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Aplicación de datos del mes: Floraciones de algas nocivas

10/18/2020

 ¿Qué son las floraciones de algas nocivas?

Cierto tipo de algas producen toxinas que, en grandes cantidades, pueden ser dañinas para la vida marina y potencialmente para los humanos. Las algas que forman estas capas densas se describen como floraciones de algas nocivas, FAN (HAB, por sus siglas en inglés). El monitoreo de la floración de algas es importante para los ecosistemas de agua dulce, para prevenir la contaminación de las áreas locales y costeras, para evitar la intoxicación de mariscos y pérdidas económicas a través de los impactos en la pesca y el turismo local. Las muertes de peces pueden ser causadas por toxinas o por el inmenso agotamiento del oxígeno causado por el aumento de la actividad algal. Las condiciones generales que favorecen la floración de algas son el aumento de la temperatura del agua de mar y la alta carga de nutrientes en los fertilizantes. Sin embargo, hay muchos tipos diferentes de fitoplancton que tienden a formarse en diferentes áreas.

Contenido

  1. Introducción a las HABs
  2. ¿Cómo se pueden controlar las HABs desde el espacio?
    2.1 Monitoreo visual (color)
    2.2 Índices cuantitativos (clorofila A, FLH, indicador HAB, indicador de marea roja)
  3. Efecto de las condiciones regionales en el monitoreo de HAB basado en el espacio
  4. Satélites disponibles para monitorear HABs
  5. Requisitos y limitaciones de la teledetección para monitoreo FAN
  6. Teledetección y monitoreo in-situ
  7. Grupos de Trabajo Regionales/Internacionales Sobre Monitoreo FAN
  8. Recursos de Datos
  9. Recursos de Software
  10. Material de Entrenamiento
  11. Bibliografía

1. Introducción a las HABs

Un término común para describir la floración de algas nocivas es “marea roja”, que se deriva de los pigmentos fotosintéticos de color café y rojo exhibidos por ciertas especies de fitoplancton. Una especie conocida que cae en esta categoría es la Karenia brevis. Produce potentes neurotoxinas, llamadas patentoxinas, y prevalece en la costa de Florida y el Golfo de México.

Floración de algas rojas en Leigh, cerca de Cape Rodney, Nueva Zelanda. Imagen: Miriam Godfrey para el Instituto Nacional de Investigación del Agua y la Atmósfera de Nueva Zelanda.

Imagen de MERIS del 13 de julio del 2005 sobre el mar Báltico, que muestra una gran floración de algas de cianobacterias. Imagen: ESA

Las algas verdeazules, que están formadas por cianobacterias, también se incluyen en el grupo de FAN. Las cianobacterias tienen las características tanto de algas como de bacterias y pueden ser monitoreadas de la misma manera que otras algas. (Organización Mundial de la Salud). Se presta especial atención a las cianobacterias, ya que producen toxinas que pueden ser perjudiciales para animales y humanos. Sin embargo, existen muchas más especies y toxinas (Pettersson y Pozdnyakov, 2013). Se muestra a continuación una lista de organismos responsables. Además, la prevalencia regional de especies y toxinas se incluye en la página de Algas Nocivas del Woods Hole Oceanographic Institution.

Tipos de algas que proliferan FANs (Pettersson y Pozdnyakov, 2013 Tabla 1.1)

 Prevalencia regional de HABs

De acuerdo a Shen, Xu y Guo 2012, “Cada año, muchas regiones costeras en todo el mundo sufren daños por HAB.” Su investigación resume los estudios sobre las aguas de Hong Kong, el Mar de China Oriental, el Mar de Corea, el Mar de Japón, el Golfo de Tokin, el Mar Arábigo, la costa de Francia, la costa de Portugal, las aguas de Nueva Zelanda, las Rías de Galicia, el Mar Báltico, el Golfo de México, Washington, el Golfo de California, la costa de Florida, el Golfo de Maine, la costa de Nueva Escocia, la costa de Columbia Británica y la costa de Sudáfrica. Todas las áreas están “sujetas a HAB con tendencias desconcertantes de extensiones espaciales más grandes y frecuencias más altas” (Shen, Xu y Guo 2012).

Son importantes los estudios de la región de interés para poder encontrar las especies predominantes de algas y el tipo de toxina que se espera de la región. La Página de Algas Nocivas del Woods Hole Oceanographic Institution(WHOI) presenta mapas de dónde son dominantes los seis venenos diferentes, así como dónde ocurren las muertes de peces asociadas con HAB.

Global distribution of HABS

Figura 2. Distribución global de la floración de algas nocivas. ImagenWHOI

2. ¿Como se pueden monitorear las HABs desde el espacio?

2.1 Monitoreo visual directo del color del océano:

Las imágenes satelitales miden la reflectancia del océano y proporcionan información sobre el color de éste (según la intensidad de la luz). El color en el que aparecen las floraciones de algas en las imágenes depende de los pigmentos contenidos en un cierto tipo de algas y en qué longitud de onda se reflejan o absorben estos pigmentos. La clorofila A, por ejemplo, es un pigmento dominante en las algas, y se refleja de manera más significativa en el espectro verde, lo que hace que para el ojo humano se vea de ese color. La absorción por ficocianina es baja en el espectro azul, cian y verde, por lo que aparenta una variación de azul o turquesa. Un ejemplo de algas con alto contenido de ficocianina son cianobacterias o algas verdeazules que se muestran en la Figura 1b.

Figura 3. Absorción de luz de los pigmentos algales. Imagen: Fondriest Environmental Inc.

Además del color de las algas en sí, se pueden evidenciar otros reflejos en el agua. La imagen de abajo muestra cómo el agua y las plantas con alto contenido de clorofila se ven verdes, como el agua clara se ve azul, como la materia orgánica (CDOM) aparece con un ligero tinte amarillo y los sedimentos se ven de color café.

Figura 4. Propiedades ópticas inherentes y el color del agua. Imagen: Programa de Entrenamiento de Teledetección Aplicada de la NASA

Monitoreo visual a través de imágenes ópticas mejoradas (ERGB, por sus siglas en inglés)

Como la diferencia en el color del océano no es clara, se utilizan imágenes ópticas mejoradas (ERGB) para detectar la floración de algas. Se crean eligiendo la banda roja, verde y azul de un satélite y estirando los colores en el rango del agua, para que las diferencias en el color del océano sean más fáciles de observar. En lugar de la gama de colores anterior, el color café/ rojizo a menudo “se atribuye a altas concentraciones de fitoplancton; el color brillante es causado por aguas ricas en sedimentos y/o reflexión de fondo poco profunda. El color oscuro es resultado de una alta concentración de fitoplancton y/o la coloración de la materia orgánica disuelta en agua.(CDOM, por sus siglas en inglés)” (Zhao et al 2014). Se presenta un curso sobre cómo utilizar imágenes ERGB, clorofila e información in situ para monitorear la floración de algas en LearnEO.

Figura 5. Imagen de MODIS/Rojo-Verde-Azul Mejorado derivado de Aqua (ERGB) recopilado el 23 de diciembre de 2008 sobre el Golfo de Omán. El color cfé oscuro en la imagen ERGB indica la aparición de la floración de algas. (Zhao et al 2016)

2.2 Monitoreo a través de indices:

Los índices cuantitativos y cualitativos también pueden ayudar a automatizar el monitoreo de la floración de algas y permitir el cálculo de la biomasa y, en algunos casos, la determinación de las especies presentes. La mayoría de los algoritmos se centran en la determinación de la concentración de clorofila-A y la altura de la línea de fluorescencia (FLH). La línea de fluorescencia es un indicador de la energía reemitida por las moléculas de clorofila después de la fotosíntesis.

Las raciones de banda espectral más comunes para recopilar los valores de CHL-a utilizados son las raciones de banda espectral azul-verde (440-550nm) desarrolladas a partir de datos empíricos. Esto se debe a que la mayor parte de la absorción de fitoplancton se produce dentro de esta parte del espectro visible (Blondeau-Patissier et al., 2014).

Cuando la imagenología óptica no pueden ser utilizada debido a la cobertura de las nubes, los datos del radar se pueden usar para reflejar la reflectancia y la retrodispersión emitida de la superficie de la Tierra. Como las algas causan cambios visibles en la estructura del agua superficial, las bandas de radar de apertura sintética (SAR) también se pueden usar para detectar la floración de algas.

 

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