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Estudio de la bio-geodinámica del dióxido de carbono y el oxígeno en el contexto de cambio climático
" • ^ en la cuenca menor del Lago Titicaca LATIC02
Proyecto financiado con fondos IDH - UIVISA
4 Insdtuto d« Investigaciowi
Geograficis (lÉGtO - UMSAl
3 i n Institut de recherche pour le développement
Estudio de la bio-geodinámica del dióxido de carbono y el oxígeno ien el contexto de cambio climático en la cuenca menor
del Lago Titicaca Darío Achá C, Javier Nuñez V., David Point, Stephane Guedron, Xavier Lazzaro, Alexis Groleau, Stephany Rocha, María E. Espinoza, Pablo E. Fernández, Carlos R. Heredia y Adriana V. Ramos
Introducción
El Lago Titicaca es el mayor y más profundo (máxima 280 m) lago de agua dulce de Sur América, así como el más alto (3810 m s.n.m.) de los grandes lagos del Mundo. Con unos 3 millones de años, es uno de los veinte lagos más antiguos en la Tierra (1). Este Lago tiene importancia económica y alimenticia para los más de 3 millones de habitantes que viven en sus alrededores. También tiene una importancia ecológica reconocida por su estatus de sitio RAMSAR y por el elevado número de especies endémicas y amenazadas que lo habitan. Es también un sitio de gran relevancia cultural y arqueológica. Con el crecimiento de la población a sus alrededores, el Lago se ve bajo un creciente estrés ocasionado tanto por la demanda por sus recursos como por la contaminación que recibe (Fig. 1) (8). A esto se le deben sumar los efectos del cambio climático, que ya han sido pronosticados como dramáticos para la región (9). Ante esto es imperativo incrementar nuestro entendimiento
Fig. 1. Las grandes masas de Lemna sp. que se acumulan en la Bahía Cohana son una evidencia dramática de la eutrofizacion en la zona
Fig. 2. Localización de las tres estaciones del estudio en la cuenca
menor del Lago Titicaca: Fosa de Chua (profunda, > 40 m) y Huataja-
ta (somera < 5m) y Bahía de Cohana (somera, < 3 m) una estación
eutrofizada por la descarga de aguas residuales de la ciudad de El
Alto vía el Río Katari.
sobre los procesos fundamentales que sostienen la vida y los servicios ambientales que presta el Lago Titicaca.
Una de las mayores falencias es que conocemos muy poco sobre la dinámica del carbono y los principales factores que la controlan. La dinámica del carbono es la que controla la productividad del Lago, su respuesta al calentamiento global y a la presión antropogénica. Existen algunos estudios recientes que han revelado condiciones cambiantes a lo largo de la larga historia geológica del Lago Titicaca (10). También existe información de hace 30 años, que con sus limitaciones tecnológicas y técnicas de la época nos da una idea de las condiciones del Lago antes de los efectos del cambio climático y alteraciones antropogénicas asociadas a la reciente explosión demográfica de la región. Sin embargo, poco o nada se sabe de su funcionamiento actual, aunque hay varios reportes que sugieren cambios importantes en sus recursos hidrobiológicos y problemas potencialmente serios de contaminación.
Metodología
Lo que se planteó en este estudio es combinar dos es
trategias para estudiar la dinámica del dióxido de car
bono y el oxígeno y a su vez adquirir un mejor enten-l
dimiento de los principales factores que lo afectan. La
primera estrategia consistió en realizar determinacio-
Fig. 3. En amarillo se resalta el transecto y en blanco los puntos de
muestreo tomados durante las 3 campanas . Mapa generado en
Google Earth.
nes temporales y espaciales in situ de las concentra
ciones de dióxido de carbono, oxígeno y otras varia
bles relacionadas como el pH, amonio, nitratos, fosfa
tos, abundancia de algas y el potencial redox. Esto se
hizo con sensores de última generación de alta resolu
ción y sensibilidad nunca antes usados en el Lago T¡-
Fig. 5. (a) Sondas multiparamétricas para medir temperatura,
presión, conductividad, pH y oxígeno disuelto de forma continua
en Huatajata. (b) Sondas multiparamétricas utilizadas para medir
otra serie de parámetros en la columna de agua.
ticaca (Fig. 4 y 5). También se tomaron medidas como
la concentración de materia orgánica disuelta y parti
culada. Todos los datos se colectaron en una zona pro
funda (sin Chara sp., de Chua) y dos someras (con
Chora sp. Huatajata y Bahía Cohana) (Fig. 3). En dos de
las estaciones (Huatajata y Chua) se tomaron datos
por varios meses para cubrir los cambios climáticos
estacionales (Fig. 2). Esto gracias a los datos in situ de
la plataforma biogeoquímica IRD -UMSA equipada de
sensores automatizados. Los datos fisicoquímicos y
biológicos medidos in situ se compararon con los da
tos de un espectroradiometro de campo para compro
bar si las señales satelitales podrían o no servir como
un sistema de monitoreo remoto a largo plazo.
Fig. 4. Espectroradiometro sumergible que mide la penetración de
la luz en la columna de agua.
La segunda estrategia consistió en monitorear los pro
cesos dominantes en un escenario de enriquecimien
to de nutrientes a través de adición de dadores de
electrones e inhibidores. Se midió principalmente la
producción de sulfuro de hidrógeno en distintos com
partimientos del ecosistema. Finalmente se investiga
ron algunos parámetros físico-químicos y biológicos
durante el "bloom" de algas más grande que se haya
visto en el Lago Menor del Titicaca y que generó una
elevada mortandad en peces y anfibios. También se
estudio el perifiton, uno de los mayores contribuido
res de a la dinámica del carbono.
R e s u l t a d o s Sat. de 0 2 %
El oxígeno disuelto varió ampliamente de acuerdo a la profundidad y a la locación donde fue medido desde el 012 hasta el 2014. Sin embargo, incluso considerando
a altura, en algunas locaciones y profundidades la concentración de oxígeno estaba hasta un 100% menos de lo esperado. Esto podría condicionar una susceptibilidad mayor del sistema a volverse anaerobio por procesos de
l^utrofización u otros procesos biogeoquímicos.
De acuerdo a los datos colectados en la superficie del Lago Titicaca, en diferentes locaciones, hay dinámicas del carbono bastante contrastantes. Esto dependería principalmente del grado de contaminación y/o eutrofizacion del lugar, aunque también de otros factores como la profundidad. Cuando el lago se encuentra en condiciones más o menos prístinas y cuenta con relativamente poca profundidad (<10) los sedimentos se encuentran cubiertos por una gruesa capa de Charofitas. Estas algas producen grandes cantidades de oxígeno disuelto que se difunde a lo largo de la columna de agua (Fig. 6). En cambio cuando la eutrofizacion y contaminación destruyen la capa de Charofitas el escenario es muy
100
Sat. de 0 2 % 102 104 106 108 110
0.0
0.5
^ 1-0
C
O
1.5
2.0
2.5
Fig. 6. Perfil de concentraciones de oxígeno disuelto en presencia de
una capa de Charofitas saludables sobre los sedimentos
0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 0.00
0.20 .
0.40 -
¿ 0.60 •o n 1 0.80 c
2 1.00 Q.
1.20
1.40
1.60
Fig. 7. Porcentaje de saturación de oxígeno en la columna de agua
de una locación eutrofizada sin cobertura de Charofitas.
distinto con un gran consumo de oxígeno cerca a los sedimentos y baja concentración de oxígeno incluso en la superficie del agua (Fig. 7).
La presencia o no de Charofitas repercute no solo en la concentración de oxígeno en la columna de agua sino que en toda la dinámica del carbono. Nuestros datos de dióxido de carbono en la superficie de estas locaciones sugiere que cuando hay Charofitas sobre los sedimentos el lago actúa como sumidero de carbono (Fig. 8). Es decir que captura C02de la atmósfera, contribuyendo a mitigar el incremento de las concentraciones de este gas provocado por la actividad antropogénica. Este es el escenario al que hay que apuntar en los planes de manejo y conservación de este ecosistema.
A diferencia del escenario ideal observado durante el 2012 al 2014 a las afueras del estrecho entre la isla Pari-ti y Quehuaya, frente a la isla de Suriki, dentro de la bahía de Cohana y durante el "bloom" de algas de Marzo y Abril de 2015, se observó algo totalmente distinto (Fig. 9). En el escenario de eutrofizacion se pudo constatar que el lago, en lugar de ser un sumidero de carbono, se convierte en un emisor de dióxido de carbono. Es decir que contribuye al proceso de calentamiento global y cambio climático.
Sedimentos
Fitoplancton ^ . ,
tan peligroso o mas que la eutrofizacion. Primero que nada las algas que se multipliquen masivamente podrían ser tóxicas para peces y otros organismos. En el "bloom" del 2015 las algas responsables fueron identificadas como del género Cartería (Fig. 10). Ninguna de las especies ha sido reportada hasta ahora como potencialmente tóxicas. Sin embargo, el próximo
bloom podríamos no ser tan afortunados y tener un grupo tóxico
que diezme las poblaciones de peces y anfibios con la consiguiente perdida de diversidad y servicios eco-sistémicos.
, Fitoplancton
Fig. 8. Escenario de poca alteración con los sedimentos cubiertos de macrófitas (Charas) y una columna agua muy oxigenada.
Más allá de su aporte al cambio climático, lo que más preocupa es que esto convierte al sistema en uno muy pobre en oxígeno y no apto para la vida de las especies que aún subsisten en el Lago.
Durante los meses de marzo y abril de 2015 se observó una gran mortandad de peces, anfibios e incluso aves. Esto parece haber sido provocado por un bloom masivo de algas que afectó la mayor parte del lago menor del Titicaca. El bloom o explosión
demográfica de algas, afortuna- Sedimentos damente transitorio, generó algo parecido a lo que ocurriría en un proceso de eutrofizacion (Fig. 9). '̂S- 9- Escenario de mucha alteración durante un fenómeno de Bloom de algas, como el obser-
Las algas en superficie bloquean vado durante los meses de marzo y abril del 2015.
la actividad de las Charas en los sedimentos, evitando la oxigenación de la columna de agua. Al mismo tiempo producen gran cantidad de materia orgánica que al descomponerse se consume el oxígeno restante en la columna de agua. Esto provoca que el lago deje de ser apto para la subsistencia de peces y anfibios, destruyendo el ecosistema. Sin embargo, no es necesario que exista una eutrofizacion a gran escala para un desastre mayor, podría bastar con un bloom de algas tóxicas o que permanezca por un periodo prolongado.
Por otro lado, los blooms y la eutrofizacion podrían ocasionar un acelerado deterioro del ecosistema ya que el Lago Titicaca se encuentra naturalmente enriquecido con sulfatos. Esto hace que cuando las concentraciones de oxígeno son suficientemente bajas el proceso de descomposición de la materia orgánica es la sulfato reducción. Dicho proceso produce sulfuro de hidrógeno que es un poderoso neurotóxico y un fuerte agente reductor
250
200 ^
1 150
I "̂ .-100 ' I
50
I Superficie 2015
i Fondo 2014
SOprn Huatajata Centro
Sitios de muestreo
Bahía Cohana
Fig. 10. Alga dominante durante el bloom de algas de marzo a F'g- H- Concentraciones de sulfuro de hidrógeno en la superficie
abril de 2015. La muestra fue colectada en tres locaciones entre durante el "bloom" de 2015 y el fondo 2014, las concentraciones
Huataja y Suriki. en superficie el 2014 no eran detectables.
Saturación de Oxígeno
Periodos de alta fotosíntesis
Nocturno Diurno
que puede consumir oxígeno y '
afectar los ciclos geoquímicos
del ecosistema. De hecho duran-
te el bloom se pudieron detectar o
importantes concentraciones de I o
sulfuro de hidrógeno en la su- |
perficie del agua, a pesar de ha- |
berse colectado las muestras !
durante el día (Fig. 11). Segura- *
mente las concentraciones fue
ron mucho más altas durante la
noche. Esto podemos predecirlo
debido a que durante los moni-
toreos continuos en Huatajata
también se pudo observar marcadas diferencias en las concentraciones de oxígeno durante el día y la noche
(Fig. 12). Esto a su vez muestra la utilidad de contar con un sistema de monitoreo continuo en el lago. C o n c l u s i o n e s
La dinámica del carbono en el Lago menor del Titicaca tiene aún muchos vacíos de información. Sin embargo, se han generado datos muy importantes que contribuyen a aclarar los aspectos más básicos de la dinámica del carbono en el lago menor en diferentes escenarios. La información generada sugiere que el sistema es altamente sensible a eutrofizacion, al parecer debido al enriquecimiento natural por sulfato favorece la sulfato reducción y consiguiente producción de sulfuro de hidrógeno.
Agradecimientos: Este proyecto no hubiera sido posible de no se por el financiamiento del IDH, el proyecto LA PACHAMAMA financiado por el CNRS de Francia y el IRD de Francia.
Fig. 12. Saturación de oxígeno diaria en la estación de monitoreo de Huatajata entre febrero
y septiembre de 2013. Las medidas están a 1.5 m de la superficie.
La Paz—Bolivia 2016
