además, afecta a otros parámetros como la solubilidad de los gases disueltos, por ejemplo el oxígeno.
Unidades de medida: Existen diferentes unidades de medida: por ejemplo, grados centígrados, grados kelvin. Lo ideal sería medir una temperatura absoluta, es decir, una temperatura cuya escala comience en un cero absoluto. Como el uso de una escala de temperatura absoluta es bastante difícil, se utilizan escalas prácticas derivadas de calibraciones en valores bien definidos, como el "punto triple del agua" (el más conocido, pero también el punto triple del hidrógeno, el punto de congelación de la plata o el indio). La escala práctica de temperatura se revisó en 1887, 1927, 1948, 1968, 1990).
Valor medio de los Océanos: ˜3,5°C
Valor medio de la capa superficial del mar Mediterráneo (0 - 150 m): ˜ 15,4°C
Valor medio de la capa media del mar Mediterráneo (150 - 300 m): ˜ 13°C
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La temperatura es un parámetro importante para la vida de los organismos acuáticos. Cada uno está adaptado a vivir a temperaturas diferentes: los organismos que viven en los polos estarán adaptados a temperaturas más frías, mientras que los que viven en el ecuador a temperaturas más cálidas. En las últimas décadas, estamos asistiendo a un aumento global de la temperatura del agua. Este proceso tiene efectos negativos en muchos aspectos, desde la vida de los organismos marinos hasta la regulación del clima mundial.
El aumento de las temperaturas causa graves daños a los organismos bien adaptados a temperaturas estables, como los corales. Se trata de animales coloniales formados por un gran número de pequeños pólipos. Para vivir, los corales están en simbiosis con las zooxantelas: algas unicelulares que viven en el interior de los pólipos, donde realizan la fotosíntesis y producen nutrientes y oxígeno. Cuando la temperatura sube demasiado, las zooxantelas son expulsadas de los pólipos de coral, que se blanquean y mueren lentamente, afectando a ecosistemas enteros.
La temperatura también influye en la solubilidad del oxígeno en el agua, es decir, en la cantidad de oxígeno que puede estar presente. A medida que el agua se calienta, la solubilidad del oxígeno disminuye, por lo que el calentamiento del mar también se traduce en una disminución del oxígeno disponible para los organismos marinos.
En el plano físico, sin embargo, a medida que aumenta la temperatura del agua y del aire, también lo hace la fusión del hielo en los polos, con importantes repercusiones globales, como la subida del nivel del mar y la disminución de la salinidad.
La salinidad indica la cantidad de sales disueltas en una muestra de agua.
En el nivel más simple de definición, la salinidad es la cantidad total de material disuelto (medido en gramos) en un kilogramo de agua de mar. Por tanto, la salinidad es una cantidad adimensional. Siempre ha sido difícil encontrar una definición práctica que permita una medición precisa. Los primeros métodos para "pesar" la cantidad de material disuelto consistían en evaporar el agua, pero pronto se descubrió que parte del material disuelto también era arrastrado por los vapores. Para evitar este inconveniente, se propuso (interviniendo químicamente) definir la salinidad como "la cantidad total de materia sólida (en gramos) disuelta en un kilogramo de agua de mar cuando todo el carbonato se ha convertido en óxido, el bromo y el yodo se han sustituido por cloro y toda la materia orgánica se ha oxidado por completo". Una complicación agradable desde el punto de vista práctico, por lo que en 1964 se propuso una fórmula que vinculaba la salinidad al contenido en cloro, un elemento que podía medirse fácilmente mediante análisis químico. Al mismo tiempo, se empezó a trabajar en fórmulas que vinculaban la salinidad a la conductividad. Estas fórmulas se actualizaron constantemente hasta llegar a TEOS 10. Estas fórmulas se basan en el principio de que a medida que aumenta la salinidad, la conductividad del agua aumenta proporcionalmente. Así, la salinidad de una muestra de agua puede deducirse de la medición de la conductividad.
Los componentes principales del agua de mar son once, y son éstos los que le confieren su salinidad (5 cationes, 5 aniones y un elemento indisociado).
La salinidad superficial sigue un gradiente latitudinal influido por la evaporación del agua de mar y las precipitaciones atmosféricas, con un aumento desde las zonas polares a las tropicales, mientras que en el cinturón ecuatorial se produce un ligero descenso de la salinidad debido al aumento de las precipitaciones.
La entrada de agua dulce y el deshielo son otros factores que influyen en la salinidad superficial.
La salinidad, junto con la temperatura, determina la densidad del agua y, en consecuencia, caracteriza las masas de agua e influye en sus movimientos. También influye en otros parámetros, como la solubilidad de los gases disueltos, por ejemplo el oxígeno, y la temperatura de congelación del agua.
Unidades de medida: Al igual que ocurre con la temperatura, la escala de medición de la salinidad del mar ha cambiado con el tiempo en función de las tecnologías y metodologías de medición y de la evolución del concepto práctico de salinidad. La escala de medida evolucionó de la unidad ppt (partes por mil), a psu (unidad práctica de salinidad) y después a Salinidad Absoluta (TEOS10 - un número puro) por las razones que se expondrán en la "Descripción". En 1889 se dio una definición de salinidad, que se publicó en 1902. En 1964, la UNESCO aprobó una nueva definición basada en la "clorinidad" y en 1966 se aprobó la relación entre salinidad y clorinidad. En 1978 se aprobó la Escala Práctica de Salinidad (pss). En 1980 se definió una Ecuación Internacional del Agua de Mar, y en 2010 se definió la Ecuación Termodinámica (TEOS 10) para estimar la Salinidad Absoluta. En la reunión de la UNESCO celebrada para aprobar TEOS 10, se indicó expresamente que esta no sería la última revisión del cálculo de la salinidad.
Valor medio oceánico 34,7 psu
Valor medio de la capa superficial del mar Mediterráneo (0 - 150 m): ˜ 36,2 psu
Valor medio de la capa media del mar Mediterráneo (150 - 300 m): ˜ 38,4 psu
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La densidad del mar viene dada por la temperatura, la salinidad y la profundidad/presión. Las diferencias horizontales de densidad dan lugar a la formación de corrientes termohalinas. Debido al calentamiento global, la salinidad del mar en las zonas polares corre ahora el riesgo de disminuir debido al aumento del deshielo, que consiste en agua dulce, lo que afecta a la densidad de las masas de agua y, en consecuencia, a las corrientes termohalinas.
La salinidad también influye en los organismos vivos. Los organismos marinos no tienen una capa externa de epidermis como los organismos que viven en tierra, por lo que tienen la posibilidad de intercambiar agua a través de la superficie de su cuerpo. Esto es sin duda una ventaja adaptativa al medio en el que viven, pero si la salinidad del agua variara demasiado respecto a la que están acostumbrados, no podrían sobrevivir. Tanto si la salinidad aumenta como si disminuye, el equilibrio de sales y agua dentro del cuerpo de los organismos marinos se ve alterado, hasta el punto de provocarles la muerte. Cuando la salinidad alcanza valores muy altos, las condiciones se vuelven insostenibles para la vida, salvo para unos pocos organismos unicelulares adaptados a vivir en condiciones extremas. Un ejemplo de esta condición es el Mar Muerto: el mar, o más bien lago, más salado del mundo, donde no hay formas de vida visibles a simple vista.
La conductividad es una propiedad del agua de mar. En ella se encuentran disueltos iones positivos y negativos que hacen de la solución un excelente conductor de la electricidad. Estos compuestos son los que imparten salinidad al agua de mar; por tanto, la medición de la conductividad se utiliza precisamente para derivar el parámetro de salinidad, parámetros que son directamente proporcionales.
La conductividad es, por tanto, la medida de la conductancia del agua por la acción de los electrodos sensores sobre el electrodo de conductividad. La señal de respuesta se expresa en mS/cm. Nótese que la conductividad de las soluciones de especies iónicas depende fuertemente de la temperatura.
Unidad de medida: mS/cm
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El agua de mar es un excelente conductor de electricidad. Contiene compuestos cargados positiva y negativamente que permiten que la electricidad fluya a través del agua. Gracias a esta propiedad, se puede calcular el parámetro de conductividad del agua.
Los compuestos que hacen del agua de mar un buen conductor de la electricidad son precisamente los que confieren al agua su salinidad. La importancia de la conductividad radica precisamente en este vínculo con la salinidad. En efecto, el cálculo de la conductividad permite obtener, mediante fórmulas complejas, la salinidad del agua, un parámetro muy importante para el equilibrio físico y biológico de las masas de agua (véase Salinidad).
La conductividad también se utiliza para medir los parámetros función no lineal (nLF) de la conductividad, conductancia específica y sólidos disueltos totales.
La conductancia específica se mide utilizando la misma técnica que la conductividad, pero la sonda utiliza los valores de temperatura y conductividad para generar un valor compensado de conductancia específica a 25 °C.
La función no lineal (nLF) de la conductividad está definida por la norma ISO 7888 y es aplicable a la temperatura para compensar la conductividad electrolítica de las aguas naturales. Esta convención se utiliza normalmente en los mercados alemanes.
Este parámetro indica la cantidad de oxígeno disuelto presente en un litro de agua.
La concentración de oxígeno disuelto está regulada por procesos físicos y biológicos.
La circulación oceánica y la interacción entre la atmósfera y la superficie del mar influyen en la cantidad de oxígeno disuelto en el agua. Una molécula gaseosa, el oxígeno (O2) se intercambia entre el aire y la superficie del mar por difusión, siguiendo su gradiente de concentración (proceso denominado ventilación).
Los procesos de fotosíntesis y respiración también desempeñan un papel clave en el control del oxígeno. A lo largo de la columna de agua se pasa de zonas de producción neta de oxígeno, en las que los procesos de fotosíntesis superan a los de respiración, a zonas en las que los procesos fotosintéticos disminuyen y se produce una disminución de la presencia de oxígeno, que es consumido por la respiración de los seres vivos.
La concentración más baja de oxígeno disuelto se encuentra en torno a los 1000 m de profundidad, donde hay un máximo de actividad degradativa por bacterias descomponedoras y procesos consumidores de oxígeno. Por debajo de los 1000 m, la concentración de oxígeno vuelve a aumentar y permanece estable debido a la ventilación de las aguas profundas por la circulación oceánica.
Las variables que pueden influir en la cantidad de oxígeno disuelto son la temperatura y la salinidad: al aumentar la temperatura, al igual que la salinidad, disminuye la solubilidad del oxígeno en el agua.
Unidades de medida: mg/L o µg/L
Contenido medio en los océanos antes de la década de 1980: ˜ 130 µg/L
Contenido medio en los océanos en el siglo XXI: ˜ 100 µg/L
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En el agua, como en la tierra, el oxígeno es necesario para la vida. Peces, cetáceos, moluscos, crustáceos y muchos otros organismos marinos necesitan respirar oxígeno para vivir, igual que los animales que viven sobre el agua.
El oxígeno del mar procede en parte de la atmósfera, pero también es producido en parte en el agua por organismos autótrofos, es decir, plantas, algas y fitoplancton (algas muy pequeñas, formadas también por una sola célula) que realizan la fotosíntesis.
A lo largo de la columna de agua se pasa de zonas de producción neta de oxígeno, en las que los procesos fotosintéticos superan a los de respiración, a zonas en las que los procesos fotosintéticos disminuyen y se produce una disminución de la presencia de oxígeno, que es consumido por la respiración de los seres vivos. Allí donde la población fitoplanctónica dispone de más energía luminosa, produce más de lo que consume, por lo que toda la producción no utilizada por el fitoplancton puede exportarse a niveles tróficos superiores. La profundidad a la que la cantidad de producción es igual a la cantidad de respiración es el punto de compensación: el fitoplancton produce tanto como necesita para su metabolismo.
A mayor profundidad, en cambio, la luz disminuye y con ella la productividad del fitoplancton: la población consume por tanto más oxígeno del que produce.
Si el oxígeno en el agua disminuyera mucho, como está ocurriendo según un informe de la UICN de 2019, se pondría en peligro la supervivencia de los organismos marinos, con consecuencias para la biodiversidad y el equilibrio de los ecosistemas marinos.
La clorofila a es un pigmento fotosintético verde presente en todos los organismos vegetales marinos, grandes y pequeños. Es un parámetro utilizado para evaluar y cuantificar la biomasa fitoplanctónica en el mar. El componente fitoplanctónico está formado por microalgas, es decir, organismos autótrofos cuyo tamaño oscila entre unas pocas y cientos de micras. En estos organismos está presente la clorofila, un pigmento que absorbe la luz con dos picos de absorción, en torno a las longitudes de onda de 430 nm y 660 nm. Es indispensable para llevar a cabo la fotosíntesis oxigénica, un proceso por el cual la energía luminosa se transforma en energía química que puede ser utilizada por la célula para la biosíntesis de moléculas, con la concomitante liberación de oxígeno al medio ambiente.
Las variaciones en los valores de clorofila reflejan variaciones en la presencia y cantidad de microalgas, influidas, entre otros factores, por la luz, los factores de estrés y la presencia de nutrientes.
Unidad de medida: RFU (Unidad de Fluorescencia Relativa) o microgramo/L. La relación entre ambas unidades depende de la temperatura del agua en el momento de la medición.
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La clorofila se mide para saber cuántas microalgas hay en el agua. Las microalgas son organismos autótrofos, como las plantas, es decir, son capaces de realizar la fotosíntesis y producir así sus propios nutrientes y liberar oxígeno al medio ambiente. De hecho, gran parte del oxígeno del agua lo producen organismos marinos autótrofos: plantas, algas y fitoplancton (algas muy pequeñas, formadas por una sola célula).
Este oxígeno permanece en parte en el agua, mientras que una parte llega a la superficie del mar y pasa a la atmósfera: ¡alrededor del 50% del oxígeno que respiramos se produce de hecho en los océanos!
Por tanto, unos valores muy bajos de clorofila en el mar también pueden ser un problema fuera del agua: indican una falta o escasez de microalgas y, por tanto, de la producción de oxígeno necesaria para la vida dentro y fuera del agua.
Por otro lado, un aumento excesivo de los valores de clorofila puede indicar la presencia de floraciones de algas: en algunos casos, las microalgas pueden proliferar muy rápidamente, dando lugar a las denominadas floraciones de algas. Aunque esto pueda parecer positivo debido al aumento de la producción de oxígeno, las floraciones de algas tienen repercusiones negativas en el medio ambiente. De hecho, cuando las algas mueren, gran parte del oxígeno del agua es utilizado por las bacterias para su descomposición. Por tanto, el oxígeno disponible para otros organismos disminuye rápidamente y muchos organismos no pueden sobrevivir.
Además, ciertas especies de microalgas que proliferan en estos casos liberan al medio ambiente sustancias tóxicas, mucilaginosas y malolientes, con importantes repercusiones también en el bienestar y la salud humanos.
La ficoeritrina es un pigmento fotosintético accesorio perteneciente al grupo más amplio de las ficobilinas, pigmentos que se encuentran en algas rojas, cianobacterias y criptofitas. Tiene un color rojo (de ahí el sufijo -eritrina) y una fuerte fluorescencia amarilla.
Al tratarse de una molécula fotosensible, su presencia puede medirse mediante métodos ópticos basados en la fluorescencia. Es un parámetro utilizado para evaluar y cuantificar la presencia de microalgas en el mar.
La ficoeritrina tiene un pico de absorción de luz entre 545 y 566 nm, longitudes de onda fuera del rango de absorción de las clorofilas y los carotenoides.
Las variaciones en los valores de ficoeritrina reflejan variaciones en la presencia y cantidad de microalgas, influidas por la luz, el estrés y la presencia de nutrientes, entre otros factores.
Unidad de medida: RFU (Unidad de Fluorescencia Relativa)
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Para realizar la fotosíntesis, los organismos vegetales son capaces de absorber la luz mediante pigmentos fotosintéticos. El principal es la clorofila a, presente en todos los organismos vegetales marinos, pero para poder absorber la luz en distintas longitudes de onda, muchos organismos han desarrollado pigmentos diferentes, llamados pigmentos accesorios. Uno de ellos es la ficoeritrina, presente, por ejemplo, en las cianobacterias, también conocidas como algas azules.
Por tanto, la medición de la ficoeritrina es útil para evaluar la presencia en el mar de microalgas pertenecientes a los grupos de las cianobacterias y las algas rojas. Un aumento o disminución de los valores de ficoeritrina tiene el mismo efecto que un cambio de la clorofila en el mar (véase Clorofila).
El pH indica la acidez o basicidad de una solución acuosa, expresada por el cologaritmo decimal de la concentración de iones hidrógeno.
Un pH de 7,0 es neutro; los valores inferiores a 7 son ácidos; los superiores a 7 son alcalinos.
El agua de mar es ligeramente alcalina, por lo general con un pH que actualmente ronda 8,1 (con una disminución respecto al pasado de 0,1), pero existen gradientes naturales de pH en el agua de mar.
Este parámetro está influido por factores físicos y biológicos: la temperatura del agua, los manantiales y la presencia de carbonatos provocan una variación natural del pH.
Las variaciones de este parámetro también están causadas por factores antropogénicos: el aumento de dióxido de carbono en la atmósfera es la causa de la acidificación de los mares, cuyo valor medio de pH es ahora unas 0,1 unidades inferior al del pasado.
De hecho, el pH del agua de mar está influido por el dióxido de carbono atmosférico, que en la interfase aire-agua se transfiere en parte al mar, donde actúa sobre el equilibrio entre el ácido carbónico y el ion bicarbonato, provocando un aumento del H+ y la consiguiente disminución del pH.
Unidad de medida: Sin dimensiones
Contenido medio en los océanos: 8.2
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Cuando se oye hablar de la acidificación de los mares, se hace referencia precisamente al pH. El mar tenía un pH ligeramente básico, en torno a 8,2, que se mantenía estable gracias a complejos equilibrios. A medida que aumenta el dióxido de carbono en la atmósfera, se produce también un aumento del CO2 en el agua. De hecho, el dióxido de carbono es un gas y, como todos los gases, se desplaza de las zonas donde está más concentrado, en este caso la atmósfera, a las zonas donde está menos concentrado, es decir, la superficie del mar. Una vez dentro del agua, actúa sobre los equilibrios que mantienen estable el pH: si el CO2 alcanza cantidades demasiado elevadas provoca una disminución del pH marino, es decir, su acidificación.
Este proceso tiene efectos negativos sobre todo en los organismos y sustratos formados a partir de carbonato cálcico. Entre estos organismos se encuentran los corales, animales coloniales que producen un esqueleto externo formado por carbonato cálcico. Cuando éstos mueren, sus esqueletos permanecen en el medio ambiente y con el tiempo pasan a formar los famosos arrecifes de coral, importantes ecosistemas marinos pero también sustratos muy importantes para la vida de muchas personas: ¡muchas islas habitadas o naciones enteras, como las Maldivas, están fundadas sobre arrecifes de coral!
Sin embargo, el carbonato cálcico es un compuesto que se disuelve al bajar el pH, por lo que la acidificación del agua puede tener repercusiones muy graves para la vida de los organismos marinos, pero también para la de poblaciones enteras.
La turbidez es una medida indirecta de la concentración de sólidos en suspensión en el agua y suele determinarse haciendo brillar una luz en la solución de la muestra y midiendo después la luz que dispersan las partículas en suspensión. La turbidez es un factor importante en la calidad del agua y es una herramienta clave para controlar los cambios medioambientales debidos a fenómenos como la escorrentía meteorológica o los vertidos ilícitos. La fuente de sólidos en suspensión varía (por ejemplo, limo, arcilla, arena, algas y materia orgánica), pero todas las partículas afectan a la transmisión de la luz y dan lugar a una señal de turbidez.
Los valores de turbidez suelen ser más altos en las zonas costeras, donde varios factores, entre ellos las actividades humanas, hacen que haya más sólidos en suspensión. En las zonas costeras también hay más nutrientes que en las zonas de alta mar (generalmente oligotróficas), por lo que el fitoplancton puede proliferar más, disminuyendo la transparencia del agua. Las zonas con mayor turbidez son sobre todo las estuarinas, donde la afluencia de agua fluvial arrastra una gran cantidad de sólidos en suspensión de distintos tamaños.
Por lo tanto, la penetración de la luz es mayor en las zonas de aguas altas y disminuye hacia la costa, alcanzando un mínimo en las zonas de estuario.
Unidad de medida: NTU (unidad nefelométrica de turbidez)
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La turbidez es un parámetro que indica la presencia de sólidos en el agua y se utiliza para determinar su calidad.
Para que prolifere la vida en el agua, es necesaria la presencia de luz. Las microalgas y otros organismos vegetales necesitan luz para realizar la fotosíntesis y producir así nutrientes y liberar oxígeno, necesarios para la vida de todos los organismos marinos. A lo largo de la columna de agua, desde la superficie hasta la profundidad, encontramos la zona fótica, donde hay luz, la zona disfótica, donde la luz es escasa, y la zona afótica, donde no hay luz y, por tanto, está oscuro. La profundidad de estas zonas cambia de costa a costa; de hecho, donde el agua es más turbia, la luz puede penetrar menos en el agua y, por tanto, llega a menos profundidad. Esto ocurre de forma natural al pasar de la costa, donde hay más sólidos suspendidos en el agua por razones naturales pero también por la influencia del hombre, a las zonas de alta mar.
Cuando la turbidez alcanza valores demasiado elevados, puede repercutir en la salud del agua y de sus organismos: una mayor turbidez implica una menor penetración de la luz y, por tanto, una menor fotosíntesis por parte de los productores primarios. De hecho, las aguas más turbias suelen estar menos oxigenadas, lo que repercute en todos los organismos de ese entorno.
Los sólidos en suspensión son partículas presentes en la columna de agua. Pueden ser partículas inorgánicas (como limo, arena y arcilla) u orgánicas (como microalgas y materia orgánica). La presencia de sólidos en suspensión está influenciada por factores naturales, como la aportación de los ríos, las precipitaciones, el movimiento de las olas y los vientos, o por factores antropogénicos, como el vertido de materiales de desecho al mar, la alimentación de las playas y las obras de urbanización del litoral.
La presencia de sólidos en suspensión aumenta la turbidez del agua, por lo que se trata de dos parámetros que se miden uno en relación con el otro.
Unidad de medida: mg/L
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Los sólidos en suspensión están presentes en la columna de agua. Estas partículas pueden ser inorgánicas, es decir, partículas que proceden de rocas o sedimentos, como arena y arcilla, o pueden ser orgánicas, es decir, partículas vivas, como microalgas, o relacionadas de otro modo con la vida, como organismos de desecho.
Por lo general, estos sólidos se encuentran de forma natural en el mar y suelen estar presentes en mayor cantidad cerca de la costa, especialmente en las zonas de estuario, que mar adentro. De hecho, cerca de la costa, muchas partículas pueden proceder de la propia tierra, arrastradas al agua por vientos o ríos, o pueden ser resuspendidas del fondo marino por las olas.
Los sólidos en suspensión también pueden ser el resultado de acciones humanas. Antes del verano, por ejemplo, se lleva a cabo en muchas playas el "beach nourishment", es decir, se vierten materiales en la playa para aumentar su tamaño de cara al turismo estival. Estos materiales también llegan al agua de mar, donde, debido a su pequeño tamaño, quedan suspendidos en la columna de agua, aumentando la turbidez, lo que afecta al equilibrio de los organismos marinos (Véase Turbidez).