Teoria de la profundidad critica

Teoría de la profundidad crítica

No es frecuente que el comienzo de la floración (Bloom) de primavera se explique con sólo referencia de paso al proceso de pastoreo. Esto produjo la teoría de la "profundidad crítica" de Gran y Braarud (1935) y Sverdrup (1953). Como se formuló originalmente, el pastoreo se incorporó de manera vaga. La noción es que la tasa relativa de crecimiento de la planta, es decir, el aumento de stock (dP / dt) por unidad de stock (1 / P), es igual.

Fotosíntesis bruta – respiración

1/P(dP/dt) = PS - R.

Sverdrup sugirió que la fotosíntesis, PS, disminuye con la profundidad en proporción a la disminución exponencial de la irradiación, mientras que la respiración, R, podría ser aproximadamente constante con la profundidad. Tomó la respiración para ser "metabolismo de la comunidad", es decir, todas las remociones incluyendo la respiración de la planta y las reducciones de la acción por los herbívoros (como se enfatiza en un comentario de Smetacek y Passow 1990). Varios niveles verticales diferentes se definen por las interacciones de PS y R (Fig. 1.3).

La comunidad '' profundidad de compensación fotosintética '' es el nivel vertical al cual el valor local de (PS - R) = 0. Otra vez, esta definición se aplica a la actividad metabólica de toda la comunidad, no sólo de las plantas. Un fisiólogo de la planta definiría una profundidad de compensación fotosintética como el nivel donde la producción primaria neta (fotosíntesis menos la respiración de la planta) = 0. Eso sería algo debajo del nivel previsto por Sverdrup, porque el pastoreo aumenta el término de la pérdida. Muy por debajo de cualquiera de las versiones de la profundidad de compensación es la profundidad crítica, el nivel al cual la integral vertical de (PS - R) = 0. Las únicas pérdidas involucradas en esta definición original de profundidad crítica son del metabolismo fotosintético de la comunidad.

Además, sin embargo, habrá pérdidas de la capa superior e iluminada a través de la mezcla vertical. En general, la mezcla por encima de la primera etapa térmica significativa en la columna de agua es rápida, para todos los efectos prácticos instantáneos. La mezcla a través de este paso térmico es lenta. Sverdrup predijo que las floraciones (booms) de primavera se pondrían en marcha en el momento en el calentamiento de la columna de agua cuando la termoclina se elevó por encima de la profundidad crítica.

Antes de ese tiempo, la mezcla haría que 1 / P (dP / dt) fuera negativo para la zona eufótica en general. Después, las pérdidas de mezcla serían pequeñas y el stock se acumularía por encima de la termoclina.

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Fig. 1.3 Características del modelo de profundidad crítica de Sverdrup (1953) para la iniciación de la floración en primavera. La fotosíntesis bruta decrece exponencialmente hacia abajo en respuesta a la disminución progresiva de la irradiancia de acuerdo con la ley de Beer (I Z = I Oe -KZ, donde k es el coeficiente de extinción debido a la absorbancia y la dispersión, y Z es la profundidad). La fotosíntesis neta es desplazada a la izquierda por la respiración supuesta de la comunidad invariante en profundidad. Las áreas sombreadas muestran zonas de la fotosíntesis neta positiva (por encima de la profundidad de compensación) y negativa (abajo) hasta la profundidad crítica donde las integrales son iguales. (Después de Sverdrup 1953.)

Esta teoría de profundidad crítica aproximadamente funciona. Sverdrup (1953) mostró datos (Fig. 1.4) de un bloqueo estacionado en el Atlántico Norte de alta temperatura (66°N, 2°E), donde el aumento de fitoplancton coincidió estrechamente en el tiempo con la estratificación de la columna de agua. En general, las floraciones, donde son importantes, ocurren poco después del primer establecimiento no transitorio de la termoclina estacional. La sincronización de la floración varía entre los años según la variación en el calentamiento superficial. Cuando las reservas de pastoreo son muy bajas en invierno y principios de primavera, la teoría funciona bien porque el pastoreo es una parte tan pequeña de la respiración "comunitaria". El pastoreo es difícil de medir, por lo que la teoría se puede aplicar más fácilmente si es insignificante. Esto es aproximadamente cierto en el Atlántico Norte de latitud media cerca de la costa (es decir, en aguas neríticas), por lo que la teoría funciona bien para el problema del ciclo estacional "clásico". En otras regiones, la profundidad de mezcla sigue siendo importante, pero a veces funciona de una manera algo diferente (por ejemplo, véase Nelson y Smith 1991).

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