Interacciones físico-biológicas en áreas de surgencia costeradinámica y retención del ictioplancton en respuesta a variaciones de alta y baja frecuencia en el norte de Chile

Resumen

Los ecosistemas oceánicos ocupan una importante porción de la superficie de la tierra y son claves en mantener las condiciones de estabilidad en las que la vida puede desarrollar su potencialidad. Los ecosistemas costeros son muy dinámicos como resultado de la fuerte dependencia que tienen del entorno físico que los sostiene. Esta dependencia es en parte consecuencia de la radiación solar que tiene efectos en los ecosistemas marinos, como un componente adicional a la energía utilizada para la fotosíntesis. Los ecosistemas marinos se ven afectados por los desequilibrios en la cantidad de calor que absorben diferentes puntos del planeta, desequilibrios que se generan tanto en la atmósfera como en el océano, y que se traducen en corrientes termohalinas en el primer caso y vientos (que a su vez generan corrientes) en el segundo. La energía mecánica, y su derivación hacia turbulencia, asociadas a estas corrientes no puede ser aprovechada de forma directa por los diferentes componentes del plancton. Sin embargo, su existencia tiene importantes repercusiones en la dinámica de estos ecosistemas al estructurar su funcionamiento a lo largo de un amplio espectro de escalas espaciales y temporales. Con el objetivo de analizar los efectos de variaciones de alta y baja frecuencia en la dinámica y retención de los estadios tempranos de larvas de peces, se realizó un estudio en el subsistema pelágico de la Corriente de Humboldt en el norte de Chile. Para ello se realizaron diez campañas oceanográficas entre los años 1996 y 2000, de las cuales cuatro campañas cubrieron eventos estaciónales de surgencia costera frente a la Península de Mejillones (Antofagasta), y seis campañas cubrieron una cuadricula de 34 estaciones entre Arica y Antofagasta durante diferentes condiciones El Niño 1997-1998. La abundancia y composición del ictioplancton en Bahía Mejillones aparece estrechamente asociada a zonas de surgencia costera, hecho que plantea una interrogante acerca de cómo los individuos que pertenecen a estas comunidades evitan ser alejados de la zona de afloramiento por corrientes derivadas de este proceso físico. Se analizó la migración vertical diaria (MVD) del ictioplancton durante eventos estacionales (i.e. primavera 98, verano 99 y primavera 99) de surgencia costera frente a Punta Angamos (23º29¿S; 70º59¿W) (Península de Mejillones), para ello se puso a prueba un mecanismo propuesto para la permanencia de larvas de peces en zonas de surgencia costera. El mecanismo se basa en una migración vertical de los individuos, que de tener la amplitud suficiente, podría llevarlos a encontrar un flujo profundo en dirección inversa que los regresaría a la zona de surgencia. Los resultados mostraron que toda el área de la Península estuvo dominada desde la superficie hasta más de 200 m por un flujo hacia el sur, mientras que por encima de este flujo se encontró la circulación derivada de la surgencia costera. En lugares donde fueron encontrados filamentos atribuibles a la circulación de surgencia, estos no superaron los 20 m superficiales. Se encontró evidencias de migración ontogénica, a través de la posición media alcanzada por las larvas en sus distintos estadios de desarrollo, debido a que los estadios tempranos (i.e. pre-flexión) de las larvas de peces permanecieron a menor profundidad en comparación con los estadios más avanzados (i.e. flexión y post-flexión), con lo cual se favorece la permanecía de larvas de peces en zonas altamente advectivas. El mayor porcentaje de larvas se encontró en el estrato medio (20-80 m), donde las velocidades netas son las más bajas de la columna de agua al no interactuar con la circulación asociada a los filamentos de surgencia. Las especies más abundantes durante las tres campañas oceanográficas pertenecen a las familias Mycthophidae de distribución epi-mesopelágica (Diogenichthys laternatus; Diogenichthys atlanticus; Triphoturus oculeus), Engraulidae de distribución costera (Engraulis ringens), Bathylagidae de distribución meso-batipelágico (Bathylagus nigrigenys) y Phosichthyidae de distribución batipelágica (Vinciguerria lucetia). El hábitat dominante para la mayoría de los grupos se encontró en el estrato medio del frente costero, asociado con aguas cálidas de no-surgencia. La composición y coexistencia del ictioplancton en este ecosistema de surgencia probablemente sea el resultado de estrategias y/o adaptaciones evolutivas, que facilitan la interacción con estructuras físicas de mesoescala (e.g. frentes costeros) derivadas de la circulación oceánica, favoreciendo la retención de larvas en áreas someras hasta completar su desarrollo, incrementando las posibilidades de supervivencia. Los ecosistemas de surgencia son reconocidos por su alta productividad primaria. Sin embargo, su condición de entorno altamente advectivo es responsable de la pérdida de una importante biomasa de huevos y larvas de peces, con consecuencias en el reclutamiento de una gran variedad de especies con importancia comercial. Se evaluó el rol de las estructuras físicas de mesoescala generadas por efecto de la circulación surgencia y topografía de fondo en la retención de larvas de peces y estructuración de asociaciones al interior de Bahía Mejillones durante un evento de surgencia en verano de 2000. Para ello se colectaron muestras de plancton y datos oceanográficos en el área del filamento de surgencia al interior de Bahía Mejillones. Los resultados de los vectores de velocidad de las corrientes a distintas profundidades muestran que la zona estuvo dominada por un flujo neto hacia el polo, sin embargo el efecto combinado de la geometría de costa y la topografía de fondo sobre la circulación de surgencia, son responsables del cambio de dirección de los vectores de velocidad cerca de la superficie (< 7 m) y por debajo de los 20 m. Se observó una mayor concentración de larvas de peces, en zonas afectadas por la formación de un frente oceánico y por una zona de bajas velocidades de las corrientes, forzada por la presencia de un monte submarino al interior de Bahía Mejillones. Los estadios tempranos de las larvas costeras (i.e. Engraulis ringens; Strangomera bentincki; Sardinops sagax) se concentraron principalmente al interior de Bahía Mejillones, en tanto los estadios tempranos de las especies epi-mesopelágicas (i.e. Diogenichthys laternatus; Diogenichthys atlanticus; Triphoturus oculeus; Mictophum nitidulum; Protomyctophum crockeri; Lampanyctus sp.) se concentraron en zonas frontales del filamento de surgencia y en zonas de bajas velocidades de las corrientes, por último los estadios temprano de las especies meso-batipelágicas (i.e. Bathylagus nigrigenys; Vinciguerria lucetia) se concentraron mayoritariamente en zona del frente oceánico del filamento de surgencia. Tres grupos específicos de larvas de peces fueron identificados: las especies costeras (E. ringens y S. bentincki) asociadas con altos niveles de clorofila, el grupo de larvas de las familias Phosichthyidae y Myctophidae (V. lucetia y T. oculeus respectivamente) asociadas positivamente con valores de temperatura cercanos a la termoclina, y por último larvas de las familias Myctophidae y Bathylagidae (D. laternatus y B. nigrigenys respectivamente) asociadas con valores altos de temperatura y salinidad. Considerando la distribución del ictioplancton, la circulación oceánica a diferentes profundidades y las características topográficas de Bahía Mejillones, se propone un modelo conceptual en tres dimensiones que explicaría la circulación, forzada principalmente por flujos que ingresan a la bahía a través de un cañón submarino, así como por eventos estacionales de surgencia costera inducidos por un incremento en la velocidad de los vientos, y por los flujos hacia el sur que bordean la zona costera, que en conjunto facilitarían la retención de larvas de peces en áreas someras de Bahía Mejillones hasta completar su desarrollo. En consecuencia, los resultados sugieren que la geometría de la línea de costa, la topografía de fondo y circulación oceánica en la zona de Bahía Mejillones durante la fase de aceleración de la surgencia, son responsables de generar un hábitat costero altamente estructurado, donde coexisten diferentes especies de larvas de peces. La variabilidad de los eventos de surgencia no ocurre únicamente en el espacio sino también en el tiempo. Dada la fuerte dependencia que los afloramientos tienen de los vientos que los originan, sus cambios temporales están fuertemente asociados a aquellos que rigen los fenómenos de la atmósfera: desde periodos cortos asociados a cambios meteorológicos hasta variaciones en el clima. Uno de los fenómenos a los que se le ha asignado mucha atención son los cambios que suceden en las zonas de afloramiento del Pacifico Sur como consecuencia de la ocurrencia del fenómeno El Niño. El debilitamiento en la circulación de los vientos alisios del Pacífico, provoca que la masa de agua cálida que habitualmente ocupa la parte superficial del Pacífico ecuatorial en su parte oeste migre hacia el este. Al llegar a las costas de América, esta masa de agua no anula los afloramientos pero provoca que el agua aflorada sea cálida y pobre en nutrientes, con consecuencias para las especies que habitan estos ecosistemas costeros. Se analizó el impacto del fenómeno El Niño (1997-1998) en la dinámica espacial, así como los cambios en los patrones de agregación de larvas y huevos de anchoveta debido a alteraciones en las anomalías térmicas. Para este estudio se realizaron seis campañas bío-oceanográficas en el norte de Chile desde Arica (18°29¿S; 70°19¿W) a Antofagasta (23°38¿S; 70°24¿W) en diferentes períodos (antes, durante y después) del fenómeno de El Niño. Desde una perspectiva sinóptica, las consecuencias de este calentamiento inusual de las aguas superficiales, se manifestaron como cambios en los valores de las anomalías térmicas en zonas costeras donde habitualmente se producen afloramientos de aguas frías, y que son utilizados como lugares de desove y reclutamiento para la anchoveta. Se registraron cambios en la distribución vertical y en los patrones de agregación de la anchoveta, así como un aumento en la biomasa de zooplancton con la llegada de El Niño, mientras que las preferencias ecológicas de la anchoveta se han alterado debido al desplazamiento gradual hacia el sur de las zonas de desove por la llegada de aguas cálidas de origen subtropical. El aumento en la biomasa del zooplancton asociado con un cambio en la composición de especies, tendría un impacto negativo en la alimentación de larvas de anchoveta, provocando un aumento de la mortalidad por inanición. La respuesta de la población de anchoveta parece estar forzada por necesidades biológicas como parte de su estrategia de adaptación a las condiciones cambiantes de los ecosistemas, sin embargo estos mecanismos sólo explicarían una parte de la dinámica de la población, a los cambios climáticos que se producen en diferentes escalas de tiempo. En consecuencia, los resultados sugieren que cambios bruscos en el medio ambiente, tendrían consecuencias inmediatas al expandir o contraer los hábitats favorables de la anchoveta, impactando en los sucesivos procesos de reclutamiento de esta especie en el ecosistema pelágico de la corriente de Humboldt del norte de Chile. Los resultados de esta investigación indicarían que la composición y coexistencia de numerosas especies de larvas de peces, observada durante eventos de alta y baja frecuencia frente a las costas del norte de Chile, probablemente tenga su origen en la formación de estructuras físicas durante eventos de surgencia activa y/o en la utilización de diferentes mecanismos o estrategias que, en mayor o menor grado y dependiendo del tiempo de respuesta de cada especie podrían ser responsables de evitar la perdida de un importante número de larvas por advección y/o por cambios bruscos de las condiciones ambientales. Los antecedentes aportados en esta tesis son elementos de intenso debate en la oceanografía actual, por lo tanto esta investigación sería una ventana que puede ayudarnos a comprender de mejor forma la dinámica poblacional de algunos grupos, tales como engráulidos, clupeidos y mictófidos que utilizan estos ambientes como lugares de desove y/o reclutamiento. Finalmente un continuo seguimiento de la ocurrencia e intensidad de los eventos de alta y baja frecuencia, mediante percepción remota y/o modelación biológica poblacional aportaría importantes antecedentes a las instituciones responsables de la gestión de las pesquerías pelágicas, acerca del rol que juegan las interacciones físico-biológicas en estos sistemas altamente dinámicos del norte de Chile.