Treinta años de datos de Suecia y Finlandia revelan que el mar de Botnia pasó de una limitación por fósforo a otra dominada por nitrógeno, un cambio que favorece una mayor producción biológica y puede impulsar las cianobacterias.
Redacción: Redacción Noticias de la Tierra
Editor: Eduardo Schmitz
Una transformación silenciosa está modificando el funcionamiento del extremo norte del mar Báltico. Investigadores de la Universidad de Umeå, en Suecia, descubrieron que el mar de Botnia ha pasado de estar limitado principalmente por la disponibilidad de fósforo a encontrarse limitado por nitrógeno, mientras la bahía de Botnia, situada más al norte, avanza rápidamente en la misma dirección.
El resultado procede del primer análisis integral de cómo ha cambiado durante tres décadas el equilibrio entre estos nutrientes en el golfo de Botnia. El estudio, publicado en Scientific Reports, combinó registros de los programas de vigilancia ambiental de Suecia y Finlandia con experimentos de adición de nutrientes y muestra que el incremento del fósforo inorgánico está reorganizando las condiciones que regulan la producción biológica en estas aguas.
Treinta años de mediciones muestran un cambio de régimen
Durante décadas, los científicos consideraron que gran parte del norte del Báltico estaba limitado por fósforo. Esto significa que la disponibilidad de ese nutriente actuaba como uno de los principales frenos al crecimiento del fitoplancton y, por extensión, a la producción primaria del ecosistema.
El equipo encabezado por Siv Huseby, del Centro de Ciencias Marinas de Umeå, examinó concentraciones invernales de nitrógeno inorgánico disuelto y fósforo inorgánico disuelto registradas durante aproximadamente 30 años. Los datos muestran que esa relación se ha transformado progresivamente.
En el mar de Botnia, la parte meridional del golfo, la limitación por fósforo que predominaba hace tres décadas ha desaparecido de las aguas mar adentro. Desde comienzos de la década de 2020, gran parte de esta cuenca presenta relaciones entre nitrógeno y fósforo compatibles con una limitación por nitrógeno.
El descubrimiento añade una nueva dimensión a los problemas ambientales que ya afectan al Báltico. Investigaciones anteriores habían mostrado que el calentamiento está agravando el agotamiento de oxígeno en el mar Báltico pese a los esfuerzos realizados para reducir los aportes de nutrientes.
El fósforo aumentó mientras el nitrógeno permaneció estable o disminuyó
El cambio no se debe a un incremento paralelo de todos los nutrientes. Los investigadores encontraron un aumento sustancial de las concentraciones de fósforo inorgánico, mientras las de nitrógeno inorgánico permanecieron estables o disminuyeron.
Como resultado, la proporción entre ambos elementos cayó. Esa relación es fundamental porque determina qué nutriente escasea primero cuando el fitoplancton crece y, por tanto, qué organismos tienen ventajas bajo determinadas condiciones.
Los autores consideran que una explicación probable para el aumento del fósforo es la entrada hacia el norte de aguas relativamente ricas en este elemento procedentes del Báltico propiamente dicho. El transporte entre las distintas cuencas puede modificar gradualmente la química de regiones alejadas de las fuentes originales de nutrientes.
La circulación interna del Báltico tiene una influencia decisiva sobre su estado ambiental. Otro estudio mostró que las grandes entradas de agua salada desde el mar del Norte no transportan oxígeno hacia las profundidades del Báltico con la misma eficiencia, porque su impacto depende de las condiciones atmosféricas, la mezcla y la salinidad del agua entrante.
La relación entre nitrógeno y fósforo cayó drásticamente
Para interpretar el cambio, los científicos utilizaron la relación entre nitrógeno inorgánico disuelto y fósforo inorgánico disuelto, conocida como DIN:DIP. Valores altos indican generalmente una mayor escasez relativa de fósforo, mientras valores bajos reflejan una disponibilidad proporcionalmente mayor de fósforo y una creciente importancia del nitrógeno como factor limitante.
Al comienzo del período analizado, hace aproximadamente tres décadas, el mar de Botnia presentaba condiciones de limitación por fósforo o un equilibrio entre nutrientes, con relaciones DIN:DIP situadas aproximadamente entre 12 y 20.
En los datos recientes, las aguas mar adentro del mar de Botnia muestran principalmente relaciones de entre 6 y 12, características de una situación de limitación por nitrógeno.
La transformación resulta todavía más evidente al comparar mapas del año 2000 con los correspondientes aproximadamente a 2020-2022. En 2000, las aguas mar adentro de la bahía de Botnia presentaban relaciones DIN:DIP de entre 200 y 300, y en algunos sectores de la costa finlandesa superaban incluso 300, señal de una marcada limitación por fósforo.
La bahía de Botnia todavía conserva su antiguo régimen
La parte más septentrional del golfo no ha completado la transición. La bahía de Botnia continúa estando mayoritariamente limitada por fósforo, pero los datos muestran que la diferencia entre ambos nutrientes se está reduciendo con rapidez.
Actualmente, gran parte de sus aguas mar adentro presenta relaciones DIN:DIP de aproximadamente 20 a 40, muy inferiores a los valores superiores a 100 observados al comienzo de la serie temporal.
Los experimentos realizados por el equipo también mostraron que algunas áreas pueden responder tanto al fósforo como al nitrógeno, señal de que la región está aproximándose a condiciones de colimitación.
Los investigadores consideran que, si la tendencia continúa, la bahía de Botnia podría pasar igualmente hacia un sistema limitado por nitrógeno durante las próximas décadas. No establecen, sin embargo, una fecha exacta para esa transición.
Las cianobacterias encuentran condiciones más favorables
El cambio importa porque no todos los organismos responden de la misma manera a la disponibilidad de nutrientes. Algunas cianobacterias filamentosas tienen capacidad para fijar nitrógeno atmosférico, lo que les permite obtener este elemento incluso cuando las formas disueltas disponibles en el agua son escasas.
Por ello, un ambiente relativamente rico en fósforo pero limitado por nitrógeno puede proporcionarles una ventaja frente a otros componentes del fitoplancton que dependen directamente del nitrógeno presente en el agua.
El estudio encontró que el aumento del fósforo estuvo asociado con una mayor producción primaria y, en el mar de Botnia, con un incremento de la presencia de cianobacterias filamentosas.
Durante los experimentos de adición de nutrientes, la cianobacteria fijadora de nitrógeno Aphanizomenon dominó una de las estaciones meridionales analizadas y representó alrededor del 30 % de la biomasa total de fitoplancton en ese punto.
Las proliferaciones de organismos fotosintéticos responden a múltiples variables además de los nutrientes. Estudios sobre otros sistemas acuáticos han mostrado que la temperatura, la luz, el viento y la estabilidad de la columna de agua también pueden modificar la intensidad de las floraciones de cianobacterias.
El norte del Báltico ya no puede gestionarse como hace décadas
El cambio observado tiene consecuencias para la gestión ambiental. Si un ecosistema se encuentra limitado por fósforo, reducir principalmente las entradas de ese elemento puede ser una estrategia lógica para controlar la eutrofización. Cuando el sistema pasa a estar limitado por nitrógeno, la respuesta puede ser diferente.
Los autores sostienen que la evolución del golfo de Botnia obliga a reconsiderar estrategias diseñadas bajo el supuesto de que el fósforo seguirá siendo permanentemente el nutriente limitante.
Su recomendación es considerar tanto el nitrógeno como el fósforo en la gestión de las dos cuencas. La bahía de Botnia continúa siendo predominantemente limitada por fósforo, pero los experimentos indican que ya puede mostrar sensibilidad al nitrógeno bajo determinadas condiciones.
Esta interacción entre nutrientes es particularmente importante en un mar donde la eutrofización y la pérdida de oxígeno están estrechamente conectadas. Cuando aumenta la producción de algas y otros organismos, una parte de esa materia orgánica termina hundiéndose y es degradada por microorganismos, un proceso que consume oxígeno.
El fósforo puede permanecer atrapado y volver después al agua
Controlar los aportes externos tampoco garantiza una respuesta inmediata del ecosistema. Parte del fósforo acumulado durante décadas puede almacenarse en los sedimentos y regresar posteriormente a la columna de agua cuando cambian las condiciones químicas del fondo.
Este fenómeno, conocido como carga interna, ayuda a explicar por qué algunos sistemas acuáticos continúan mostrando concentraciones elevadas de fósforo después de reducir sus fuentes externas.
Investigaciones recientes han demostrado que los minerales presentes en los sedimentos pueden controlar cuánto fósforo queda retenido y cuánto vuelve a incorporarse al agua, influyendo así en la duración de los procesos de eutrofización.
En el Báltico, las zonas con poco oxígeno pueden favorecer la liberación de nutrientes previamente almacenados en los sedimentos, generando retroalimentaciones capaces de dificultar la recuperación ambiental.
El cambio se detectó con datos de Suecia y Finlandia
Una de las fortalezas del estudio es la duración y extensión de la información utilizada. Los investigadores integraron aproximadamente tres décadas de vigilancia marina realizada por Suecia y Finlandia, lo que permitió reconstruir cambios que difícilmente serían visibles mediante campañas oceanográficas de corta duración.
Además de las series históricas, el equipo realizó experimentos de adición de nitrógeno y fósforo en estaciones distribuidas desde la bahía de Botnia hacia el mar de Botnia.
En las estaciones septentrionales, añadir fósforo produjo el mayor incremento de clorofila, confirmando que este elemento continúa siendo el principal limitante. En las estaciones meridionales, la mayor respuesta apareció después de añadir nitrógeno, confirmando el cambio de régimen detectado mediante las series de observación.
La transición experimental apareció alrededor de una relación DIN:DIP de 18 a 19, ligeramente superior a la proporción de Redfield de 16 utilizada habitualmente como referencia para interpretar el equilibrio elemental del fitoplancton marino.
El mar Báltico acumula presiones ambientales simultáneas
La modificación de nutrientes ocurre dentro de un ecosistema sometido a numerosas transformaciones. El calentamiento del agua, la eutrofización, la pérdida de oxígeno, la acidificación, la pesca, la contaminación y las alteraciones físicas del fondo actúan simultáneamente sobre diferentes componentes del Báltico.
Una evaluación reciente sobre la integridad del lecho oceánico utilizó precisamente esta cuenca como ejemplo de los efectos acumulativos de las presiones humanas y concluyó que el fondo del mar Báltico se encuentra profundamente modificado por múltiples impactos ambientales.
La propia configuración del Báltico aumenta su sensibilidad. Es un mar semicerrado, conectado con el océano Atlántico a través de estrechos pasos daneses y con importantes aportes de agua dulce procedentes de su extensa cuenca continental.
Los nutrientes transportados por ríos, aguas residuales y escorrentía agrícola pueden permanecer durante largos períodos dentro del sistema, mientras la estratificación de la columna de agua limita la renovación del oxígeno en determinadas zonas profundas.
El golfo de Botnia se aproxima a condiciones del Báltico meridional
Históricamente existía una diferencia ecológica clara entre el golfo de Botnia y el Báltico propiamente dicho. En el norte predominaba la limitación por fósforo, mientras las regiones meridionales estaban generalmente limitadas por nitrógeno.
Los nuevos datos muestran que esa frontera está desplazándose. El mar de Botnia ya presenta el régimen de nitrógeno que caracterizaba las aguas situadas más al sur y la bahía de Botnia muestra una evolución en la misma dirección.
Esto no significa que ambas cuencas vayan a convertirse necesariamente en ecosistemas idénticos. La salinidad, temperatura, aporte de materia orgánica terrestre, circulación, profundidad y disponibilidad de luz continúan diferenciándolas.
Los investigadores señalan, además, que un clima más cálido puede aumentar el transporte de materia orgánica terrestre hacia el mar, introduciendo otro factor capaz de modificar la productividad y el funcionamiento de la red alimentaria.
El monitoreo permitirá saber hasta dónde avanza la transición
La Universidad de Umeå mantiene un proyecto específico para determinar cómo se transportan el nitrógeno y el fósforo entre el mar de Botnia y la bahía de Botnia a través del estrecho de Kvarken, o Quark del Norte.
El programa combina muestreos de campo, análisis químicos, investigaciones hidrográficas y modelización para cuantificar los flujos de nutrientes y evaluar si la bahía septentrional terminará desarrollando problemas de eutrofización semejantes a los observados en otras partes del Báltico.
El estudio actual no demuestra que una gran proliferación dañina de cianobacterias vaya a producirse inevitablemente en toda la bahía de Botnia. Lo que documenta es un cambio fundamental en la disponibilidad relativa de los nutrientes que controlan la producción biológica y unas condiciones progresivamente más favorables para organismos capaces de fijar nitrógeno.
Después de tres décadas de observaciones, el antiguo mapa ecológico del norte del Báltico ya no describe correctamente su funcionamiento. El mar de Botnia ha cruzado hacia un nuevo régimen de nutrientes y la bahía situada más al norte se está aproximando al mismo umbral, una transformación que obliga a vigilar conjuntamente fósforo, nitrógeno, fitoplancton y oxígeno para anticipar cómo responderá el ecosistema.
Fuentes referenciales:
Scientific Reports – Rapid change of limiting nutrient in the Gulf of Bothnia, northern Baltic Sea
Umeå University – Researchers discover major ecological shift in the Gulf of Bothnia
Umeå University – When will eutrophication problems hit the Bothnian Bay?
