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Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe, España y Portugal
D.R.
© TIP Revista Especializada en Ciencias Químico-Biológicas, 18(2):97-106, 2015
DOI: 10.1016/j.recqb.2015.09.001
H
ISTORIA
AMBIENTAL
DE
UN
LAGO
ALPINO
EN
EL
CENTRO
DE
M
ÉXICO
(1230-2010)
Estela Cuna
1
, Margarita Caballero
1
*, Edyta Zawisza
1,2
y Carolina Ruiz
3
1
Laboratorio de Paleolimnología, Instituto de Geofísica, Universidad Nacional Autónoma
de México, Ciudad Universitaria, Deleg. Coyoacán, C.P. 04510, México, D.F., México.
2
Instituto de Ciencias Geológicas, Academia Polaca de Ciencias, Twarda 51/55, C.P. 0818,
Varsovia, Polonia.
3
Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Unidad Mazatlán, Universidad
Nacional Autónoma de México, J. Montes Camarena s/n, Mazatlán, C.P. 82040, Sinaloa, México.
E-mail:
*maga@geofsica.unam.mx
Nota: Artículo recibido el 30 de abril de 2015 y aceptado el
03 de septiembre de 2015.
ARTÍCULO
ORIGINAL
R
ESUMEN
Los lagos de alta montaña, con una baja mineralización, alcalinidad y contenido de nutrientes, son
ecosistemas sensibles a perturbaciones naturales o antropogénicas y en la actualidad están amenazados
por el calentamiento global. En México existen dos lagos de alta montaña (> 3,800 m snm): La Luna y El
Sol, en el cráter del Nevado de Toluca. Análisis de parámetros químicos y de diatomeas en sedimentos
superfciales permiten identifcar que La Luna es más ácido y menos mineralizado que El Sol y que a pesar
de su proximidad geográfca cada lago tiene un conjunto de diatomeas característico, con menor
abundancia y riqueza específca en La Luna. En este lago dominan
Encyonema perpusillum
y
Psammothidium
helveticum
y en El Sol
Cavinula pseudoscutiformis
,
Psammothidium levanderi
y
Aulacoseira distans.
Con base
en esta distribución se interpreta el registro de diatomeas de una secuencia sedimentaria de La Luna, de
57 cm, fechada con
210
Pb y
14
C en la que también se realizaron análisis de contenido de cladóceros y de
susceptibilidad magnética. Todos estos indicadores permiten ubicar el inicio de una tendencia hacia climas
secos y fríos alrededor de los años 1350 y 1510, que corresponde a la Pequeña Edad de Hielo (PEH), la cual
tiene su máxima expresión entre los años 1660 y 1760, durante el mínimo de actividad solar de Maunder.
Las características ambientales de sequía y frío se observan hasta principios del siglo XX. La comparación
de este registro con otros disponibles permite concluir que durante la PEH hubo una tendencia regional en
el centro de México hacia climas secos.
Palabras Clave:
centro de México, diatomeas, paleolimnología, Pequeña Edad de Hielo.
Environmental history of an alpine lake in central Mexico (1230-2010)
A
BSTRACT
High altitude lakes, with a low mineralization, alkalinity and nutrient levels, are sensitive ecosystems to natural or
anthropogenic disturbances and currently are in risk due to global warming. There are only two high altitude
lakes (> 3,800 m asl) in Mexico, La Luna and El Sol, in the Nevado de Toluca crater. Chemical parameters
and surface sediment diatom assemblages show differences between both lakes, La Luna has lower pH and
mineralization, and in spite of their geographic proximity, each lake has a characteristic diatom assemblage,
with lower diatom concentration and species richness in La Luna. In this lake
Encyonema perpusillum
and
Psammothidium helveticum
are dominant while in El Sol are
Cavinula pseudoscutiformis
,
Psammothidium
levanderi
and
Aulacoseira distans
.
This ecological distribution is the basis for the interpretation of the diatom
record from La Luna, from a 57 cm long core dated with
210
Pb y
14
C for which cladocera and magnetic
susceptibility data are also available. These proxies allowed identifying the beginning of a trend towards
colder and dryer climates around 1350-1510. This period correlates with the Little Ice Age (LIA) in which the
coldest and driest conditions were from 1660 to 1760, during the Maunder solar minimum. Cooler and drier
conditions are recoded until the begining of the 20th century. Correlation with other paleoenvironmental
records show that there was a regional trend to drier climates during the LIA in central Mexico.
Key Words:
central Mexico, diatoms, paleolimnology, Little Ice Age.
TIP Rev.Esp.Cienc.Quím.Biol.
98
Vol. 18, No. 2
os lagos de alta montaña se defnen por localizarse
por encima de la línea de crecimiento de la vegetación
arbórea, a altitudes en las que la temperatura media de
verano es menor a los 10°C. Debido a su ubicación
I
NTRODUCCIÓN
L
geográfca, en la cima de las altas montañas, sus climas son Fríos
y sus principales aportes de agua provienen de la atmósfera,
ya sea directamente como precipitación o indirectamente
como deshielo. Esto les confere características limnológicas
particulares, ya que en general son lagos de aguas frías, saturadas
de oxígeno, poco mineralizadas, de moderada alcalinidad y con
un bajo contenido de nutrientes (oligotrófcos). En relación a
estas características son ecosistemas sensibles a la perturbación
ya sea por causas naturales o antropogénicas. Además, el estudio
de estas perturbaciones es más directo en este tipo de lagos, ya
que no están afectados por respuestas complejas del suelo y la
vegetación ni por alteraciones asociadas con la presencia del
hombre. Sin embargo, en la actualidad, están amenazados por
el calentamiento global, que puede alterar las condiciones de
temperatura reinantes en su entorno y con ello modifcar sus
características físicas, químicas y biológicas. Las diferencias
en temperatura entre periodos cálidos y fríos pueden afectar
fuertemente la duración de la cubierta de hielo o nieve
1
y los
niveles de agua, modifcando la química del agua del lago, la
duración del periodo de crecimiento y la composición de la
±ora y Fauna. Es por ello que son lugares idóneos para estudios
limnológicos y paleolimnológicos, encaminados a comprender
las reacciones de los ecosistemas a la perturbación natural y/o
antropogénica
2,3
.
En México sólo existen dos lagos de alta montaña (por
arriba de los 3,800 m snm): La Luna y El Sol, ambos dentro
del cráter del volcán Nevado de Toluca (²igura 1). En este
artículo presentamos datos de química del agua y distribución
de diatomeas en ambos lagos en la actualidad, así como datos
de susceptibilidad magnética y bioindicadores (diatomeas y
cladóceros) analizados en una secuencia sedimentaria de La Luna
que abarca los últimos 800 años y que permite documentar las
variaciones que este lago ha experimentado como consecuencia
del cambio climático natural durante este tiempo, en particular
durante la anomalía climática fría conocida como la Pequeña
Edad de Hielo (PEH).
Figura 1. Mapas de localización. 1a) Localización del Nevado de Toluca y de los demás registros mencionados en el texto. 1b)
Localización de los lagos La Luna y El Sol dentro del cráter del Nevado de Toluca, centro de México.
Cuna, E.
et al.
: Historia ambiental de un lago alpino en México
99
diciembre, 2015
D
ESCRIPCIÓN
DEL
SITIO
El volcán Nevado de Toluca (19°07´N y 99°45’O) o Xinantecatl
(“
El hombre desnudo
”, en náhuatl), es uno de los cuatro volcanes
más altos del país (4,680 m s.n.m.). Es un estratovolcán de
composición andesítica-dacítica
4
que tiene un cráter en su
cima dentro del cual se ubican dos lagos (4,200 m s.n.m.); La
Luna y El Sol, separados por un pequeño montículo rocoso
conocido como el Ombligo (Fig. 1). La cima del Nevado
de Toluca tiene un clima frío de montaña (ETH
5
) con una
temperatura media anual de 3.8°C, precipitación anual de
1,213 mm y evaporación anual de 825 mm (Estación 15,062,
Servicio Meteorológico Nacional). La temperatura media
del mes más cálido (abril-mayo) es de 5ºC. La precipitación
está concentrada entre mayo a septiembre; durante los meses
más fríos (diciembre a febrero) hay precipitación en forma de
nieve y en marzo, cuando la temperatura asciende, se da el
derretimiento de la nieve (Fig. 2). La vegetación dominante
dentro del cráter es el pastizal alpino con pastos como
Festuca
tolucensis, F. hepraestophila
y
Calamagrostis tolucensis
6
. En las
faldas del volcán existen manchones de bosque de pino-encino,
de pino, de oyamel y bosque tropical caducifolio.
Las aguas de ambos lagos son frías (<10°C), llegando
en ocasiones a formarse una delgada capa de hielo en su
super±cie durante el invierno. Ambos lagos son permanentes
y relativamente someros (< 15 m), con un régimen de mezcla
polimíctico cálido y aguas claras, ácidas, poco mineralizadas
y de muy baja reserva alcalina
7-9
.
La biodiversidad de estos lagos ha sido estudiada por diversos
autores. Dentro del ±toplancton se han reportado diversas
especies de dino²agelados (
Peridinium spp.
), clorofíceas
(
Botryococcus braunii, Closterium
spp.), crisofíceas (
Dinobryon
spp.),
diatomeas (
Cymbella
sp.,
Melosira
sp.) y cianoprocariotas
(
Oscillatoria)
10-12
. La comunidad bentónica incluye a las
macro±tas
Elatine brachysperma, Eleocharis
sp
.;
y al alga
Nitella gracilis
var.
intermedia
.
La biomasa ±toplanctónica en La Luna es signi±cativamente
menor que en El Sol
9
y esta tendencia también se registra en
el zooplancton
8
, esta situación de mayor biomasa en El Sol
comparado con La Luna ha sido asociada con los valores más
bajos de pH en La Luna
8,9
.
En cuanto al zooplancton, se han reportado más de 35 especies
de rotíferos, 7 cladóceros y 2 copépodos
8,13-15
de las cuales dos
especies de cladóceros son posiblemente endémicas de estos
lagos:
Ilyocryptus nevadensis
y
Alona manueli
. En el bentos
se han reportado cuatro oligoquetos (
Limnodrilus hoffmeisteri,
Tubifex tubifex, Lumbriculus variegatus y Nais pardalis
), un
bivalvo (
Pisidium casertanum
), un hidrozoario (
Hydra vulgaris
)
y dos quironómidos (
Pagastia
sp. y
Tanytarsus
sp.)
16
. El único
vertebrado acuático presente en El Sol es la trucha arcoíris
(
Oncorhynkus mykiss
) que fue introducida arti±cialmente en
estos lagos; en la Luna actualmente no hay peces.
M
ATERIALES
Y
MÉTODOS
Para el estudio de las características limnológicas de La Luna y
El Sol se realizaron mediciones en campo de pH, temperatura
y conductividad eléctrica con una sonda multiparamétrica
(Hydrolab Quanta) en mayo, agosto y noviembre del año 2010.
Para el estudio de las asociaciones modernas de diatomeas en
los dos lagos se recuperaron sedimentos super±ciales (2 cm
superiores) de cada uno de ellos mediante el uso de una draga
en 1991 (marzo) y en los tres muestreos realizados en el año
2010
17,18
.
Para el estudio paleoambiental en el año 2003 se colectó un
núcleo corto de sedimentos (57 cm) de la parte central del
lago La Luna usando un nucleador de gravedad. El núcleo fue
Figura 2. Precipitación, evaporación y temperatura medias
mensuales y anuales para la zona de estudio (Estación 15,062,
Servicio Meteorológico Nacional, http://smn.cna.gob.mx/).
extraído en un tubo de PVC y transportado al laboratorio
donde fue cortado en mitades longitudinales, fotogra±ado,
descrito (color, textura, etc.) y muestreado. Las muestras
para fechamiento por
210
Pb, análisis de bioindicadores
(diatomeas y cladóceros) fueron tomados cada 1 cm. Las
mediciones de susceptibilidad magnética fueron realizadas
cada 2 cm usando un sensor anular magnético Bartington
MS2C con un diámetro interno de 10 cm. La muestra de
la parte más baja del núcleo (56 cm) fue enviada a un
laboratorio comercial (Beta Analytic) para ser fechada
por radiocarbono (
14
C). Los detalles metodológicos del
fechamiento por
210
Pb se han publicado previamente
17-19
.
La taxonomía de diatomeas se realizó en su mayoría
siguiendo a Kramer & Lange Bertalot
20
. Se identi±caron
valvas teratológicas (deformes), que fueron contadas
por separado. Los remanentes de cladóceros (cabezas,
caparazones, postabdómenes, garras postabdominales
y e±pios) fueron contados, pero las garras y e±pios del
TIP Rev.Esp.Cienc.Quím.Biol.
100
Vol. 18, No. 2
grupo
Daphnia longispina
fueron contados separadamente. La
identifcación de remanentes de cladóceros estuvo basada en
Sinev & Zawiza
14,15,21,22
.
Los datos de diatomeas y cladóceros son presentados como
abundancias relativas (%) (Fig. 3). Las gráfcas ±ueron realizadas
usando el programa TGView 2.0.2
23
.
R
ESULTADOS
Y
D
ISCUSIÓN
Datos limnológicos
Los datos promedio de los tres muestreos del año 2010 para
temperatura, pH y conductividad eléctrica para cada lago son
presentados en la Tabla I, donde se pueden contrastar con datos
similares del año 2000
9
. Los datos de temperatura muestran
que ambos lagos tienen aguas ±rías (<10°C), aunque los datos
del año 2010 son aproximadamente 1 °C superiores a los del
año 2000, ésto sin embargo puede ser un sesgo por el tipo de
muestreo, ya que en el año 2010 no se incluyeron muestreos
durante el invierno. El pH de La Luna es consistentemente
menor que el de El Sol en ambos años (por 0.8 y 1.0 unidades
respectivamente), sin embargo el pH promedio de ambos lagos
muestra un incremento de alrededor de 1.5 unidades entre los
años 2000 y 2010, aunque esto también puede ser un sesgo
del muestreo, los valores registrados en el 2010, sobretodo en
mayo y agosto, estuvieron por arriba de los rangos reportados
en el año 2000. La conductividad eléctrica de ambos lagos
±ue baja (<100 µS/cm), como es característico en lagos poco
mineralizados, siendo menor en La Luna con respecto a El
Sol. Esta di±erencia es muy pequeña en 2000 (2 unidades) y se
incrementa en 40 unidades en el año 2010, lo que sugiere que
es este lago el que está experimentando un cambio más intenso
en sus características limnológicas.
Debido a las diferencias en los muestreos entre los años 2000 y
2010 y a la baja mineralización de estos lagos, es difícil evaluar
si los cambios detectados, sobretodo en pH y conductividad
eléctrica, son signifcativos, pero sin duda sugieren que los lagos
del Nevado de Toluca pueden estar reaccionando a las presiones
ambientales a las que están expuestos y resaltan la importancia
de continuar monitoreando estos lagos y mantener o incrementar
las medidas que protegen a estos delicados ecosistemas. Un
aumento en el pH de estos lagos es consistente con un escenario
de calentamiento global, ya que se ha observado que en este tipo
de lagos de montaña, la temperatura es un control importante del
pH, observándose valores más altos asociados con la tendencia
moderna al calentamiento
24,25
.
Diatomeas en sedimentos superfciales de La Luna
y El Sol
En la Tabla II se presentan los datos de las especies más
abundantes (>10%), la concentración total y la riqueza de
especies en los sedimentos superfciales de los lagos La Luna
y El Sol en los tres años de estudio (1991, 2003 y 2010), que
en total abarcan un rango de 19 años. La riqueza de especies
Figura 3. Litología, cronología, diatomeas, cladóceros y susceptibilidad magnética de la secuencia estratigráfca de La Luna,
Nevado de Toluca, México.
Cuna, E.
et al.
: Historia ambiental de un lago alpino en México
101
diciembre, 2015
fue siempre menor (aproximadamente la mitad) en La Luna
con respecto a El Sol, lo mismo ocurrió con la concentración
de diatomeas. Esta última variable muestra, sin embargo, un
incremento notorio en El Sol durante los muestreos del año
2003 y sobre todo en el 2010 con respecto al valor registrado en
el año 1991. La menor riqueza de especies y concentración de
diatomeas en La Luna es consistente con los reportes de otros
grupos biológicos que han encontrado tendencias similares entre
ambos lagos
9
, el aumento en la productividad de diatomeas en El
Sol después del año 2003 sugiere un aumento en la productividad
de este lago y parece correlacionarse con el incremento en
conductividad eléctrica discutido con anterioridad.
En cuanto a la composición de especies, a pesar de la cercanía
entre ambos lagos el conjunto de especies de diatomeas
dominante en cada lago es diferente; en La Luna las especies
más abundantes (>10%) fueron
Encyonema perpusillum
(Cleve-
Euler) Mann,
Psammothidium helveticum
(Hust.) Bukhtiyarova
& Round
,
y una especie posiblemente endémica identiFcada
como
Navicula
NTA
(Caballero, 1995),
la cual muestra una
reducción en su abundancia en los años 2003 y 2010 comparado
con el año 1991. Estas especies están adaptadas a vivir en los
ambientes más diluidos, ácidos y oligotróFcos que dominan
actualmente en La Luna comparada con El Sol (Tabla I). El
menor pH de la Luna, parece ser un factor limitante para algunas
especies
17
, lo que contribuye a su menor riqueza especíFca. La
reducción en la abundancia de una de estas especies acidóFlas,
Navicula
NTA, en los muestreos de los años 2003 y 2010 es
sin embargo, un signo que debe de tomarse en cuenta, ya que
correlaciona con la tendencia hacia un aumento en el pH de
este lago.
En El Sol las especies más abundantes fueron
Cavinula
pseudoscutiformis
(Hust.) Mann y Stickle,
Psammothidium
levanderi
(Hustedt) Bukhtiyarova & Round,
Aulacoseira distans
(Ehrenberg) Simonsen,
Encyonema gracile
Kichner, otra especie
posiblemente endémica identiFcada como
Navicula
NTB
(Caballero, 1995) y
Pseudostaurosira brevistriata
(Grunow)
La Luna
El Sol
Fuente
Parámetros físico-químicos
Área (ha)
3.1
23.7
1
Profundidad máxima (m)
10
15
1
Profundidad media (m)
5.0
6.0
1
Temperatura media (°C)
8.5±1.7
8.5±1.9
1
Temperatura media (°C)
9.4±1.9
9.7±1.3
3
pH medio
4.7±0.3
5.5±0.4
1
pH medio
6.2±0.5
7.2±0.7
3
Cond. Eléctrica (µS/cm)
14±1
16±1
1
Cond. Eléctrica (µS/cm)
9.5±0.5
59±1.8
3
Alcalinidad total (mg/l CaCO
3
)
5
5
2
Parámetros trófcos
Transparencia (m)
7.7±1.5
4.6±1.1
1
CloroFla (µg/l)
0.33±0.26
0.58±0.32
1
DIN (µmol/l)
25.63±2.75
7.61±4.06
1
P-PO
4
(µmol/l)
0.13±0.13
0.15±0.11
1
Si-SiO
4
(µmol/l)
0.62±1.08
2.5±2.22
1
Tabla I. Parámetros físico-químicos y tróFcos en los lagos La Luna y El Sol, Nevado de Toluca, México. ±uentes: 1. Alcocer
et al
.,
2004
9
y Dimas-Flores
et al.
2008
8
(valores promedio de 13 muestreos mensuales en los años 2000-2001); 2. Armienta
et al
2008
7
(muestreo único en mayo del 2003), y 3. Datos de este estudio (valores promedio de tres muestreos en el año 2010).
TIP Rev.Esp.Cienc.Quím.Biol.
102
Vol. 18, No. 2
Williams & Round
.
Este conjunto de especies, prácticamente
ausentes en La Luna, se consideran como características de las
condiciones de menor dilución y mayor pH y nivel de nutrientes
en El Sol comparado con La Luna (Tabla I). En El Sol es
notorio, sin embargo, una disminución en la abundancia de
C.
pseudoscutiformis
en el año 2010 y un incremento en abundancia
de
P. brevistriata
en el 2003, una especie que no se registró en
el año 1991. Estos cambios, si se consideran en conjunto de
las evidencias hacia una mayor productividad de diatomeas en
este lago, la disminución de una de las especies acidóflas en
La Luna, y los indicios hacia un aumento en el pH del agua
de estos lagos, representan focos rojos que nos alertan, ya que
pueden representar como se mencionó las primeras reacciones
en ellos a las presiones ambientales modernas.
Interpretación paleoambiental de la secuencia
sedimentaria de La Luna
La secuencia de sedimentos del lago La Luna fue homogénea
en color (caFé grisáceo) y textura (limo-arcillosa), con
presencia de fragmentos líticos superiores a 2 mm de
diámetro salvo en los intervalos entre 31-26 cm y 22-17 cm. El
fechamiento por
210
Pb permite estimar una tasa de acumulación
media para los primeros 14 cm de la secuencia de 0.14 ± 0.02
cm/año, y una edad de 97 ± 7 años para esa profundidad
18
. La
edad convencional de radiocarbono para la base de la secuencia
(56 cm) Fueron 800 ± 40 años AP (Beta-195349), que después
de la calibración
26
corresponde con el año 1230 +20/-40 dC,
indicando que el registro cubre la totalidad de la anomalía
climática fría conocida como la Pequeña Edad de Hielo (PEH,
1350 a 1850 dC). Con base en los datos de
210
Pb y
14
C, se estima
una tasa de acumulación media de 0.06 cm / año para la sección
entre 14 y 56 cm. Usando estas tasas de acumulación se genera
un modelo de edad para la secuencia que permite estimar que el
intervalo de muestreo de 1 cm tiene en promedio una resolución
temporal de 7 años en la parte superior (0 a 14 cm) y de 16 años
en el resto de la secuencia.
La susceptibilidad magnética (SM) presentó valores dentro del
rango 12.8 a 45.8 SI, con los valores más bajos (<16 SI) entre
32 y 28 cm y los valores más altos (>40 SI) entre 54 y 47 cm
(²ig. 3). En esta cuenca, caracterizada por un bajo desarrollo
de suelos y escasa vegetación, la SM puede ser directamente
correlacionada con la precipitación, ya que es un valor que
depende de la concentración de minerales magnéticos en el
sedimento que han sido transportados al lago desde la cuenca
de drenaje por la escorrentía superfcial.
El análisis de diatomeas arrojó un total de 54 especies
identifcadas, repartidas en 24 géneros. Las más abundantes
(>10%) Fueron:
Encyonema perpusillum
,
Psammothidium
helveticum
,
Navicula
NTA,
Cavinula pseudoscutiformis
,
Pinnularia microstauron
(Ehrenb.) Cleve, y
Aulacoseira
distans
. Los resultados del estudio de sedimentos superfciales
indican que las tres primeras especies son características de la
³ora de diatomeas en La Luna, e indican condiciones de pH
más bajo (<6), mientras que
C. pseudoscutiformis
y
A. distans
son especies características de El Sol, indicando condiciones
de un pH más elevado (>6). También se registró la presencia
Luna-1991
Luna-2003
Luna-2010
Sol-1991
Sol-2003
Sol-2010
Encyonema perpusillum
37
70
65
5
5
0
Psammothidium helveticum
18
19
16
2
1
0
Navicula
NTA
33
1
7
1
0
1
Cavinula pseudoscutiformis
0
0
0
28
23
7
Psammothidium levanderi
5
0
0
23
19
38
Aulacoseira distans
0
0
1
12
12
13
Encyonema gracile
0
0
0
10
4
12
Navicula
NTB
0
0
0
4
10
8
Pseudostaurosira brevistriata
0
0
0
0
12
4
Concentración (x10
6
v/gss)
146
401
226
362
563
2360
Riqueza de especies
7
6
8
13
15
19
Tabla II. Abundancias relativas (%) de las especies de diatomeas más abundantes (>10%) en los sedimentos superfciales de
los lagos La Luna y El Sol, Nevado de Toluca, México.
Cuna, E.
et al.
: Historia ambiental de un lago alpino en México
103
diciembre, 2015
de valvas teratológicas de
E. perpusillum
que son consideradas
indicadoras de estrés ambiental posiblemente relacionado con
altos niveles de radiación ultra-violeta (UV)
27
.
En el análisis de cladóceros se identifcaron cinco especies
distribuidas en tres familias (Chydoridae, Ilyocryptidae,
Daphniidae) (Fig. 3):
Alona manueli
Sinev & Zawisza,
Alonella
pulchella
Herrick,
Chydorus
cf.
sphaericus
Müller,
Ilyocryptus
nevadensis
Cervantes-Martínez, Gutiérrez-Aguirre y Elías-
Gutierrez y el grupo
Daphnia longispina
Müller. Las especies
litorales endémicas,
A. manueli
e
I. nevadensis
, junto con la
planctónica
D. longispina
, son los taxones dominantes en el
lago La Luna moderno, por lo tanto tolerantes a concentraciones
bajas de nutrientes y valores bajos de pH (<6) que prevalecen
en este lago en la actualidad
19
.
Chydorus
cf.
sphaericus
también está presente en el lago moderno La Luna, pero en
números muy bajos; esta especie es tolerante a condiciones
climáticas desfavorables, especialmente aguas frías y un
estado trófco bajo
28,29
. También se registró la presencia de
efpios del grupo
Daphnia
longispina
, estas estructuras de
resistencia se consideran indicadores de condiciones climáticas
desfavorables, como son inviernos más largos y fríos
22
.
Historia ambiental del lago La Luna
La distribución vertical a lo largo de la secuencia sedimentaria
de los valores de SM, abundancia de diatomeas y cladóceros
permiten reconstruir la historia ambiental de este lago en 5
etapas (Fig. 3):
Etapa 1, años 1230 a 1360 dC (57 a 48 cm): Los valores de SM
son altos y los ensamblajes de diatomeas y de cladóceros son
muy similares a los que caracterizan actualmente a La Luna,
dentro de las diatomeas
Encyonema perpusillum
,
Navicula
NTA y
Psammothidium helveticum
y dentro de los cladóceros
Alona manueli
e
Ilyocryptus nevadensis
. Lo anterior indica que
durante esta etapa el lago La Luna era un lago muy similar al
actual, lo que demuestra que es naturalmente ácido, con baja
mineralización y bajo nivel de nutrientes.
Etapa 2, años 1360 a 1660 dC (48 a 29 cm): Los valores de
SM presentan una disminución gradual lo que sugiere una
disminución del nivel lacustre durante esta etapa. A partir del
año 1510 se registra un aumento en las diatomeas de
Aulacoseira
distans
y en los cladóceros de
Chydorus
cf.
sphaericus,
ambas
especies se consideran indicadoras de condiciones climáticas
más frías. En conjunto esta zona sugiere que a partir del año
1360 se inicia una tendencia hacia climas más secos y fríos que
coinciden con el inicio de la anomalía climática fría conocida
como la Pequeña Edad de Hielo.
Etapa 3, años 1660 a 1760 dC (29 a 24 cm): Se presenta un
cambio importante en el conjunto de cladóceros, ya que se
registran los valores máximos en la abundancia de
Chydorus
cf.
sphaericus
y de efpios, sugiriendo la existencia de condiciones
muy frías en este intervalo
19
. Por otra parte la SM presenta sus
valores más bajos, indicando el nivel lacustre más bajo del
registro. Estas condiciones de clima frío y relativamente seco
corresponden con el mínimo de Maunder (años 1645 a 1715),
que es una etapa de baja actividad solar que ha sido asociada
con los climas fríos de la PEH. Bajo este escenario durante esta
etapa es posible que La Luna pudiera haber presentado una
cobertura de hielo estacional, similar a la delgada cobertura de
hielo que fue observada durante marzo del año 2010, cuando
se presentó un invierno particularmente frío.
Etapa 4, años 1760 a 1910 dC (24 a 14 cm): La abundancia de
Aulacoseira distans
,
Chydorus
cf.
sphaericus
y de efpios se
reduce en esta etapa, sugiriendo que las condiciones climáticas
ya no son tan frías comparadas con la etapa anterior. La SM
inicia una tendencia hacia valores más altos, sugiriendo que los
climas tampoco son tan secos como en la etapa anterior, aunque
todavía más secos y fríos que en la actualidad. En esta zona el
conjunto de diatomeas muestra un cambio importante,
Cavinula
pseudoscutiformis
y
Pinnularia microstauron
alcanzan sus
abundancias máximas, indicando un incremento en el pH del
lago. Es posible que la tendencia hacia climas menos fríos esté
asociada con este cambio de pH, pues en este tipo de lagos de
montaña, la temperatura es un control importante del pH
24,25
. En
diversos lagos alpinos la tendencia moderna al calentamiento
se ha relacionado con tendencias hacia valores más altos de
pH y es probable que ésta sea una situación similar a la que
experimentó La Luna hacia el fnal de la PEH y posiblemente
pueda estar experimentando en la actualidad.
Etapa 5, años 1910 a 2010 (14 a 0 cm): En esta etapa tanto el
conjunto de diatomeas como el de cladóceros vuelven a estar
compuestos por las especies que caracterizan actualmente
a La Luna, indicando el establecimiento de las condiciones
modernas del lago. Por otro lado la SM regresa a valores altos,
lo que indica el fnal de los climas secos y ±ríos de la PEH.
Hacia la cima del núcleo (años 1940 ó 1950) se registra una
desaparición temporal del cladócero
Daphnia longispina
, que
pudiera ser explicada por un intento fallido de introducir la
trucha arcoíris en este lago a mediados del siglo XX, cuando
las políticas gubernamentales promovieron la introducción de
peces en varios cuerpos de agua considerados infértiles en el
centro de México, incluido el lago de El Sol.
Contexto Paleoclimático
La PEH (1350-1850 dC.) representa una de las oscilaciones
climáticas mejor documentadas para la región del Atlántico del
Norte
30
y el enfriamiento ocurrido durante esta etapa ha sido
relacionado con los mínimos de actividad solar conocidos como
mínimo de Spörer (años 1450 a 1540) y mínimo de Maunder
(años 1645 a 1715)
31,32
. En México, la PEH se ha asociado con
decrementos en la temperatura de 1.5 - 2°C
32,33
y con avances
de los glaciares de montaña en el rango de 250 m, si bien
estos todavía no han sido fechados con precisión, los datos de
TIP Rev.Esp.Cienc.Quím.Biol.
104
Vol. 18, No. 2
La Luna sugieren que esto pudo ocurrir entre los años 1660 y
1760, cuando se registran los climas más fríos.
Registros históricos de México documentan a la PEH como
una serie de eventos recurrentes de sequías entre los siglos XIV
y XIX
34-37
, sin embargo, en nuestro país hay pocos registros
paleoclimáticos (históricos o geológicos) que cubran con
buena resolución temporal el periodo completo de la PEH y
que permitan tener una perspectiva clara del efecto que tuvo
esta anomalía climática en el centro de México, el registro
de La Luna aporta datos valiosos dentro de este contexto. A
continuación se compararán los datos del registro de La Luna
con los cinco registros geológicos paleoclimáticos en México
(Fig 1a) que abarcan la totalidad de la PEH con el objetivo de
generar una visión regional sobre las características ambientales
en el centro de México durante esta etapa. Los registros que se
discutirán incluyen a el lago Santa María del Oro, Nayarit
38
; el
lago Juanacatlán, Jalisco
39
; el registro dendrocronológico de la
barranca de Amealco, Querétaro
40
; el estudio de una estalagmita
en la cueva de Juxtlahuaca, Guerrero
41
; el Lago Verde, Los
Tuxtlas, Veracruz
32
y la Aguada X´Caamal, en Yucatán
42
.
En La Luna se identifca el comienzo de la PEH hacia el año
1360, como un periodo de condiciones más secas que se extiende
hasta el año 1910. En la mayoría de los registros paleoclimáticos
previamente mencionados el inicio de la PEH es también
registrado como un evento de condiciones más secas entre los
años 1365 y 1400, en la cueva de Juxtlahuaca
34
, esta tendencia
se presenta retrasada y su inicio se registra hacia el año 1500.
Sólo en el Lago Verde
29
, el sitio con el balance hidrológico más
alto (más húmedo) y por lo tanto menos propenso a registrar
una sequía, la PEH es registrada como una fase de mayor
profundidad del lago, con las fases más profundas asociadas
a los mínimos solares de Spörer y Maunder. En Aguada
X´Caamal
35
las condiciones de sequía se extienden a lo largo
de toda la PEH, en un patrón muy similar al de La Luna. En
los demás sitios el evento de sequía al inicio de la PEH es de
corta duración pero se presentan otros eventos de sequía, en
particular la mayoría de los registros coincide en un evento de
sequía entre 1650 y 1780, coincidiendo con el momento en el
que en La Luna se registran las condiciones más frías (1660 a
1760). Este intervalo corresponde con el mínimo de Maunder,
durante el cual se estima que ocurrieron las temperaturas más
frías del hemisferio norte durante el último milenio
43,44
.
Las condiciones climáticas secas en México durante la PEH
han sido explicadas por una posición más austral de la zona
de convergencia intertropical (ZCIT)
42
y por la prevalencia de
condiciones tipo El Niño
30,41
. Ambos mecanismos climáticos
reducen la precipitación de verano sobre la mayor parte de
México. El registro de Lago Verde sugiere, sin embargo
que los ±rentes polares (nortes), que traen precipitación de
invierno, fueron más frecuentes durante la PEH generando una
distribución de la precipitación más homogénea a lo largo del
año
32,45
. Este factor, aunado a la baja evaporación debido a su
elevada altitud, fue importante para La Luna, y permitió que
este lago relativamente somero (10 m) permaneciera como
un cuerpo de agua permanente aún durante el episodio más
seco de la PEH.
Las lluvias de invierno asociadas con los nortes pudieron
haber sido un control importante de las condiciones de sequía
hacia el fnal de la PEH, cuando condiciones menos ±rías pero
relativamente secas persistieron en La Luna. Es posible que
durante esta etapa los inviernos menos fríos también fueran
menos húmedos y estuvieran asociados a condiciones de sequía
más intensas en primavera. Los registros históricos mencionan
diversas sequías entre 1760 y 1910, hacia el fnal de la PEH
y correlacionan con reportes de baja precipitación en invierno
y temporadas de lluvias cortas; éstas son las condiciones que
precedieron a las guerras de Independencia (1810-1821) y de
la Revolución (1910-1924)
34,35,46,47
.
C
ONCLUSIONES
Este trabajo confrma que ambos lagos tienen aguas ácidas
(pH medio < 7), ±rías (<10°C) y con baja mineralización (CE
<100
µS/cm), siendo La Luna un lago más diluido y más ácido
que El Sol. Estas características ambientales diferenciales entre
ambos lagos se re²ejan en una ²ora de diatomeas característica
de cada uno de ellos. En particular las condiciones de mayor
acidez de La Luna están asociadas con una menor riqueza de
especies, menor productividad y un conjunto característico de
diatomeas que se pueden defnir como acidóflas, dominado
por las especies
Encyonema perpusillum
,
Psammothidium
helveticum
y
Navicula
NTA. Por su parte El Sol tiene un conjunto
de diatomeas dominado por
Cavinula pseudoscutiformis
,
Psammothidium levanderi
,
Aulacoseira distans
,
Encyonema
gracile
y
Navicula
NTB. Estas especies (acidobiontes) parecen
estar restringidas por los pH más bajos (<6) de La Luna, ya que
están prácticamente ausentes en este lago.
Comparando los datos de las variables hidroquímicas medidas
(temperatura, pH y conductividad eléctrica), con 10 años de
separación (2000
vs
. 2010) se observa una relativa estabilidad
en estos lagos, pues sus características no presentan cambios
drásticos. Se detectan, sin embargo, algunas tendencias que
requerirán confrmación por trabajos posteriores, pero que
son consistentes con los datos de diatomeas en sedimentos,
hacia valores de pH más altos en ambos lagos y en El Sol,
hacia valores más altos de conductividad eléctrica. Estas
tendencias son consistentes con los cambios detectados en
los conjuntos de diatomeas en sedimentos superfciales,
donde se observa que en el intervalo de 19 años (1991, 2003
y 2010), ha habido una disminución en la abundancia de
una de las especies acidóflas características de La Luna y
posiblemente endémica de este lago (
Navicula
NTA). En El
Sol se registra un aumento notable en la concentración de
diatomeas en el sedimento y una disminución en una de sus
Cuna, E.
et al.
: Historia ambiental de un lago alpino en México
105
diciembre, 2015
especies características (
C
.
pseudoscutiformis
), mientras que
una especie de reproducción rápida, como
Pseudostaurosira
brevistriata
se integra al conjunto de diatomeas.
Un aumento en el pH de estos lagos es consistente con un
escenario de calentamiento global, ya que son las tendencias
que se han observado en este tipo de lagos de montaña en otras
regiones del mundo. De esta manera este trabajo demuestra
que el lago La Luna es un lago naturalmente ácido, ya que
ésta ha sido su condición dominante a lo largo de los últimos
800 años. Por otro lado es factible que los estresores modernos
asociados al cambio global favorezcan un incremento en su
pH, una situación que ya ocurrió anteriormente en este lago,
al fnal de la PEH.
El registro sedimentario de La Luna es un registro de alta
resolución (decadal) que permite identifcar el eFecto ambiental
que tuvo la PEH en este lago y, mediante comparaciones con otros
registros, en el centro de México. En esta región se identifca a
la PEH como una etapa de climas secos y fríos iniciando entre
los años 1350 y 1510 y extendiéndose hasta el año 1910. El
registro de La Luna identifca a la etapa más Fría y seca entre
los años 1660 y 1760, asociada con el mínimo de Maunder. La
etapa fnal de la PEH, entre los años 1760 y 1910, representa
un momento especial en la historia de este lago, ya que es el
único momento en que su pH fue menos ácido y los conjuntos
de diatomeas fueron diferentes de los actuales.
El presente trabajo destaca el valor de los lagos del Nevado de
Toluca como centinelas del cambio ambiental tanto pasado como
presente y futuro, y la importancia de continuar protegiendo y
estudiando estos ecosistemas tan sensibles, que se encuentran
amenazados por las presiones ambientales asociadas al cambio
global.
A
GRADECIMIENTOS
A la Comisión Estatal de Parques Naturales y de la Fauna
(CEPANA±), Secretaría de Ecología, Gobierno del Estado
de México, por el permiso para realizar los muestreos en
el Nevado de Toluca y a Luis Miguel Mandujano Álvarez,
director del Parque Nacional Nevado de Toluca. A Alejandro
Rodríguez por su apoyo en la recuperación de la secuencia
sedimentaria. Este trabajo es parte de la tesis doctoral de Estela
Cuna, quien agradece el apoyo brindado por el Posgrado de
Ciencias Biológicas, UNAM y la beca doctoral otorgada por el
CONACyT. Al proyecto PINC-UNAM ‘‘Los lagos del Nevado
de Toluca, México: centinelas para la detección y análisis del
cambio global’’.
R
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