Natural and anthropogenic tipping points in a Mediterranean karstic lake: evidence from Lake Estanya (NE Spain)

Los lagos no son meramente pozos estáticos de agua; son sistemas dinámicos que respiran, se mezclan y cambian en respuesta al cielo que los cubre y la tierra que los rodea. En muchas partes del mundo, particularmente en regiones con veranos calurosos y secos e inviernos húmedos, estos cuerpos de agua son increíblemente sensibles a los cambios en el clima y la actividad humana. Los científicos que estudian la historia de los lagos, conocidos como paleolimnólogos, observan las capas de lodo en el fondo para leer un registro del pasado. También monitorean el agua en tiempo real para ver cómo reacciona al clima actual. Un concepto clave en este campo es el "punto de inflexión", un momento en el que un pequeño cambio en las condiciones empuja a un sistema hacia un estado completamente nuevo al que no puede regresar fácilmente. Por ejemplo, un lago podría dejar de mezclar repentinamente sus capas superiores e inferiores, atrapando el agua profunda en un estado permanente de bajo oxígeno. Comprender cuándo y por qué ocurren estos cambios es vital, porque la salud de un lago determina la calidad del agua para el consumo, la agricultura y la supervivencia de las criaturas que viven en él.

En los Pirineos, en el noreste de España, un pequeño y poco profundo lago llamado Estanya se ha convertido en un caso de estudio crítico para estos cambios. Este lago se encuentra en una cuenca rodeada de yeso y caliza, un entorno geológico que hace que su agua sea naturalmente rica en sales y minerales. Durante décadas, los científicos creyeron que Estanya era un lago "monomíctico cálido", un término técnico que significa que se calentaría en el verano, se estratificaría en capas y luego se mezclaría completamente de arriba abajo durante los meses fríos de invierno. Esta mezcla anual es esencial porque lleva oxígeno hacia las aguas profundas, manteniendo vivo el ecosistema. Sin embargo, un nuevo estudio que combina el monitoreo moderno con registros de sedimentos antiguos ha revelado que este lago ha cruzado un umbral importante. Ha pasado de ser un lago que se mezcla cada año a uno que está permanentemente estratificado, con sus aguas profundas aisladas de la superficie y del oxígeno que necesitan.

La historia de este cambio comienza con una mirada cercana a los últimos años. Entre 2018 y 2023, los investigadores colocaron sensores automatizados en el lago para rastrear la temperatura del agua a diferentes profundidades cada hora. También recolectaron muestras de agua para medir los niveles de sal y las firmas químicas. Los datos contaron una historia dramática. En 2018, tras un periodo de sequía severa, la superficie del lago se evaporó fuertemente, volviéndose mucho más salada y densa. Cuando finalmente llegaron las lluvias de otoño, estas vertieron agua dulce y ligera sobre la superficie. En lugar de hundirse y mezclarse, esta agua dulce flotó sobre el agua profunda, densa y salada. Las dos capas se negaron a mezclarse. Al siguiente invierno, el agua superficial se enfrió, pero nunca llegó a estar lo suficientemente fría como para ser lo suficientemente pesada para hundirse a través de la capa salina inferior. El agua profunda, atrapada en el fondo, permaneció aislada, cálida y sin oxígeno. Este estado, conocido como meromixis química, ha persistido cada año desde 2018, creando una barrera permanente entre la superficie y las profundidades.

Para entender cómo ocurrió esto, el equipo excavó en el pasado del lago. Extrajeron un núcleo de sedimento, un cilindro de lodo de unos 41 centímetros de largo, que contenía una historia del lago que se remontaba aproximadamente a 300 años. Al analizar la química de las capas de lodo, pudieron ver cómo se había comportado el lago durante siglos. El registro mostró que el lago no siempre había sido así. Alrededor de mediados del siglo XIX, mientras el mundo emergía de un periodo más frío conocido como la Pequeña Edad de Hielo, el lago experimentó su primer gran cambio. El clima se volvió más cálido y seco, lo que provocó una mayor evaporación. Este cambio natural empujó al lago hacia un estado más salino y restringido, marcando un punto de inflexión natural donde el lago se volvió menos capaz de mezclarse completamente.

Sin embargo, el cambio más reciente y alarmante ocurrió después del año 2000. Las capas de sedimentos de este periodo contaban una historia diferente, impulsada por la mano del hombre. El lodo mostró un aumento brusco de nitrógeno, un nutriente esencial para el crecimiento de las plantas pero peligroso en exceso. La firma química de este nitrógeno apuntaba directamente a los fertilizantes agrícolas y los desechos ganaderos de las granjas que rodean el lago. Al mismo tiempo, los isótopos de carbono en el sedimento indicaron un enorme auge en el crecimiento de algas. El lago se había vuelto eutrófico, una condición en la que demasiados nutrientes provocan que las plantas y las algas crezcan descontroladamente. Cuando estos organismos mueren, se hunden hasta el fondo y son consumidos por bacterias, un proceso que consume oxígeno. Debido a que el lago ya estaba estratificado y el agua profunda estaba cortada de la superficie, este consumo de oxígeno creó una zona permanente y sin oxígeno en el fondo. Los investigadores descubrieron que esto no era solo una fluctuación natural; era un punto de inflexión antropogénico sin precedentes, donde la agricultura intensiva se combinó con el cambio climático para empujar al lago hacia un estado nuevo e inestable.

El estudio también analizó el azufre, otro elemento presente en el lecho de yeso del lago. La historia química del azufre en el lodo mostró una transición clara. Durante siglos, los isótopos de azufre indicaron un sistema que se mezclaba y reciclaba el oxígeno. Pero a medida que el lago avanzaba hacia su estado actual, el registro del azufre cambió, reflejando un cambio hacia un entorno más estancado y evaporativo. Esta evidencia química, combinada con los datos de temperatura y los picos de nitrógeno, confirmó que el lago había cruzado una línea. Ya no solo reaccionaba al clima; había entrado en un nuevo régimen donde las aguas profundas estaban permanentemente aisladas.

Las implicaciones de este descubrimiento se extienden mucho más allá de un solo lago de montaña. Los investigadores argumentan que el Lago Estanya es una señal de advertencia para otros lagos kársticos de la región mediterránea. Estos son lagos formados en zonas de caliza o yeso, a menudo poco profundos y sensibles a la evaporación. Si una sequía prolongada concentra las sales en las aguas profundas, y una lluvia subsiguiente crea una capa fresca encima, el lago puede quedar atrapado en este estado estratificado. Una vez que esto sucede, el agua profunda se convierte en una "cápsula del tiempo" de la sequía anterior, reteniendo altas concentraciones de sal y productos químicos tóxicos. Si el lago permanece en este estado, la falta de oxígeno puede provocar la liberación de compuestos tóxicos desde el sedimento, dañando potencialmente todo el ecosistema.

El equipo enfatiza que, si bien el primer cambio en el siglo XIX fue impulsado por cambios climáticos naturales, la situación actual es diferente. La combinación de patrones climáticos extremos y el uso intensivo de fertilizantes agrícolas ha creado una tormenta perfecta. El lago se encuentra ahora en un estado en el que es altamente productivo en la superficie pero muerto en el fondo. Los investigadores sugieren que, sin cambios urgentes en la gestión de las tierras circundantes, específicamente mediante la reducción de la escorrentía de fertilizantes, el lago podría no ser capaz de recuperarse. La ventana para prevenir este daño irreversible se está cerrando. Al comprender el momento preciso en que el lago cruzó su punto de inflexión, los científicos esperan proporcionar un modelo para proteger estos frágiles ecosistemas. La historia del Lago Estanya es un recordatorio claro de que, cuando el cambio climático y la actividad humana trabajan juntos, pueden empujar a los sistemas naturales hacia territorios nuevos y peligrosos, cambiando la naturaleza misma del agua de la que dependemos.