Estudiando el clima en los lagos

Estudiando el clima con los lagos
Blas Valero Garcés, Ana Moreno, Mayte Rico (IPE-CSIC), Santiago Giralt (IJACSIC), M. Pilar Mata (IGME), Alberto Sáez (U. Barcelona), Roberto Bao (U. A
Coruña)
Introducción
Los lagos son elementos singulares del paisaje, efímeros a escala geológica, pero
testigos e incluso agentes activos de la evolución del clima en la Tierra desde sus orígenes
(Valero Garcés & Moreno, 2011). Las aguas almacenadas en los lagos y ríos representan sólo
el 0.01 % del total de agua del planeta, pero su importancia en el ciclo hidrológico global y su
impacto en la historia de la humanidad es muy significativa.
Un lago sólo requiere una
depresión en la superficie terrestre con fondo relativamente impermeable y un balance hídrico
positivo que permita acumular el agua. Estas condiciones ocurren en multitud de situaciones
distintas a lo largo del planeta, en todas las latitudes y altitudes y en cualquier contexto
geográfico, geológico o climático. Existen lagos en cubetas de origen tectónico, formadas bien
por fallas activas (desde los grandes lagos del Rift Africano a la laguna del Cañizar en Teruel)
como por subsidencia (Chad en África, Eyre en Australia), en cubetas de origen glaciar (los
grandes lagos de Norteamérica o los ibones del Pirineo), en el centro de cráteres de volcán
(calderas en los Andes o maares como el de Fuentillejo en Ciudad Real), en sistemas kársticos
(Banyoles, las torcas de La Cañada del Hoyo en Cuenca), en encharcamientos entre y dentro
de canales fluviales (los meandros abandonados del Ebro), en depresiones suaves formadas
por deflación eólica (saladas de Monegros), etc. La morfología de los lagos varía tanto en
extensión (el lago Superior tiene más de 80.000 km2) como en profundidad (desde los 1.6 km
del lago Baikal hasta lagos muy someros como Chad).
¿Por qué los lagos son buenos indicadores del cambio climático abrupto en el
pasado?
Precisamente esa ubicuidad de los lagos, su gran diversidad de ambientes de depósito
y la variedad de ecosistemas que generan les confieren un gran potencial para estudios en
paleoclimatología. Además, los lagos son sistemas que participan activamente en los ciclos
hidrológicos y biogeoquímicos globales y reaccionan muy rápidamente a los cambios de
precipitación y temperatura que se producen en la atmósfera (Fig. 1). La relación que tienen
con la red de drenaje superficial (conectados o desconectados directamente con los ríos) y
con los acuíferos determina el tiempo de residencia del agua en el lago (de pocos días a
miles de años, considerablemente inferior a la de los océanos), su respuesta hidrológica y su
evolución temporal. Por tanto, su respuesta a la variabilidad climática es rápida, casi
inmediata, como podemos comprobar con los cambios del nivel de los lagos a lo largo de las
estaciones de un año o durante periodos de sequía prolongados. Otras ventajas de los lagos
como archivos de información paleoclimática son sus elevadas tasas de sedimentación (> 1
mm por año) y de productividad orgánica (> 40 g C m-2 año—1 en lagos eutróficos), la gran
variabilidad de la composición química de las aguas, de la salinidad - desde hipersalinas
hasta muy poco mineralizadas (< 0,5 por mil)- y del pH. La intensidad de la estratificación de
las aguas en un lago y su variabilidad estacional son también parámetros esenciales del
medio lacustre ya que determinan el transporte de oxígeno y de nutrientes hasta el fondo.
Las características de cada lago - morfología, régimen hidrológico, hidroquímica, etc determinan en gran medida la dinámica de los procesos sedimentológicos y biológicos y el tipo
de respuesta al clima. Los cambios en el balance hídrico pueden tener un efecto rápido en la
salinidad de las aguas y en el nivel del lago y por consiguiente en la distribución de los distintos
ambientes de depósito y ecosistemas, en el área de la superficie inundada y en las
propiedades de la columna de agua (estratificación, etc). Los cambios en la temperatura del
aire tienen un efecto en los organismos que habitan el lago y las propiedades del agua
(estratificación, deshielo, etc). Los cambios en los vientos son importantes para el oleaje, las
corrientes internas, la erosión litoral y la estratificación de las aguas. Finalmente, la
estacionalidad del clima controla los ciclos biológicos y geológicos en el lago. Por supuesto que
además del clima otros muchos factores no climáticos controlan la evolución de un lago: la
tectónica activa (desde terremotos hasta cambios en las tasas de subsidencia), los cambios
geomorfológicos en la red de drenaje (capturas de ríos, etc) y la actividad humana (usos del
agua, cambios en el paisaje). Una de las labores de los investigadores en paleoclima que usan
registros lacustres es precisamente diferenciar los factores climáticos de los antrópicos u de
otro tipo, casi siempre presentes.
¿Qué técnicas utilizamos para estudiar los registros lacustres?
Los archivos lacustres que nos permiten estudiar los cambios climáticos abruptos en el
pasado son tanto los sedimentos depositados en el fondo del lago como la propia morfología
de la cubeta, por ejemplo las terrazas emergidas o sumergidas en sus márgenes. Esta
terrazas, estudiadas por cartografía o sísmica, son evidencias incontestables de niveles del
lago distintos a los actuales.
Una de las complejidades de la paleoclimatología basada en registros lacustres reside
en la dificultad para obtener los sedimentos, especialmente en lagos profundos. En la
actualidad existen numerosas plataformas transportables y equipos de sondeos para trabajar
en lagos a cualquier profundidad (http://lrc.geo.umn.edu/laccore/) (Fig. 2). Desde finales del
siglo pasado, la comunidad científica cuenta además con plataformas logísticas capaces de
recuperar sondeos de cientos de metros de longitud en lagos profundos (de centenares de
metros)(http://www.icdp-online.org/) (Fig. 3) Mediante estas iniciativas, durante la última
década, se han obtenido sondeos largos en lagos de todos los continentes, lo cual ha permitido
extender las reconstrucciones paleoclimáticas más allá del periodo del último ciclo glacial.
La alta tasa de sedimentación y la variabilidad de ambientes de depósito hacen que los
sedimentos lacustres sean muy diversos y una vez obtenido lo que normalmente se llama
barro, el estudio de estos sedimentos puede abordarse desde numerosas técnicas. Un tipo
especial de sedimentos se genera cuando no existe bioturbación en el fondo del lago debido a
la existencia de condiciones anóxicas; entonces se pueden preservar láminas delgadas de
sedimento depositadas durante las distintas estaciones de un año, de manera que podemos
reconstruir a escala anual o estacional algunas de las características del lago y, por ende, del
clima (Fig. 4). Dada la complejidad de los lagos, en general se adopta una estrategia
multidisciplinar para estudiar los sedimentos que incluye: i) propiedades físicas (color,
densidad, parámetros magnéticos), ii) análisis de facies sedimentarias (texturas, estructuras,
granulometría, color, mineralogía) ya que el tipo de sedimento acumulado en el fondo del lago
refleja las condiciones ambientales en las que se ha formado, iii) análisis geoquímicos, como,
por ejemplo, el contenido en elementos mayoritarios y trazas, o la cantidad de carbono
inorgánico y orgánico, azufre y nitrógeno que son parámetros que permiten reconstruir los
cambios en la productividad biológica y en la composición química del agua. La composición
isotópica del carbono (δ13C) de la materia orgánica junto a la relación Carbono total/Nitrógeno
total da información sobre el tipo y densidad de la cubierta vegetal en la cuenca de recepción
del lago y de las plantas acuáticas en el propio ambiente lacustre. Las variaciones de la
composición isotópica del oxígeno (δ 18O) y δ 13C en carbonatos formados en el lago permiten
estimar el balance hídrico del lago e incluso los patrones de precipitación, iv) Recientemente,
un avance importante en paleolimnología ha sido el uso de escáneres de fluorescencia de
rayos X que permiten una medición cualitativa de la composición geoquímica elemental del
sedimento desde el Al al Ba,de una manera rápida, no destructiva y a escala submilimétrica, v)
Son muchos los indicadores biológicos que pueden utilizarse en un lago, dada la elevada
biodiversidad de los mismos. Los análisis del contenido palinológico permiten discernir las
condiciones hidrológicas y la evolución de la cuenca debido a la presencia de taxones
acuáticos, higrófilos e hidrófilos y la dinámica de la vegetación local y regional. También las
diatomeas, organismos unicelulares fotosintetizadores, por su abundancia en ambientes
lacustres, su alta diversidad y por su capacidad de adaptación a las condiciones ambientales
cambiantes, son excelentes indicadores que permiten estimaciones cuantitativas de
temperatura, pH, concentración de carbono orgánico total, salinidad, concentración de
nutrientes o de la profundidad de agua. Los ostrácodos, crustáceos milimétricos de caparazón
carbonatado, proporcionan información ambiental y climática no solo por las distintas
asociaciones de especies sino por la geoquímica elemental e isotópica del carbonato de sus
conchas. Entre los restos de insectos, los quironómidos, dípteros muy parecidos a los
mosquitos, debido a su extraordinario número de especies, su buena adaptación a muchos
ambientes y su sensibilidad a pequeñas alteraciones en las variables climáticas y ambientales
permiten la reconstrucción de la temperatura, la batimetría y la salinidad.
Finalmente, la reconstrucción de cambios abruptos en el pasado necesita de cronologías
suficientemente precisas que permitan situar en el tiempo los eventos climáticos así como
determinar su duración. Entre las técnicas radiométricas de datación absoluta más empleadas
en sedimentos lacustres están el
210Pb
y 137Cs para los últimos 150 años, el radiocarbono ( 14C)
para los últimos 45000 años y la serie de desintegración del uranio (234U/230Th) para materiales
carbonatados (hasta 400.000 años). Entre las técnicas físicas, la Luminiscencia Óptica
Estimulada (OSL) permite datar sedimentos de cientos de miles de años.
Cambios Climáticos Abruptos en la Península Ibérica
El estudio las sucesiones sedimentarias en los lagos de la Península Ibérica nos ha
permitido identificar y caracterizar periodos de cambio climático rápido y compararlos con los
periodos de cambio del clima obtenidos de los sedimentos de los mares cercanos y de las
estalactitas de la cuevas. Presentamos aquí varios ejemplos que abarcan “ventanas” en el
tiempo desde el último periodo interglacial, la máxima extensión de los hielos en los casquetes
continentales, la última deglaciación y el Holoceno (Cacho et al., 2009).
Él último interglacial (entre hace unos 70000 y 130000 años) Durante las últimas
décadas, particularmente en registros marinos, se han identificado numerosos cambios
abruptos durante los periodos glaciares (eventos Heinrich, ciclos Dansgaard – Oescherg) y
algunos durante los periodos interglaciares. Una de las series lacustres más largas (72 m) de la
Península - la de la laguna del Cañizar (Teruel) (http://www.lagunadelcanizar.es) - nos muestra
cómo durante el último intervalo interglacial (lo que se llama Estadio Isotópico Marino, MIS 5,
entre hace 130.000 años y 70.000 años) también fueron frecuentes las variaciones hidrológicas
y climáticas rápidas en el Península (Fig. 5) (Moreno et al., 2010). En la base del sondeo
encontramos alternancias de sedimentos carbonatados lacustres y turba que sugieren
condiciones más húmedas durante el último interglacial (MIS 5) que las de Holoceno (MIS 1,
últimos 11.700 años). La presencia de estos ciclos sedimentarios indica que los cambios
climáticos rápidos son igualmente esperables durante los intervalos interglaciares como el que
vivimos en la actualidad. En esta secuencia, el fin del último intervalo interglacial es
relativamente abrupto y está marcado por condiciones progresivamente más áridas y frías. Es
sin embargo entre los 40000 y los 25000 años antes de la actualidad cuando las condiciones
fueron más áridas en esta región con la práctica desaparición de la laguna del Cañizar.
El último máximo glacial (entre hace unos 19000 y 23000 años). Es interesante señalar
que nuestras latitudes, el último máximo glacial global no se correspondió con las condiciones
climáticas más extremas en términos de temperatura o balance hídrico, y tampoco coincide con
el máximo avance de los glaciares de montaña peninsulares. Los registros disponibles en la
Península Ibérica sugieren un máximo glacial frío, pero relativamente más húmedo que otros
periodos anteriores y posteriores (Moreno et al., 2010; Morellón et al., 2009) (Fig. 6)
La deglaciación (entre los 19000 y los 11700 años). La última deglaciación supuso el
último gran cambio climático a escala planetaria, con un aumento generalizado de las
temperaturas y de las concentraciones atmosféricas de gases con efecto invernadero, además
de múltiples cambios oceánicos y atmosféricos. Los registros polínicos muestran un rápido
desarrollo forestal asociado a esta transición en toda la Península, lo que confirma que el
incremento de temperaturas vino acompañado de un aumento de la humedad. Los registros
sedimentológicos y geoquímicos muestran un ascenso del nivel de agua en algunos lagos. En
el Lago de Estanya (Prepirineo), la transición del periodo glacial a la deglaciación ocurre a los
17300 años antes de la actualidad y viene marcada por un balance hídrico más positivo y el
desarrollo de un lago salino permanente, relativamente profundo, hasta el comienzo del
Holoceno (Fig. 6). En el Portalet (Pirineo Central) se han identificado cambios abruptos durante
la deglaciación: sedimentos clásticos se depositaron durante periodos fríos y áridos,
sincrónicamente a las pulsaciones de deshielo masivo de los grandes casquetes polares (los
eventos Heinrich) presentes en el Atlántico Norte y también se ha observado cómo la
vegetación reaccionó con similar rapidez, con un aumento de las especies estépicas y un
descenso de especies arbóreas y arbustivas de la familia Juniperus. Es de destacar que los
registros lacustres de la Península demuestran cómo durante la deglaciación, los cambios
rápidos en el clima causados por variaciones globales o regionales en el Atlántico Norte se
transmitieron rápidamente a los continentes.
El Holoceno (los últimos 11700 años). Aunque considerado tradicionalmente como un
periodo de clima relativamente estable en comparación con los periodos glaciares, numerosos
registros muestran cambios rápidos durante el Holoceno (Cacho et al., 2009). En general, la
transición al Holoceno en el continente fue rápida, aunque el consiguiente aumento de los
niveles de los lagos se retrasó hasta bien entrado el Holoceno temprano (hace unos 8.000
años), coincidiendo con el máximo térmico en los océanos circundantes. Los lagos
peninsulares del Holoceno temprano ocuparían más superficie y serían más profundos. Sin
embargo, parece que este máximo de humedad no fue sincrónico en toda la Península Ibérica
y que se produjo más tarde en el sur y el levante. La evolución de las temperaturas es más
difícil de reconstruir, aunque en el Lago Redó (Pirineos), se han identificado máximos de
temperatura durante el Holoceno temprano (hace unos 8.000 años) y la Anomalía Climática
Medieval (siglos X- XIV). Los sedimentos recuperados en los lagos de Estanya (Huesca) y
Montcortès (Lleida) muestran cambios hidrológicos significativos ilustrados por alternancias de
sedimentos laminados con yeso, carbonatos y tapices algales y de sedimentos clásticos
depositados durante periodos de mayor escorrentía (Lago Estanya) y cambios en el tipo de
sedimento y asociaciones de diatomeas (Lago Montcortès).
En el sur de España los datos sedimentológicos y geoquímicos indican que, durante el
tercer milenio antes de nuestra era, el lago de Zoñar (Córdoba), que actualmente tiene 14 m de
profundidad, se encontraba seco con desarrollo de un suelo (Martín Puertas et al., 2008) (Fig.
7). Es a partir del año 2800 antes del presente (AP) cuando la laguna empieza a inundarse,
formándose un lago efímero que perdura hasta el año 2600 AP y que posteriormente
evoluciona a un lago permanente. Durante cientos de años, la sedimentación en Zoñar fue
estacionalmente rítmica y compuesta de tres láminas: una de materia orgánica, otra de calcita y
otra detrítica. Este hecho, junto con el aumento de la relación de diatomeas que viven en
suspensión en la parte superficial de la columna de agua (plantónicas) con respecto a las que
habitan en el fondo de los lagos (bentónicas) nos indican unos niveles del lago altos. Estas
condiciones se mantienen hasta el año 1600 AP durante casi un milenio, caracterizando el
periodo más húmedo de todo el Holoceno tardío: el Período Húmedo Ibero Romano. El
desarrollo de la civilización Íbera ocurre durante la primera parte de este periodo húmedo (siglo
V y principios del siglo IV a.C.). Y curiosamente, condiciones más áridas ocurrieron durante el
periodo clásico romano (alrededor del 2100 AP) con la precipitación de yeso. En el Norte de la
Península, este periodo húmedo íbero – romano no está tan bien marcado, lo que sugiere, de
nuevo, diferencias regionales de los patrones climáticos en la Península Ibérica.
Finalmente, durante periodos históricos numerosos registros lacustres (véase el capítulo
de Moreno et al en este volumen) muestran cambios rápidos asociados a mayor aridez durante
la Anomalía Climática Medieval (siglos X- XIV) y a mayor frío y humedad durante la Pequeña
Edad del Hielo (siglos XIV al XIX).
Referencias
Cacho, I, Valero-Garcés B and González-Sampériz P (2009). Capitulo 1, Revision de las
reconstrucciones paleoclimáticas en la Península Ibérica desde el último periodo glacial.
Informe CLIVAR
Martín Puertas, C, Valero-Garcés, B Mata, P, González-Sampériz, P, Bao, R. Moreno A and
Stefanova V (2008) The Holocene, 18, 907-921
Moreno, A., González-Sampériz, P., Morellón, M., Valero-Garcés, B. L., Fletcher, W. J. (2010)
Quaternary Science Reviews, doi:10.1016/j.quascirev.2010.06.031
Morellón. M. Valero-Garcés, B Vegas-Villarubia, T., González-Sampériz, P-, Romero, O.,
Delgado-Huertas, A., Mata, P., Moreno, A., Rico, Mayte, Corella, J.P. (2009) Quaternary
Science Reviews, 28, 2582 -2599
Valero-Garcés, B & Moreno A. (2011). Journal of Paleolimnology, 46, 319 -325
Pies de Figuras
Figura 1. La rápida respuesta de los lagos a los cambios climáticos: descenso del nivel del lago
Estanya en 1995 durante una época de sequía y ascenso durante una época más lluviosa en el
2003, con el consiguiente cambio en la distribución de los ecosistemas litorales (modificado de
Morellón et al., 2009).
Figura 2. A. La plataforma y sondeador Kullenberg en el Lago Enol (Abril del 2004). B. La
plataforma de sondeos UWITEC del IPE sondeando en la Torca de El Tejo (Abril 2011).
Figura 3. La plataforma GLAD 800 sondeando en el Gran Lago Salado (Agosto 2000)
Figura 4: Las varvas (láminas estacionales) del lago de Montcortès: sondeo de congelación que
muestra los sedimentos más recientes.
Figura 5: Los últimos 130000 años de cambio climático en la laguna de El Cañizar (Teruel).
Figura 6. Cambios climáticos abruptos durante el Tardiglaciar en la secuencia de Estanya
(Morellón et al., 2009)
Figura 7. Cambios climáticos abruptos durante el Holoceno en la secuencia de Zoñar (Martín –
Puertas et al., 2008)