Zona fótica

La zona fótica (o zona eufótica , zona epipelágica o zona de luz solar ) es la capa superior de una masa de agua que recibe luz solar , lo que permite al fitoplancton realizar la fotosíntesis . En ella se producen una serie de procesos físicos, químicos y biológicos que aportan nutrientes a la columna de agua superior . La zona fótica alberga la mayor parte de la vida acuática debido a la actividad ( producción primaria ) del fitoplancton. El espesor de las zonas fótica y eufótica varía según la intensidad de la luz solar, la estación del año, la latitud y el grado de turbidez del agua. La zona inferior, o afótica, es la región de oscuridad perpetua que se encuentra debajo de la zona fótica e incluye la mayor parte de las aguas oceánicas. ^{[ 1 ]}

En la zona fótica, la tasa de fotosíntesis supera la tasa de respiración. Esto se debe a la abundante energía solar , que los productores primarios, como el fitoplancton, utilizan como fuente de energía para la fotosíntesis . Este fitoplancton crece con extrema rapidez debido a la intensa influencia de la luz solar, lo que le permite reproducirse a un ritmo acelerado. De hecho, el noventa y cinco por ciento de la fotosíntesis en el océano ocurre en la zona fótica. Por lo tanto, a mayor profundidad, más allá de la zona fótica, como en el punto de compensación , hay poco o ningún fitoplancton debido a la insuficiencia de luz solar. ^{[ 2 ]} La zona que se extiende desde la base de la zona eufótica hasta la zona afótica se denomina a veces zona disfótica. ^{[ 3 ]}

El noventa por ciento de la vida marina vive en la zona fótica, que tiene aproximadamente doscientos metros de profundidad. Esto incluye el fitoplancton (plantas), incluyendo dinoflagelados , diatomeas , cianobacterias , cocolitóforos y criptofitas . También incluye el zooplancton , los consumidores de la zona fótica. Hay carnívoros que se alimentan de carne y herbívoros que se alimentan de plantas. Luego, están los copépodos , los pequeños crustáceos distribuidos por toda la zona fótica. Finalmente, están los necton (animales que pueden impulsarse por sí mismos, como peces, calamares y cangrejos), que son los animales más grandes y evidentes en la zona fótica, pero su cantidad es la más pequeña entre todos los grupos. ^{[ 4 ]} El fitoplancton son plantas microscópicas que viven suspendidas en la columna de agua y que tienen poca o ninguna capacidad de motilidad. Son productores primarios que utilizan la energía solar como fuente de alimento.

"Los detritívoros y carroñeros son escasos en la zona fótica. La descomposición microbiana de los organismos muertos comienza aquí y continúa una vez que los cuerpos se hunden en la zona afótica, donde forman la fuente más importante de nutrientes para los organismos de las profundidades marinas." ^{[ 5 ]} La profundidad de la zona fótica depende de la transparencia del agua. Si el agua es muy clara, la zona fótica puede ser muy profunda. Si es muy turbia, puede tener solo cincuenta pies (quince metros) de profundidad.

Los animales que habitan la zona fótica utilizan el ciclo de luz y oscuridad como una importante señal ambiental; la migración está directamente relacionada con este hecho. Los peces utilizan el concepto del crepúsculo y el amanecer para determinar cuándo migrar, y la zona fótica se asemeja a este concepto, proporcionando una noción del tiempo. Entre estos animales se encuentran los arenques, las sardinas y otros peces que viven habitualmente en la zona fótica. ^{[ 6 ]}

Debido a la absorción biológica, la zona fótica tiene niveles relativamente bajos de concentraciones de nutrientes. Como resultado, el fitoplancton no recibe suficientes nutrientes cuando hay alta estabilidad de la columna de agua. ^{[ 7 ]} La distribución espacial de los organismos puede ser controlada por una serie de factores. Los factores físicos incluyen: temperatura, presión hidrostática, mezcla turbulenta como el flujo turbulento ascendente de nitrógeno inorgánico a través de la nutriclina. ^{[ 8 ]} Los factores químicos incluyen oxígeno y oligoelementos. Los factores biológicos incluyen pastoreo y migraciones. ^{[ 9 ]} El afloramiento transporta nutrientes desde las aguas profundas a la zona fótica, fortaleciendo el crecimiento del fitoplancton. La remezcla y el afloramiento eventualmente traen desechos ricos en nutrientes de vuelta a la zona fótica. El transporte de Ekman adicionalmente trae más nutrientes a la zona fótica. La frecuencia del pulso de nutrientes afecta la competencia del fitoplancton. La fotosíntesis produce más de él. Al ser el primer eslabón de la cadena alimentaria, lo que le sucede al fitoplancton genera un efecto dominó en otras especies. Además del fitoplancton, muchos otros animales también habitan esta zona y utilizan estos nutrientes. La mayor parte de la vida marina se encuentra en la zona fótica, la zona oceánica más pequeña en volumen de agua. La zona fótica, aunque pequeña, tiene un gran impacto en los organismos que la habitan.

La profundidad es, por definición, donde la radiación se degrada hasta el 1% de su intensidad superficial. ^{[ 10 ]} En consecuencia, su espesor depende del grado de atenuación de la luz en la columna de agua. Como la luz incidente en la superficie puede variar ampliamente, esto dice poco sobre el crecimiento neto del fitoplancton. Las profundidades eufóticas típicas varían desde solo unos pocos centímetros en lagos eutróficos altamente turbios , hasta alrededor de 200 metros en mar abierto . También varía con los cambios estacionales en la turbidez, que pueden estar fuertemente impulsados ​​por las concentraciones de fitoplancton , de modo que la profundidad de la zona fótica a menudo disminuye a medida que aumenta la producción primaria . Además, la tasa de respiración es en realidad mayor que la tasa de fotosíntesis. La razón por la que la producción de fitoplancton es tan importante es porque juega un papel prominente cuando se entrelaza con otras redes tróficas .

Un estudio realizado por la Universidad de Pittsburgh encontró que en los últimos años hubo un oscurecimiento significativo de la zona fótica entre los años 2003 y 2022 ^{[ 11 ]} con el océano volviéndose más verde, especialmente en los océanos de baja latitud. ^{[ 12 ]} Aunque los investigadores no están seguros de la causa, se ha propuesto ampliamente que esto se debe al cambio climático , existen conclusiones contradictorias sobre si el aumento de las temperaturas y el incremento de las emisiones de dióxido de carbono conducen a una disminución ^{[ 13 ] [ 14 ]} o a un aumento ^{[ 11 ]} de la productividad primaria. Aunque este cambio en el color del océano fue predicho mediante modelos en 2010, ^{[ 15 ]} no se confirmó hasta que las nuevas tecnologías basadas en satélites lo hicieron posible en 2023. ^{[ 16 ]}

Aunque el cambio climático puede ser la causa principal, los investigadores han formulado teorías sobre lo que específicamente está causando este enverdecimiento y el consiguiente cambio en la profundidad de la zona fótica, incluyendo poblaciones desequilibradas de fitoplancton , zooplancton, algas y otros microorganismos; ^{[ 17 ] [ 18 ]}  aumento en la estratificación oceánica ; ^{[ 16 ] [ 19 ]}  y cambios en la circulación de las corrientes oceánicas. ^{[ 20 ] [ 21 ]}  Combinados, estos cambios también pueden aumentar la cantidad de materia orgánica disuelta coloreada que explicaría el enverdecimiento del océano. ^{[ 11 ]} Los investigadores están divididos sobre si la escorrentía de la tierra tiene algún efecto significativo en el enverdecimiento ^{[ 22 ]} y algunos argumentan que es demasiado generalizada ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 16 ]} para que la escorrentía sea un factor principal.

La mayor parte de la energía solar que llega a la Tierra se encuentra en el rango de la luz visible, con longitudes de onda entre aproximadamente 400 y 700  nm. Cada color de la luz visible tiene una longitud de onda única, y juntas forman la luz blanca. Las longitudes de onda más cortas se encuentran en el extremo violeta y ultravioleta del espectro, mientras que las más largas se encuentran en el extremo rojo e infrarrojo. Entre estos extremos, los colores del espectro visible comprenden el conocido sistema de colores “ROYGBIV”: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, índigo y violeta. ^{[ 24 ]}

El agua absorbe la luz incidente de forma muy eficaz, por lo que la cantidad de luz que penetra en el océano disminuye rápidamente (se atenúa) con la profundidad. A un metro de profundidad, solo permanece el 45 % de la energía solar que incide en la superficie del océano. A 10 metros de profundidad, solo queda el 16 % de la luz, y a 100 metros, solo el 1 % de la luz original. La luz no penetra más allá de los 1000 metros. ^{[ 24 ]}

Además de la atenuación general, los océanos absorben las distintas longitudes de onda de la luz a diferentes velocidades. Las longitudes de onda en los extremos del espectro visible se atenúan más rápidamente que las del medio. Las longitudes de onda más largas se absorben primero; el rojo se absorbe en los primeros 10 metros, el naranja a unos 40 metros y el amarillo desaparece antes de los 100 metros. Las longitudes de onda más cortas penetran más profundamente, y la luz azul y verde alcanzan las mayores profundidades. ^{[ 24 ]}

Por eso las cosas se ven azules bajo el agua. La percepción de los colores depende de las longitudes de onda de la luz que recibe el ojo. Un objeto se ve rojo porque refleja la luz roja y absorbe otros colores. Por lo tanto, el único color que llega al ojo es el rojo. El azul es el único color de luz disponible a profundidad, por lo que es el único que se puede reflejar hacia el ojo, y todo tiene un tinte azulado bajo el agua. Un objeto rojo a gran profundidad no nos parecerá rojo porque no hay luz roja disponible para reflejarse en él. Los objetos en el agua solo se verán con sus colores reales cerca de la superficie, donde todas las longitudes de onda de la luz están disponibles, o si se proporcionan artificialmente las demás longitudes de onda, por ejemplo, iluminando el objeto con una linterna de buceo. ^{[ 24 ]}

El agua en mar abierto se ve clara y azul porque contiene mucha menos materia particulada , como fitoplancton u otras partículas en suspensión, y cuanto más clara es el agua, mayor es la penetración de la luz. La luz azul penetra profundamente y es dispersada por las moléculas de agua, mientras que todos los demás colores son absorbidos; por lo tanto, el agua se ve azul. Por otro lado, el agua costera suele verse verdosa. El agua costera contiene mucho más limo , algas y organismos microscópicos en suspensión que el mar abierto. Muchos de estos organismos, como el fitoplancton, absorben la luz en el rango azul y rojo a través de sus pigmentos fotosintéticos, dejando el verde como la longitud de onda dominante de la luz reflejada. Por lo tanto, cuanto mayor sea la concentración de fitoplancton en el agua, más verde se verá. Las pequeñas partículas de limo también pueden absorber la luz azul, lo que desplaza aún más el color del agua, alejándola del azul, cuando hay altas concentraciones de partículas en suspensión. ^{[ 24 ]}

El océano se puede dividir en capas de profundidad según la cantidad de luz que penetra, como se explica en la zona pelágica . Los primeros 200 metros se denominan zona fótica o eufótica. Esta representa la región donde penetra suficiente luz para sustentar la fotosíntesis y corresponde a la zona epipelágica. Entre los 200 y los 1000 metros se encuentra la zona disfótica o zona crepuscular (que corresponde a la zona mesopelágica). A estas profundidades todavía hay algo de luz, pero no la suficiente para sustentar la fotosíntesis. Por debajo de los 1000 metros se encuentra la zona afótica (o de medianoche), donde no penetra la luz. Esta región comprende la mayor parte del volumen oceánico, que se encuentra en completa oscuridad. ^{[ 24 ]}

El fitoplancton son microorganismos unicelulares que forman la base de las cadenas alimentarias oceánicas . Están dominados por diatomeas , que desarrollan conchas de silicato llamadas frústulas . Cuando las diatomeas mueren, sus conchas pueden depositarse en el fondo marino y convertirse en microfósiles . Con el tiempo, estos microfósiles se entierran como depósitos de ópalo en el sedimento marino . La paleoclimatología es el estudio de los climas del pasado. Se utilizan datos indirectos para relacionar los elementos recogidos en muestras sedimentarias actuales con las condiciones climáticas y oceánicas del pasado. Los indicadores paleoclimáticos se refieren a marcadores físicos conservados o fosilizados que sirven como sustitutos de las mediciones meteorológicas u oceánicas directas. ^{[ 25 ]} Un ejemplo de indicadores indirectos es el uso de registros isotópicos de diatomeas de δ13C , δ18O , δ30Si (δ13C _diatom , δ18O _diatom y δ30Si _diatom ). En 2015, Swann y Snelling utilizaron estos registros isotópicos para documentar cambios históricos en las condiciones de la zona fótica del noroeste del océano Pacífico , incluyendo el suministro de nutrientes y la eficiencia de la bomba biológica de los tejidos blandos , desde la actualidad hasta la etapa isotópica marina 5e , que coincide con el último período interglacial . Los picos de productividad del ópalo en la etapa isotópica marina están asociados con la ruptura de la estratificación de la haloclina regional y el aumento del suministro de nutrientes a la zona fótica. ^{[ 26 ]}

El desarrollo inicial de la haloclina y la columna de agua estratificada se ha atribuido al inicio de la glaciación importante del hemisferio norte a los 2,73 Ma, que aumentó el flujo de agua dulce a la región, a través del aumento de las lluvias monzónicas y/o el agua de deshielo glacial, y las temperaturas de la superficie del mar . ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]} La disminución del afloramiento de agua abisal asociada con esto puede haber contribuido al establecimiento de condiciones globalmente más frías y la expansión de los glaciares a través del hemisferio norte desde los 2,73 Ma. ^{[ 28 ]} Si bien la haloclina parece haber prevalecido a través de los ciclos glaciales-interglaciales del Plioceno tardío y del Cuaternario temprano , ^{[ 31 ]} otros estudios han demostrado que el límite de estratificación puede haberse roto en el Cuaternario tardío en las terminaciones glaciales y durante la primera parte de los interglaciales. ^{[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 26 ]}

Un aumento en la cantidad de fitoplancton también genera un aumento en el zooplancton; el zooplancton se alimenta del fitoplancton, ya que se encuentra en la base de la cadena alimentaria. ^{[ 37 ]}

El fitoplancton se limita principalmente a la zona fótica, ya que su crecimiento depende sobre todo de la fotosíntesis. Esto hace que el fitoplancton ocupe principalmente los 50-100 m superiores de la columna de agua. Sin embargo, las diatomeas pueden sobrevivir tras hundirse, y se han observado células vivas a miles de metros de profundidad en la columna de agua. ^{[ 38 ]} Generalmente no realizan la fotosíntesis activamente a estas profundidades debido a la falta de luz, pero pueden persistir en una fase de reposo. El crecimiento del fitoplancton dentro de la zona fótica también puede verse influenciado por factores terrestres, como la meteorización de las rocas de la corteza o los nutrientes procedentes de la respiración de plantas y animales terrestres que llegan al océano a través de la escorrentía o los aportes fluviales. ^{[ 37 ]}

El fitoplancton se mueve dentro de la zona fótica y muchos se hunden con el tiempo, con una tasa de hundimiento promedio de 150 m por día. ^{[ 39 ] [ 40 ]} El acceso a la luz puede afectar las tasas de hundimiento del fitoplancton a través de su participación en la actividad fotosintética y la regulación de la energía. El fitoplancton utiliza la energía lumínica para crecer, y se ha descubierto que la distribución de esa energía cambia a medida que aumenta la disponibilidad de luz. En áreas con mayor luz, el fitoplancton puede invertir energía en compuestos de almacenamiento, como los lípidos. ^{[ 41 ]} Los lípidos tienen una densidad menor y participan en la regulación de la flotabilidad. Con una mayor presencia de lípidos, el peso celular disminuye, lo que permite que la tasa de hundimiento del fitoplancton se ralentice. Si bien la migración es más común en el zooplancton, algunos fitoplancton móviles realizan migración vertical diaria (MVD), donde migran hacia arriba en la columna de agua durante el día para maximizar la actividad fotosintética y descienden en las horas oscuras. ^{[ 42 ]}

El fitoplancton desempeña un papel fundamental en la bomba biológica de carbono (BCP). Fija el CO₂ _en la superficie y, mediante el hundimiento, transporta este carbono fuera de la zona fótica. ^{[ 43 ]} Alrededor del 10-20% de este carbono se hunde por debajo de la zona fótica, y menos del 1% llega al fondo marino. ^{[ 44 ]}

La pérdida de dimetilsulfuro dentro de la zona fótica está controlada por la absorción microbiana y la degradación fotoquímica.

• Fotosíntesis acuática
• Absorción electromagnética por el agua
• Peces epipelágicos
• Arrecife de coral mesofótico