A continuación se presenta un resumen de alguna información elemental relacionada con la limnología y el manejo de los lagos que es importante conocer para entender los lagos y el panorama general del manejo de los mismos. Para una información más detallada, por favor visite la librería de la NALMS, que tiene numerosas publicaciones sobre limnología general y temas relacionados con los lagos.
Tipos de cuenca
Los eventos que ocurrieron en o bajo la superficie de la Tierra hace miles de años formaron muchos de nuestros lagos. Como resultado, los lagos suelen concentrarse en zonas que tienen un gran número de masas de agua. La mayoría de los lagos se encuentran en el hemisferio norte, donde grandes áreas estaban cubiertas por enormes formaciones de hielo. A escala de la vida humana, los lagos parecen ser características permanentes de nuestro paisaje, pero en realidad sólo son geológicamente temporales. Se crean, maduran (se rellenan) y acaban desapareciendo.
El origen de las cuencas lacustres y sus características reflejan, en última instancia, los acontecimientos físicos, químicos y biológicos que tienen lugar en la zona que las rodea. Estos acontecimientos desempeñan un papel importante en la forma en que el lago responde a las actividades circundantes.
Los lagos glaciares: Con mucho, los agentes más importantes en la formación de los lagos son los efectos catastróficos de los movimientos de hielo glacial que se produjeron hace entre 10.000 y 12.000 años. Se crearon gigantescas capas de hielo y nieve en climas donde la nieve cae pero no se derrite. Los glaciares cubrían un área desde el Océano Atlántico hasta las Montañas Rocosas con hielo de más de una milla de altura. Aunque estos glaciares acabaron derritiéndose, el diez por ciento de la tierra está actualmente cubierta de glaciares. Algunos de estos glaciares todavía pueden verse en las zonas montañosas de Estados Unidos y Canadá.
Cuando un glaciar se desplaza de un lado a otro de la tierra, raspando las cimas de las colinas y los acantilados y llevándose rocas, se forman lagos. El material recogido por el glaciar es posteriormente arrojado en otros lugares. Este movimiento de ida y vuelta y de parada de los glaciares altera permanentemente el paisaje. Este movimiento crea varias formas terrestres importantes. Cuando el glaciar se detiene, deja tras de sí montones de rocas y materiales que arrastró a lo largo del tiempo, llamados morrenas. Éstas represan los ríos y arroyos más pequeños para formar lagos. A veces, enormes bloques de hielo se desprenden y quedan cubiertos por arena y grava. Cuando el hielo se derrite, la arena y la grava se derrumban, dejando un gran agujero. Estas calderas pueden formar grandes pantanos o lagos. Al derretirse la gran masa de hielo, se forman ríos debajo de los glaciares.
Los lagos de solución: Los lagos pueden formarse cuando los depósitos subterráneos de rocas solubles son disueltos por el agua que corre por la zona, haciendo una depresión en el suelo. Las formaciones rocosas hechas de cloruro de sodio (sal), o de carbonato de calcio (piedra caliza), son las más propensas a ser disueltas por las aguas ácidas. Una vez que las aguas subterráneas han disuelto las rocas bajo la superficie, la parte superior del terreno se hunde, formando normalmente un lago de forma redonda, llamado lago de solución. Normalmente, las depresiones son lo suficientemente profundas como para extenderse por debajo del nivel freático y están permanentemente llenas de agua. Los lagos de solución son comunes en Michigan, Indiana, Kentucky y, sobre todo, en Florida.
Los lagos de arco iris: El flujo de agua de los ríos tiene una gran energía y fuerza erosiva que puede crear cuencas lacustres. A medida que un río serpentea sobre la superficie terrestre, se produce una mayor cantidad de erosión en la curva exterior del río, donde el flujo de agua es más rápido. Los materiales arrastrados por el río se depositan en la parte interior del recodo, donde las corrientes son menores. A medida que pasa el tiempo, la erosión continúa y se van depositando más materiales hasta que se cierra el meandro del río en forma de U. El curso principal del río corta un nuevo canal hacia el extremo interior del meandro. Los lagos en codo suelen tener la forma de la letra C.
Los lagos creados por el hombre o por los animales: Muchos pequeños lagos de Norteamérica se han formado por las actividades del castor americano. Se utilizan palos, plantas acuáticas y barro para construir presas a través de pequeños arroyos para formar un embalse de agua. Estos estanques suelen ser muy poco profundos y son ricos en nutrientes y vida vegetal. Los seres humanos han construido lagos artificiales (embalses) para suministrar agua potable al público, proporcionar energía, ayudar a la navegación, controlar las inundaciones y con fines recreativos. Estos embalses suelen estar bien diseñados por el ser humano para retener una determinada cantidad de agua con el uso de presas.
Los lagos volcánicos: A veces, los acontecimientos desastrosos asociados a la actividad volcánica forman cuencas lacustres. La formación de lagos volcánicos puede ocurrir de diferentes maneras. A medida que el material volcánico, incluido el magma, es descargado fuera del volcán, se forman depresiones o cavidades vacías dentro del volcán. Algunas de estas depresiones no pueden drenar y se convierten en agujeros sellados en la parte superior del volcán. Las lluvias y la escorrentía acaban llenando de agua la depresión y se forma un nuevo lago.
Los lagos que se forman en los cráteres de los volcanes, o lagos de cráter, son más comunes en las zonas sometidas a actividad volcánica. Los lagos formados por el hundimiento del techo de una cámara magmática parcialmente vacía se denominan calderas. Uno de los lagos más espectaculares formados de este modo es el Lago del Cráter, en Oregón. El Lago del Cráter es el séptimo lago más profundo del mundo, con una profundidad máxima de 608 m. Las cuencas volcánicas, como el Lago del Cráter, suelen tener una forma muy redonda. Los flujos de lava procedentes de la actividad volcánica también pueden formar lagos. La lava de la superficie se enfría y se vuelve sólida, mientras que el interior del flujo de lava permanece lo suficientemente caliente como para seguir moviéndose. Finalmente, la superficie de la lava endurecida se derrumba, formando una depresión. Estas depresiones acaban llenándose de agua para formar lagos más pequeños. Las corrientes de lava también fluyen hacia los valles fluviales existentes y se solidifican formando un dique. Esta masa sólida de roca hace retroceder el agua del río hasta formar un nuevo lago.
Lagos de desprendimiento: Las grandes cantidades de materiales que se desprenden de las laderas de los valles escarpados hacia el fondo de los valles fluviales pueden provocar presas que crean nuevos lagos. Estos desprendimientos suelen producirse como consecuencia de fenómenos meteorológicos anómalos, como lluvias excesivas que actúan sobre una ladera inestable. Los diques de desprendimiento pueden ser el resultado de desprendimientos de rocas, flujos de lodo o incluso desprendimientos de hielo. Los diques formados por desprendimientos suelen ser sólo temporales porque pueden ser susceptibles de ser erosionados por la corriente del río o arroyo. Si la presa es muy grande, el lago puede convertirse en permanente.
Lagos tectónicos: Las cuencas tectónicas son depresiones formadas por los movimientos de la corteza terrestre en el subsuelo. Los principales tipos de cuencas tectónicas se forman a partir de las fallas. Una depresión se forma cuando una sección débil de la corteza terrestre se separa, lo que provoca un terremoto. Las precipitaciones y las aguas subterráneas pueden acumularse en esta depresión, formando un lago. Este tipo de cuenca se denomina graben y es el modo de origen de un gran número de los lagos relictos más espectaculares del mundo que contienen un gran número de especies vegetales y animales autóctonas. El lago más profundo del mundo, el lago Baikal en Siberia, se formó gracias a la actividad tectónica. En Estados Unidos, el lago Tahoe, en California y Nevada, se formó por la actividad tectónica.
La formación de un lago y la estructura y forma, o morfología, de la cuenca lacustre afecta al funcionamiento del lago a lo largo de sus etapas vitales. Características como la longitud, la anchura, la profundidad, el área y el volumen del lago son importantes para que la calidad del agua del lago se vea afectada por los cambios en el terreno. A medida que los seres humanos desarrollan el terreno que rodea al lago, alteran los suelos, cambian los árboles por calzadas o tejados y sustituyen la vegetación natural. Estos cambios dan lugar a un mayor flujo de escorrentía superficial y a un aumento de la cantidad de nutrientes que llegan al lago. La estructura del lago dicta cómo reaccionará éste a estos cambios culturales en los terrenos circundantes. Conocer la morfología del lago y cómo se formó son herramientas importantes utilizadas por los científicos para ayudar a proteger nuestros lagos de los contaminantes que pueden deteriorar su salud.
Mezcla y estratificación
La estructura térmica de los lagos ayuda a determinar la productividad y el ciclo de los nutrientes. La estructura térmica de los lagos viene determinada por varios factores. Los lagos reciben la mayor parte de su calor en la superficie del calentamiento solar. Dado que el agua más caliente flota, la columna de agua debe tener un aporte de energía para mezclar ese calor a mayor profundidad, y en la mayoría de los lagos, el viento proporciona esa energía.
Un lago que esté completamente protegido del viento tendrá una capa muy cálida pero poco profunda en la superficie con agua fría debajo. Un lago expuesto a fuertes vientos tendrá una capa superior más fría pero más gruesa sobre el agua más fría. Los lagos más profundos pueden formar una estructura de tres capas que a lo largo del verano consiste en una capa superior cálida (el epilimnion), una capa intermedia de transición (el metalimnion, dentro de la cual el punto de mayor cambio vertical de temperatura se denomina termoclina), y una capa inferior más fría (el hipolimnion).
La estructura térmica de un lago no es constante a lo largo del año. A partir de la salida del hielo a principios de la primavera (siempre que su lago se congele), toda el agua del lago, de arriba a abajo, está cerca de la misma temperatura; la diferencia de densidad es ligera y el agua se mezcla fácilmente con los vientos de primavera. Con los días más cálidos, la diferencia entre la temperatura del agua de la superficie y del fondo aumenta hasta que se produce la estratificación si la profundidad del lago es suficiente. Finalmente, el calentamiento solar disminuye al entrar en las estaciones más frías, y la capa superior comienza a enfriarse y a hundirse. Finalmente, en otoño, el lago tiene una temperatura similar en la superficie y en el fondo. En invierno, se forma hielo en la superficie y se crea una nueva estratificación inversa (agua fría sobre agua fría) que persiste hasta la primavera. El grado de estratificación es importante para el ciclo de los nutrientes, la variabilidad del oxígeno en las aguas más profundas, el movimiento del agua entrante a través del lago y los tipos de organismos acuáticos que viven en el lago.
Flushing
El tiempo medio necesario para renovar completamente el volumen de agua de un lago (volumen del lago dividido por la tasa de salida) se denomina tiempo de residencia hidráulica o tasa de flushing. El tiempo de residencia hidráulica es una función del volumen de agua que entra o sale del lago en relación con el volumen del lago (es decir, el presupuesto de agua). Cuanto mayor sea el volumen del lago y menores sean las entradas o salidas hidráulicas, mayor será el tiempo de residencia.
El tiempo de residencia del lago puede variar desde unas pocas horas o días hasta muchos años. El lago Superior, por ejemplo, tiene un tiempo de residencia de 184 años. Sin embargo, la mayoría de los lagos suelen tener tiempos de residencia de días a meses.
La tasa de lavado de un lago determinará cómo responde a muchos aportes de la atmósfera y de su cuenca.
Clasificación trófica
La clasificación trófica de los lagos, o la clasificación del grado de envejecimiento del lago, se suele clasificar utilizando algún tipo de sistema de calificación establecido que asigna puntos a unas determinadas características del lago (contenido de oxígeno, biomasa de algas, material vegetal, claridad, etc). Este sistema de puntos permite a un limnólogo asignar un determinado valor a cada una de las categorías del sistema. Diferentes limnólogos utilizan diferentes sistemas de clasificación, pero las categorías (Oligotrófico, Mesotrófico y Eutrófico) son las mismas.
Si un lago poseyera niveles muy altos de oxígeno disuelto, una lectura de transparencia alta, tuviera un crecimiento escaso de plantas vasculares y niveles relativamente bajos de crecimiento de plancton, el lago sería clasificado como oligotrófico, o un lago «joven».
Los lagos con niveles más bajos de oxígeno disuelto, una lectura de transparencia poco profunda, abundantes plantas acuáticas vasculares y altos niveles de clorofila-a (lo que significa altas poblaciones de plancton) reciben más puntos y se denominan «envejecidos» o eutróficos.
Un lago que cae entre los dos extremos de eutrófico y oligotrófico se denomina mesotrófico. Esta etapa de desarrollo del lago puede denominarse mejor como «de mediana edad».
Nutrientes
Los lagos pueden sufrir muchos impactos del desarrollo cultural humano, pero son los nutrientes que terminan en el lago los que impulsan algunos de los problemas críticos en la calidad del agua del lago.
Todas las plantas necesitan un equilibrio apropiado de los principales nutrientes esenciales, particularmente fósforo, nitrógeno y carbono. También necesitan luz. Suponiendo que la luz esté fácilmente disponible, las plantas toman los nutrientes en la proporción que requieren sus células. El nutriente más escaso en relación con las necesidades de la planta limitará su crecimiento. A esto se le llama el concepto de nutriente limitante. En algunas partes del país, las aguas están limitadas por el nitrógeno, mientras que la mayoría de las masas de agua están limitadas por el fósforo. Los oligoelementos a veces pueden ser limitantes, pero en menor grado.
El desarrollo de un presupuesto de nutrientes (análisis de carga) proporciona una visión de las causas de la eutrofización del lago. Los presupuestos de nutrientes dependen de la determinación de las cantidades de un nutriente que son aportadas por fuentes como la escorrentía superficial natural, la contaminación de fuentes no puntuales, las fugas de los sistemas sépticos, la deposición atmosférica, las aguas subterráneas y la vida silvestre. Los presupuestos de nutrientes también determinan la cantidad de nutrientes que se pierden en el sistema lacustre por el flujo de salida y por la deposición en los sedimentos. La cuantificación de la carga de nutrientes requiere la evaluación del balance hídrico y la determinación de la concentración del nutriente en cada fuente de agua. Así, la cantidad de nutrientes aportada por un afluente es la concentración por el volumen de agua por unidad de tiempo (el caudal). Esto se llama la «carga» para el nutriente y la fuente que se está cuantificando.
Los presupuestos de nutrientes se determinan comúnmente de dos formas principales: por medición directa o por estimación a partir de varias relaciones empíricas determinadas en estudios anteriores.
Biología
Bacterias: Aunque la mayoría de la gente no las ve, las bacterias desempeñan un papel fundamental en la vida de los lagos. Son el grupo de organismos más abundante en un lago y la mayoría de ellas son fundamentales para convertir cualquier materia orgánica en forma inorgánica.
Las bacterias pueden flotar libremente en la columna de agua, estar adheridas a un sustrato o en los sedimentos. Muchas son aeróbicas y necesitan oxígeno para convertir la materia orgánica en formas inorgánicas y en energía. Muchas otras son anaerobias y utilizan otras vías químicas para obtener energía.
Algunas bacterias crean problemas de salud humana o han demostrado ser indicadores útiles de la probable presencia de amenazas para la salud humana. La Escherichia coli (E. coli) suele ser una bacteria inocua que se encuentra en nuestros intestinos, pero su abundancia en un lago indica la existencia de aguas residuales, entradas sépticas u otros contaminantes fecales y la posibilidad de que se transmitan enfermedades bacterianas y víricas al ser humano.
Algas: Las algas son, en su mayoría, plantas microscópicas que pueden flotar libremente (fitoplancton) o estar adheridas a un sustrato (perifiton). Pueden ser unicelulares o tener muchas células. En un lago moderadamente rico, puede haber casi cien especies de algas en una cucharada de agua del lago. En un lago eutrófico, puede haber millones de células en un galón de agua. Las algas se dividen en varios grupos principales, incluyendo las algas verdes (Chlorophyta), las algas marrón-doradas (Chrysophyta), los dinoflagelados (Pyrrophyta), las diatomeas (Bacillariophyta) y las algas verde-azuladas (Cyanophyta).
Cada uno de los grupos anteriores tiene especies con características que pueden permitirles ser muy abundantes y molestas. A veces, saber qué especie está en «floración» puede ayudar a entender la causa de la floración. Por ejemplo, ciertas algas verde-azules suelen florecer cuando el fósforo es abundante y el nitrato es bajo porque pueden fijar el nitrógeno del aire disuelto. Suelen preferir un periodo de aguas tranquilas porque flotan y, en consecuencia, hacen sombra a las especies competidoras. La concurrencia de estas condiciones suele dar lugar a los verdes azules, pero la ausencia de un elemento puede decantar la balanza hacia otra especie u otro grupo de algas. Las diatomeas tienden a preferir épocas de gran mezcla, temperaturas más frescas y mayor disponibilidad de sílice, condiciones que se dan en el recambio de primavera y otoño. Muchos dinoflagelados parecen preferir condiciones con materia orgánica por encima de la media.
La dinámica de los regímenes térmico, lumínico y de nutrientes en los lagos provoca un patrón bastante predecible en la sucesión estacional de las especies de algas, pero puede haber sorpresas en cualquier momento. Sin embargo, normalmente el recambio primaveral y otoñal favorece a las diatomeas, que pueden llegar a ser muy abundantes, pero no suelen causar impactos graves en el uso humano, aunque algunas especies causan problemas de sabor y olor en los embalses de agua potable y pueden obstruir los filtros. Después de la estratificación térmica, las algas verdes suelen ser dominantes durante la mayor parte del verano cuando hay nitrógeno disponible, pero pueden ser sustituidas por algas verdeazuladas a temperaturas más altas, concentraciones de nitrógeno más bajas y pH alto.
Macrófitos acuáticos: A diferencia de las algas que suelen ser plantas microscópicas, son plantas acuáticas de gran tamaño, fácilmente visibles a simple vista. Las algas y los macrófitos suelen competir por la luz, por lo que no es habitual encontrar ambos como problemas en un lago concreto, aunque sí ocurre. Los macrófitos pueden estar enraizados o flotar libremente, aunque la mayoría están enraizados. También pueden ser sumergidas, emergentes o de hojas flotantes. Hay muchos grupos taxonómicos, pero las categorías anteriores suelen ser las más útiles para comprender las causas de un problema de macrófitos y determinar una estrategia de gestión adecuada. De hecho, dentro de cada categoría, muchas especies pueden parecer muy similares ya que su hábito de crecimiento responde a las condiciones comunes del lago. Sin embargo, aunque muchas especies de macrófitos parecen similares, su propensión a causar problemas en los lagos varía. La gestión eficaz de los macrófitos suele requerir la identificación a nivel de especie.
Las plantas proporcionan el hábitat y el alimento para muchas formas de vida animal que van desde los rotíferos microscópicos que filtran algas diminutas, hasta el zooplancton que caza algas más grandes, pasando por los insectos, los peces y los mamíferos acuáticos que se alimentan de plantas o animales aún más grandes. Un cambio en cualquier parte de esta red alimentaria repercute en todo el sistema de forma sutil o incluso dramática.
La cuenca hidrográfica
La mejor forma de describir una cuenca hidrográfica es como un embudo. El borde superior del embudo son los accidentes geográficos (colinas, montañas) que marcan el límite de una cuenca de drenaje. El interior del embudo, o las paredes del embudo, representa toda la tierra que está dentro del límite de las colinas o montañas que drena hacia el lago. El lago se encuentra en el fondo del embudo, recibiendo toda el agua que fluye desde esas cimas de las colinas, a través de la tierra, y en los arroyos.
La cuenca hidrográfica contiene su casa, el coche, el trabajo, el campo de golf, el centro comercial y todas sus áreas pavimentadas, el sistema séptico, los lavados de coches, los campos de pelota, los pozos de arena, y varios otros tipos de uso de la tierra. No importa lo lejos que estés de un agua superficial, tanto si puedes ver ese lago o río como si no, estás en una cuenca hidrográfica.