Los laboratorios robóticos en el fondo del lago Erie han revelado que los sedimentos fangosos liberan casi tanto fósforo nutritivo en las aguas circundantes como ingresa a la cuenca central del lago cada año desde los ríos y sus afluentes.

Fósforo excesivo, en gran parte de fuentes agrícolas, contribuye a la floración anual de cianobacterias en verano que plaga la cuenca occidental del lago Erie y la "zona muerta anual" de la cuenca central, "una región hambrienta de oxígeno que cubre varios miles de millas cuadradas de fondo del lago y que reduce el hábitat de peces y otros organismos.

La liberación de fósforo de los sedimentos del lago Erie durante períodos de bajo nivel de oxígeno, un fenómeno conocido como autofertilización o carga interna, se reconoce desde la década de 1970. Pero el nuevo estudio dirigido por la Universidad de Michigan marca la primera vez que el proceso ha sido monitoreado paso a paso durante toda una temporada utilizando sensores en el fondo del lago.

Los autores del nuevo estudio, publicado en línea el 18 de febrero en la revista Ciencia y tecnología ambiental Agua , dicen que la autofertilización probablemente está aumentando la gravedad de la zona muerta de la cuenca central del lago Erie y podría hacer que sea más difícil de controlar en el futuro, a medida que el clima continúa calentándose.

"Hasta ahora, carecíamos de evidencia para determinar cuándo y dónde ocurre este fenómeno en el lago Erie y cuánto contribuye a los nutrientes en el lago, "dijo la autora principal del estudio, Hanna Anderson, un técnico de investigación en el Instituto Cooperativo de Investigación de los Grandes Lagos de la U-M que hizo el trabajo para una tesis de maestría en la Escuela de Medio Ambiente y Sostenibilidad.

"Estas nuevas medidas nos han permitido estimar que este proceso de autofertilización aporta hasta 11, 000 toneladas métricas de fósforo al agua del lago cada verano, una cantidad cercana a la escorrentía anual total de fósforo de los ríos y afluentes hacia la parte central del lago, "dijo Casey Godwin, un científico investigador asistente en el instituto y coautor del artículo.

Esfuerzos para controlar la contaminación por nutrientes del lago Erie, o eutrofización, se han centrado en reducir la cantidad de escorrentía rica en fósforo de las granjas y otras fuentes que desembocan en el lago desde los ríos y sus afluentes. En 2016, Los gobiernos de Estados Unidos y Canadá adoptaron un objetivo de reducción de fósforo del 40%.

Los autores de la nueva Ciencia y tecnología ambiental Agua El estudio dice que también se debe considerar la autofecundación por fósforo (P) liberado de los sedimentos del fondo del lago.

"Los administradores ambientales encargados de la reducción de la carga tributaria deben tener en cuenta las estimaciones de carga interna al determinar cómo equilibrar la carga total de P, "Ellos escribieron." La carga histórica y persistente de sedimentos de P representa una respuesta retardada del lago a la eutrofización e impide el manejo exitoso de un sistema cuando solo se considera la carga externa de P ".

Además de varios científicos de la U-M, Los autores del artículo incluyen investigadores del Laboratorio de Investigación Ambiental de los Grandes Lagos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. Los científicos de la U-M y el personal de CIGLR colaboran con NOAA GLERL en varios proyectos como este.

Los investigadores desplegaron dos pequeños laboratorios autónomos en sitios del fondo del lago en la cuenca central del lago Erie, uno a una profundidad de 67 pies y el otro a una profundidad de 79 pies, a fines de julio de 2019 y los dejaron allí durante más de dos meses.

Los laboratorios de química autónomos, fabricado por SeaBird Scientific y propiedad de los colaboradores de NOAA del equipo, Son cilindros de 22 pulgadas de largo y 7 pulgadas de ancho. Los laboratorios y sus baterías se colocaron dentro de un marco protector de acero que se bajó desde la popa de un barco. La jaula de metal estaba unida a un peso de 150 libras y dos flotadores blancos que la mantenían alejada del fondo.

Los analizadores autónomos se programaron para medir las concentraciones de fósforo en el agua cada seis horas. También monitorearon la temperatura del agua y los niveles de oxígeno disuelto. Se realizaron más de 300 mediciones de fósforo en cada sitio antes de que se recuperaran los dispositivos a principios de octubre.

Este conjunto de datos previamente imposible de obtener arrojó algunos hallazgos sorprendentes.

Por ejemplo, Estudios anteriores habían sugerido que los nutrientes comienzan a fluir fuera de los sedimentos del fondo del lago cuando las concentraciones de oxígeno disuelto en las aguas circundantes caen a niveles muy bajos. una condición llamada hipoxia.

Pero los robots de química demostraron que el flujo de fósforo no comenzó durante la hipoxia, incluso cuando los niveles de oxígeno cayeron por debajo del punto en el que los peces pueden sobrevivir.

En lugar de, el "flujo de P positivo" de los sedimentos comenzó de 12 a 24 horas después de que los niveles de oxígeno disuelto en el agua del fondo del lago cayeran a cero, una condición llamada anoxia. En los dos sitios de la cuenca central del lago Erie, ese período comenzó a fines del verano y continuó hasta principios de octubre.

"Dentro de las 24 horas posteriores a la desaparición total del oxígeno, registramos un rápido aumento de fósforo en el agua, y esto continuó hasta que la concentración en el fondo del lago fue más de cien veces mayor que en la superficie, "dijo el autor principal del estudio, Thomas Johengen, director del Instituto Cooperativo de Investigación de los Grandes Lagos de la U-M.

"Nuestros hallazgos sobre el momento de la liberación de fósforo en relación con los niveles de oxígeno en el agua son los primeros de su tipo en los Grandes Lagos y representan una nueva aplicación de esta tecnología, "Dijo Johengen.

Sabiendo cuándo comenzó la liberación de fósforo, la tasa de flujo de los sedimentos, y la duración del período anóxico permitió a los investigadores estimar la cantidad total de fósforo agregado a la cuenca central del lago Erie cada año debido a la carga interna.

Los investigadores estimaron que los sedimentos del fondo del lago de Erie liberan anualmente entre 2, 000 y 11, 500 toneladas métricas de fósforo. El extremo superior de este rango es igual a la afluencia anual aproximada de fósforo a la cuenca central del lago Erie desde ríos y afluentes:10, 000 a 11, 000 toneladas métricas.

El fósforo liberado se encuentra en una forma fácilmente disponible llamada fósforo reactivo soluble, o SRP, que probablemente alimenta el crecimiento de algas en la cuenca central. Cuando esas algas mueran y se hundan, las bacterias descomponen la materia orgánica y consumen oxígeno en el proceso. El resultado:una región privada de oxígeno en las aguas del fondo y cerca del fondo de la cuenca central conocida como la zona muerta.

"La carga interna de fósforo de los sedimentos del fondo del lago puede convertirse en un circuito de retroalimentación positiva:la hipoxia conduce a la liberación de P de los sedimentos, que causa más crecimiento de algas, y las algas muertas y moribundas consumen el oxígeno del agua y contribuyen a la hipoxia el verano siguiente, "Dijo Godwin.

"Este tipo de retroalimentación se ha observado en lagos de todo el mundo, e interactúa con los esfuerzos en curso para reducir las cargas de fósforo de los afluentes del lago Erie, " él dijo.

A medida que los Grandes Lagos continúan calentándose en los próximos años debido al cambio climático causado por el hombre, Se espera que la zona muerta de la cuenca central del lago Erie se forme antes y dure más cada año, resultando en un mayor suministro de fósforo liberado de los sedimentos, según los autores del estudio.

El estudio actual demuestra el potencial de usar laboratorios robóticos para monitorear esos cambios, así como cualquier cambio que pueda ocurrir debido a la disminución del flujo de nutrientes al lago Erie desde ríos y afluentes, según los autores. Es probable que la carga interna de los sedimentos de la cuenca central no afecte la gravedad de las floraciones de algas en la cuenca occidental del lago Erie, según los investigadores.

"La misión de la NOAA en los Grandes Lagos incluye observar, comprender y pronosticar eventos importantes como la carga interna. Muy a menudo, el desarrollo y la aplicación de tecnología avanzada como esta puede confirmar una hipótesis o proporcionar una nueva perspectiva que antes era imposible, "dijo el coautor del estudio Steve Ruberg, científico senior del Laboratorio de Investigación Ambiental de los Grandes Lagos de la NOAA.

"Este importante resultado de la observación contribuirá a la colaboración de la NOAA con la Oficina del Programa Nacional de los Grandes Lagos de la EPA en virtud del Acuerdo de Calidad del Agua de los Grandes Lagos, mejorando significativamente nuestra comprensión de la carga de fósforo de la zona hipóxica y el impacto posterior en el ecosistema del lago Erie, "Dijo Ruberg.