Fenología de la cubierta de hielo de lagunas de alta montaña mediterránea (sistema Central) en un contexto de cambio climático: Modulación por factores climáticos y geomorfológicos, y efectos en la limnología invernal
- Autores: Manuel Toro Velasco
- Directores de la Tesis: Carlos Montes del Olmo (dir. tes.), Antonio Camacho (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2024
- Idioma: español
- Número de páginas: 405
- Tribunal Calificador de la Tesis: Sergi Pla Rabes (presid.), Paloma Alcorlo Pages (secret.), Blas Lorenzo Valero Garcés (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ecología por la Universidad Autónoma de Madrid y la Universidad Complutense de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
Una de las consecuencias más intensas del cambio global antropogénico que afecta actualmente al planeta es el cambio climático inducido, con un calentamiento global acentuado a lo largo del último siglo debido al aumento de la emisión de los gases de efecto invernadero, y con previsiones de seguir aumentando al menos a corto plazo. Los efectos son especialmente significativos en la criosfera y, en el caso de los lagos de alta montaña, están afectando a la extensión y duración de su cubierta de hielo, cuya fenología responde rápidamente a la principal variable climática que la determina, la temperatura. Los impactos en el funcionamiento global de estos ecosistemas en sus procesos físicos, químicos y biológicos son en su mayoría aún desconocidos y probablemente difíciles de revertir según los escenarios futuros previstos. Aunque se prevé una mayor vulnerabilidad al cambio climático de los lagos con cubierta de hielo más meridionales del hemisferio norte, en los lagos de la alta montaña mediterránea no se ha abordado el estudio de la fenología de la cubierta de hielo ni sus tendencias y tasas de cambio en el contexto climático actual. Los distritos lacustres alpinos ibéricos poseen un gran valor ecológico incuestionable, representando relictos singulares de carácter boreoalpino en un entorno de clima mediterráneo o de transición con el clima atlántico, y por ello es preciso investigarlos para conocer su vulnerabilidad y su respuesta al cambio climático inducido por las actividades humanas.
El objetivo de esta tesis doctoral es definir la respuesta al cambio climático inducido de la fenología de la cubierta de hielo en el distrito lacustre de alta montaña mediterránea del sistema Central en España, identificando cómo influyen los factores morfogenéticos, topoclimáticos, morfométricos y meteorológicos en la fenología, en la coherencia de su respuesta, y en la vulnerabilidad de cada laguna y en su conjunto como distrito lacustre, en un contexto geográfico regional y global.
En primer lugar, se ha llevado a cabo una catalogación de las lagunas de alta montaña del sistema Central localizadas a una altitud mayor de 1600 m s. n. m en las sierras de Gredos (macizo Central de Gredos, sierra del Barco y sierra de Béjar) y de Guadarrama. Se han descrito las principales características limnológicas que las identifican como distrito lacustre, inventariándose un total de 26 lagunas con una superficie de al menos 0.5 ha y/o una profundidad máxima mayor de 0.5 m, y que presentan una cubierta de hielo invernal con una duración superior a un mes. Además, se ha realizado por primera vez en un sistema montañoso ibérico una clasificación tipológica de la morfogénesis glaciar de sus cubetas lacustres, definiéndose 9 tipos morfogenéticos que muestran la riqueza geomorfológica de estas lagunas, pertenecientes a dos clases de orígenes principales: de hoya, formadas por sobreexcavación de los glaciares, y morrénico, por acumulación de materiales arrastrados por los hielos.
A partir del conocimiento previo de los tipos morfogenéticos glaciares, se han caracterizado y clasificado 26 lagunas topoclimática y morfométricamente, cuyos resultados, incluyendo sus batimetrías, reflejan una uniformidad morfométrica con diferencias y similitudes respecto a otros distritos lacustres de la península ibérica con los que se comparan, si bien presentan una diversidad interna fruto de la riqueza morfogenética. Predominan las lagunas de tamaños relativamente pequeños, propias del ámbito ibérico, con alguna excepción de mayores dimensiones debido al represamiento sufrido para el uso hidroeléctrico y de regadío, constituyendo estos casos valores atípicos para muchas de las variables estudiadas. Internamente, las lagunas de la sierra de Guadarrama se diferencian del resto de las sierras de Gredos por su menor densidad lacustre (Lr) y dimensiones medias, así como por el predominio de una orientación de componente E, inusual en el sistema Central. Se distinguen también del resto dos grupos singulares: las lagunas temporales y las lagunas de carácter fluvial.
Para establecer las variables fenológicas principales de la cubierta de hielo, se ha desarrollado una metodología basada en datos de sensores de temperatura en la columna de agua, imágenes de satélite y observaciones directas, siguiendo criterios escogidos entre los más ampliamente utilizados por otros autores para facilitar la comparación de los resultados con otras regiones del hemisferio norte. Las series largas de observación de la fenología de la cubierta de hielo en las lagunas Peñalara (1990-2022), Grande de Gredos y Cimera (2006-2022), obtenidas con datos directos de termistores en la columna de agua, constituyen el registro temporal más largo en un distrito lacustre de alta montaña de la península ibérica. Además, se ha descrito la fenología y la variabilidad intra-anual para el periodo 2015-2022 en las 26 lagunas catalogadas, estudiando su relación con la meteorología anual y el clima, la variabilidad interanual, su tendencia reciente y las tasas de cambio de las variables fenológicas. Se ha observado que los cambios recientes del clima y la evolución del patrón de la NAO, con mayor frecuencia de temperaturas invernales más altas y menor innivación, están aumentando la variabilidad interanual de la fenología y la frecuencia y extensión de la intermitencia de la cubierta de hielo, y disminuyendo su duración (ice-days), con una intensidad desigual en función de variables como la altitud y otros factores topoclimáticos (p.e. orografía del entorno y su orientación), morfométricos o geográficos (p.e. latitud).
Los diferentes tipos morfogenéticos muestran una homogeneidad mayor en la fecha de formación de la cubierta (ice-on), más dependiente de las condiciones sinópticas meteorológicas comunes a todas las lagunas a comienzos del invierno, que en la de fusión (ice-off), al estar esta última más influida por las características topoclimáticas y morfométricas propias de cada tipo. Además de las isotermas de 0 °C de otoño y primavera, la altitud y la profundidad máxima son las variables que mejor explican la variabilidad de la fecha de ice-on, y la altitud y la radiación la de ice-off. En la intermitencia de la cubierta de hielo a lo largo del invierno influyen decisivamente la mayor radiación recibida, la orientación del entorno orográfico más alejada de la componente norte y la menor altitud.
A partir de los datos fenológicos obtenidos, se ha realizado una clasificación de las 26 lagunas por su vulnerabilidad al calentamiento del clima en función de las variables más influyentes topoclimáticas y morfométricas, y de su tipo genético. Esta clasificación constituye una herramienta de gran utilidad en la gestión para diseñar y ampliar los programas de seguimiento de estos ecosistemas, facilitando la selección de las lagunas más sensibles y vulnerables de cada tipo y complejo lacustre como representantes del conjunto, en las que implementar y mantener la monitorización a largo plazo.
Los resultados corroboran la existencia de una coherencia en la respuesta de la fenología de la cubierta de hielo de las lagunas al clima, tanto a escala de cordillera como entre las diferentes sierras. Además, revelan las variables que la modulan individualmente de forma más significativa, mostrando unas tasas y tendencias de cambio en relación con las dos variables más influyentes, altitud y la temperatura del aire, superiores a las tasas medias de los distritos lacustres de cualquier otra latitud y altitud en Europa y Norteamérica, siendo por tanto más vulnerables al calentamiento global que los lagos de latitudes más altas.
Se desarrolla un modelo conceptual que explica las relaciones y la respuesta (positiva o negativa) entre los factores de tipo climático, morfogenético, topoclimático y morfométrico, que influyen en las variables fenológicas (ice-on, ice-off y ice-days) de la cubierta de hielo de las lagunas de alta montaña del sistema Central. Los modelos predictivos que cuantifican las relaciones de la fenología con las variables más influyentes han sido validados satisfactoriamente con los datos de las series largas temporales de tres lagunas. Este modelo constituye una base para el desarrollo futuro de ejercicios de modelización mecanicista bajo escenarios de cambio global, que podrá ser optimizada con la incorporación de otras variables influyentes tras su regionalizadas a escala de laguna, como la innivación, el viento o la isoterma de 0 °C.
Con el fin de facilitar una predicción de algunas posibles consecuencias del cambio climático en los lagos de alta montaña mediterráneos, se ha descrito la dinámica interanual durante un periodo de 5 inviernos (2010-2015) de la columna de agua de una laguna bajo el hielo en relación con la variabilidad climática de dichos periodos invernales. Así, se ha observado que los patrones climáticos (NAO y EA) condicionan la fenología de la cubierta de hielo y su espesor determinando la ocurrencia de dos modos en función de la meteorología invernal (innivación y temperatura): «oscuro», con un mayor espesor y opacidad de la cubierta por la innivación, e hipoxia en el fondo del lago, y «claro», con una cubierta menos gruesa y más transparente por la ausencia de nieve, y mayor oxígeno en fondo al aumentar la fotosíntesis bajo el hielo. Aunque es muy probable que los factores topoclimáticos y morfométricos modulen su respuesta, la dinámica de sucesión actual de estos modos parece caracterizar a los lagos de alta montaña mediterráneos, ya que difieren de la encontrada en otras latitudes. La alteración de la fenología y de las características de la cubierta de hielo como consecuencia de los cambios recientes en el clima conducirían a una mayor frecuencia de ocurrencia del modo «claro», lo que alteraría la dinámica del funcionamiento ecológico de estas lagunas de alta montaña mediterránea, con importantes efectos en sus ecosistemas.
Aunque aún se desconocen en detalle los posibles efectos futuros de los cambios recientes detectados en la fenología de la cubierta de hielo sobre el funcionamiento ecológico de las lagunas del sistema Central, son varias las repercusiones ecológicas que ya pueden percibirse o anticiparse en algunos procesos y comunidades biológicas de varias lagunas. Estas lagunas de alta montaña mediterránea del SC presentan una sensibilidad y vulnerabilidad al calentamiento global coherente como distrito lacustre, y modulada individualmente en función de factores geomorfológicos y climáticos, que es superior a la de otros complejos lacustres del hemisferio norte. Por ello, constituyen unos excelentes sensores y centinelas de cambios ambientales a diferentes escalas geográficas, ibérica, mediterránea y del hemisferio norte, ya que presentan tasas y tendencias de cambio en la fenología de la cubierta de hielo superiores a la media de las series conocidas de distritos lacustres en cualquier otra latitud y altitud de Europa y Norteamérica, y cuya evolución en un futuro cercano conduce inevitablemente hacia una desaparición de la cubierta de hielo invernal. La investigación y el seguimiento a largo plazo de la fenología de su cubierta de hielo invernal debe formar parte de los programas de seguimiento y de alerta temprana de los efectos del cambio climático inducido en los ecosistemas acuáticos y sus cuencas.
