Flujos de C N P en la Zona CosteraIntroducción al Modelo de Balances

Biogeoquímicos de LOICZ

Victor Camacho-IbarArea de Geoquímica Ambiental

Instituto de Investigaciones Oceanológicas

Universidad Autónoma de Baja California

México

vcamacho@faro.ens.uabc.mx

(abril del 2000)

ZONA COSTERARegión donde se unen e interactúan el

continente la atmósfera y el océano

Atmosphere

Land OcéanoTierra

Atmósfera

Atmósfera

Tierra

Cuencasde

Drenaje Mares Costeros(plataforma)

Océano

Estuarios

MarismasLagunas Costeras

Manglares

Deltas Arrecifes de CoralMantos Macroalgas

Comunidades de fondos blandos Sistemas planctónicosPoblación y Asentamientos

Ríos

Una región ESTRECHA pero vital del planeta con muchosUna región ESTRECHA pero vital del planeta con muchos

SISTEMASSISTEMAS, FRONTERAS Y , FRONTERAS Y FLUJOSFLUJOS

AcuíferosAcuíferos

EN LA ZONA COSTERA

Los flujos pueden ser de varios tipos incluyendo:

biofísicos, geoquímicos, socioeconómicos

Catchments&

Basins

Ocean

Inland

Coastal Seas

Atmósfera

Tierra

Cuencas de Drenaje Mares

Costeros

Oceano

Atmósfera

Tierra

Cuencasde

Drenaje Mares Costeros

Océano

Estuarios

MarismasLagunas Costeras

Manglares

Deltas

Arrecifes de CoralMantos Macroalgas

Comunidades de fondos blandos Sistemas planctónicos

Población y Asentamientos

Ríos

Uno de los objetivos de LOICZ es elaborar balances de C N y PUno de los objetivos de LOICZ es elaborar balances de C N y P

en esta franja estrecha, en varios sitios a nivel global.en esta franja estrecha, en varios sitios a nivel global.

Uno de los objetivos de LOICZ es elaborar balances de C N y PUno de los objetivos de LOICZ es elaborar balances de C N y P

en esta franja estrecha, en varios sitios a nivel global.en esta franja estrecha, en varios sitios a nivel global.

Local

Regional

Global

ESCALAS

ESCALAS

MODELOS DE FLUJOS C N P

CuencasCuencas Sist.CosterosSist.Costeros OcéanosOcéanos

Tipología

Flujos Horizontales

Flujos verticales

Ecosistemas + Hábitats + Gente

LOICZ extrapolará datos de flujos localesLOICZ extrapolará datos de flujos localesa datos de flujos Globalesa datos de flujos Globales

Estrategia de LOICZ para evaluar FLUJOS Horizontales

ContinenteContinente Sistema CosteroSistema Costero OcéanoOcéano

Basins Dynamics & Flux

AcuíferosAcuíferos

Margen Continental

Considerar flujos de materiales y la dimensión humana en la zona costera alineando los 3 elementos

Cuencas:Dinámicay Flujos

Modelos de Flujos Biogeoquímicos

(C, N, P)

Dinámica

Cuenca

Drenaje

Acuifero

Balances: flujos netos

(C,N,P)

Ecología y socioeconomía de ecosistemas

Biogeoquímica de deltas y estuarios

Cambios de nivel del mar

continente Sistema costero Océano

Modelos y diagnósticos de escala local y regional

Márgen Costero

sitios

Generalidades del Balanceo Biogeoquímico de

LOICZ

Los detalles del modelo se describen en la Guía de Modelado Biogeoquímico de

LOICZ (Gordon et al., 1996)

http://data.ecology.su.se/MNODE

El modelo utilizado por LOICZ es un

MODELO DE BALANCES DE

AGUA

SAL

NUTRIENTES

ESTEQUIOMÉTRICAMENTE RELACIONADOS

UN MODELO DE BALANCES ES

•Un cálculo de balances de masas de variables específicas:(agua, sedimentos, carbono, nitrógeno, fósforo, etc.)•En un área geográfica definida•En un periodo definido (dias, meses, años, etc.)

EL MODELO DEBE INCLUIR:

•Los aportes EXTERNOS E INTERNOS mas importantes

•Las salidas INTERNAS Y EXTERNAS mas importantes

Ventajas de este modelo

• Permite trabajar con datos secundarios;

• Requiere un número mínimo de datos;

• Metodología uniforme y de aplicación amplia;

• Robusto;

• Informativo acerca de procesos en los flujos CNP.

Bases generales en el Balanceo de LOICZ

• La conservación de masa es uno de los conceptos fundamentales de la ecología y la geoquímica.

(inputs) (outputs)

(in ternal sources, sinks)

systemstorage

M ATERIAL B UDG ET

dM/dt = aportes - salidas + [generación – consumo] (externos) (internos)

•Este principio se expresa como:

En la ecuación:dM/dt = aportes - salidas + [generación – consumo]

(externos) (internos)

dM/dt representa el cambio de masa de cualquier material con respecto al tiempo

ESTADO ESTACIONARIO

Con frecuencia, la suposición de que esta masa no cambiaen un periodo determinado es adecuada. Es decir, suponerque dM/dt = 0es razonable para representar el sistema en cuestión

EJEMPLOS DE ESTADO ESTACIONARIO•El volúmen PROMEDIO (V) de una laguna costera hipersalina

NO CAMBIA en un periodo de 1 año dV/dt = 0

•La salinidad promedio del mismo sistema (v.g. S = 38) es

constante durante los 4 meses de verano dS/dt = 0

•Si V y S no cambiaron, entonces la masa (masa = volúmen x concentración) almacenada de sal

en el sistema tampoco varió, es decir, LA MASA DE SAL

SE MANTUVO EN ESTADO ESTACIONARIO

dVS/dt = 0

Sistema salidas aportes

consumo

[generación – consumo] = salidas - aportesinternos externos

El balance de LOICZ supone que los materiales se conservan. En estado estacionario, la diferencia entre los materiales exportados del sistema ( salidas) y los materiales importados al sistema ( aportes) es explicada por procesos que ocurren dentro del sistema ([generacion – consumo]).

Interno Neto

generación

BALANCE DE MATERIALES

En los Balances de Agua, Sal y de Nutrientes “Relacionados Estequiométricamente”

1 Los balances de agua y sal se usan para determinar intercambios de agua en sistemas costeros.

2 La desviación del balance de nutrientes del comportamiento conservativo es una medida de los “flujos biogeoquímicos dentro del sistema”.

3 El flujo no conservativo de PID se supone es proporcional a (producción primaria – respiración).

4 La desviación del flujo de NID con base en lo “esperado” según el flujo de PID y Redfield se supone es proporcional a (fijación de nitrógeno – denitrificación).

¿Por que usa LOICZ balances de Nutrientes relacionados estequiométricamente?

• A pesar de cubrir ~8% de la superficie oceánica, en la ZC:• Ocurre 18-33% de la PP Global

• Se remineraliza ~83% de C.O.

• Se entierra ~87% del CO preservado en los océanos

• Transitan la mayor parte de los elementos que controlan la PP oceánica (N, P, Si, Fe, etc)

Se sabe que el océano global es un sumidero neto de CO2 atmosférico

LA ZONA COSTERA ..........¿ES FUENTE O SUMIDERO DE CO2?

¿ Son los ecosistemas costeros fuentes o sumideros de CO2 ?

METABOLISMO NETO DEL ECOSISTEMA

(producción neta del ecosistema, PNE, Odum 1969)

• Balance entre la fotosíntesis bruta y la respiración de un ecosistema

PNE = PPB - R

106 CO2 + 16 HNO3 + H3PO4 + 122 H2O

(CH2O)106(NH3)16(H3PO4) + 138 O2

P R

ESTATUS TRÓFICO DE UN ECOSISTEMA

• La diferencia entre las entradas y salidas de nutrientes inorgánicos esenciales, escalados adecuadamente a carbono orgánico y considerando posibles reacciones inorgánicas (e.g. con fases minerales o gaseosas), representa la PNE.

Si PPB > R (PNE = +) el sistema es AUTÓTROFO

Si PPB < R (PNE = -) el sistema es HETERÓTROFO NETO

106 CO2 + 16 HNO3 + H3PO4 + 122 H2O

(CH2O)106(NH3)16(H3PO4) + 138 O2

P R

• Balance de Sal– Se conocen los flujos netos

de sal.

– La mezcla (VX) conserva el contenido de sal.

• Balance de Agua– Los flujos de agua dulce son

conocidos.

– El flujo residual (VR) conserva el volúmen.

oceanSocean

system

Vsystem, Ssystem

VR =VE - (VP+VQ+VG+VO)

VPVE

VQ, VG, VO

WATER BUDGET

VPSE

= 0VESE

= 0

VQSQ, VGSG, VOSO = 0ocean

Socean

systemVsystem, Ssystem

SR = (Socean + Ssystem)/2

VRSR

VX = VRSR/(Socean-Ssystem)SALT BUDGET

ETAPAS DEL BALANCE

Balances de Nutrientes

• Cálculos basados en estequiometría simple – Suponiendo una razón C:N:P Redfield (106:16:1)

• (producción - respiración) = -106 x DIP• (Fijación de Nitrógeno - denitrificación) = DINobs - 16 x DIP

• Balance del elemento (Y)– El aporte o salida interna neta

dentro del sistema (Y) conserva Y.

ocean system

NUTRIENTS

Y = outputs - inputs

sediments

EJEMPLOS DE LOSCÁLCULOS EN LOS BALANCES

ver la presentación:

LOICZ Biogeochemical Budgeting Procedures and Examples

porVilma Dupra y Steve Smith

(U. Hawaii) en

http://data.ecology.su.se/mnode/Methods/powerpoint/ppts.htm