Dinámica de procesos y factores físico-biológicos en la zona sur del sistema de corrientes de Humboldt un enfoque basado en modelación.

Abstract

En la zona sur del Sistema de Corrientes de Humboldt (SCH), el proceso de surgencia, el Agua Ecuatorial Subsuperficial rica en nutrientes transportada por la Corriente Subsuperficial Chile-Perú (PCUC), y la dinámica de advección de los nutrientes, son factores cruciales para la generación de la alta productividad biológica del ecosistema costero. En este contexto, esta Tesis Doctoral desarrolla los siguientes objetivos específicos: (i) Determinar la evolución temporal de los eventos favorables a surgencia en la zona centro-sur de Chile durante los últimos 25 años, junto con evaluar si los vientos Sur-oeste durante la estación de invierno, presentan una intensidad, frecuencia y duración similares a los presentes en primavera-verano; (ii) Determinar la evolución temporal de los eventos de viento favorables a hundimiento en la zona centro-sur de Chile durante los últimos 25 años, junto con evaluar si los vientos norte durante la estación de primavera-verano, presentan una intensidad, frecuencia y duración similares a los presentes en otoño-invierno; (iii) Caracterizar la dinámica física en la zona sur del SCH utilizando un modelo físico de alta resolución y describir la variabilidad estacional e interanual de la Corriente Subsuperficial Chile-Perú (PCUC), en términos de transporte y velocidad a lo largo de la plataforma continental de Chile; y (iv) Caracterizar la variabilidad espacial y temporal de los nutrientes potencialmente limitantes del crecimiento del fitoplancton en la zona sur del SCH, mediante modelación biogeoquímica/física acoplada. La zona de estudio de la Tesis se encuentra delimitada entre 30-40ºS y 70º-80ºW. Para responder los Objetivos Específicos 1 y 2 se realizó el análisis de una serie de tiempo de vientos (1988-2013) de una estación meteorológica localizada en el Aeropuerto Carriel Sur, Talcahuano (36º47’S, 73º04’W). Los Objetivos Específicos 3 y 4 se desarrollaron mediante la utilización del modelo hidrodinámico ROMS (Regional Oceanic Modeling System) acoplado a un modelo biogeoquímico (Pelagic-Interactions Scheme for carbon and Ecosystem Studies; PISCES). Los resultados de la serie de tiempo de vientos (Objetivos Específicos 1 y 2, Capítulo 1) mostraron una notable disminución (p<0.05) de la intensidad de la surgencia y su duración los últimos 25 años. A pesar de esto, la frecuencia en el número de eventos aumentó, es decir, los eventos son cada vez menos intensos, más cortos, pero más frecuentes. Por otro lado, el hundimiento exhibió cambios considerables solamente en su intensidad, la cual al igual que la surgencia, disminuyó los últimos 25 años. La frecuencia y duración de los eventos de hundimiento, no han experimentado cambios significativos (p>0.05). El conocimiento generado en esta tesis sobre la evolución temporal del hundimiento, proceso escasamente estudiado en el SCH, es un aporte para entender la dinámica física de este ecosistema altamente productivo, en el tiempo. La modelación hidrodinámica desarrollada (ROMS; Objetivo Especifico 3, Capítulo 2) representa de forma realista la variabilidad detectada en el nivel del mar, así como también a las variables físicas tales como temperatura y salinidad. El transporte promedio máximo de la PCUC fue de 0.8 Sv en 30°S, lo cual es consistente antecedentes previos, tanto de modelación como de estimaciones derivadas de observaciones in situ. También se detectó una reducción de la fuerza de la PCUC hacia el sur generada, en parte, por la disminución del rotor del estrés del viento hacia el polo y por la formación de un jet cerca de 35°S, asociado con la propagación de remolinos hacia el oeste. Un análisis lagrangiano virtual de las masas de agua transportadas por la PCUC, muestra que sólo el 14-20% de los flotadores subsuperficiales son advectados a superficie dentro de los siguientes seis meses después de su liberación. Finalmente, los resultados de la modelación acoplada ROMS/PISCES (Objetivo Específico 4, Capítulo 3), mostraron una potencial co-limitación del crecimiento del fitoplancton cerca de la costa, asociada en otoño e invierno a la intensidad de la luz, y a la concentración de silicato en primavera y verano, mientras que otros nutrientes (N, P, Fe) podrían ser limitantes fuera de la costa, entre enero y abril. Por otro lado, se observó que aquellas áreas que presentaron alta advección vertical se asociaron a zonas históricamente descritas como de surgencia costera. Estas zonas fueron compensadas parcialmente por procesos horizontales relacionados con el transporte inducido por remolinos desde la costa hacia el océano abierto. Se demostró que la mezcla vertical juega un rol clave en la reposición de nutrientes en la capa superficial y, por consiguiente, en la productividad biológica de la zona sur del SCH.