Modelación de Factores que Desencadenan el Florecimiento de Algas Nocivas en el Norte y Sur de

204 Pages·2017·10.38 MB·Spanish

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE GEOFÍSICA

Modelación de factores que desencadenan el florecimiento de
algas nocivas en la zona norte y sur de Chile en el período
1997 al 2012

Marco Sebastián Sandoval Belmar

Habilitación Profesional
para optar al Título de Geofísico

DGEO 2017
Concepción, Chile

UNIVERSIDAD DE CONCEPCIÓN

FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS

DEPARTAMENTO DE GEOFÍSICA

Modelación de factores que desencadenan el florecimiento de
algas nocivas en la zona norte y sur de Chile en el período
1997 al 2012

Marco Sebastián Sandoval Belmar

Habilitación Profesional

para optar al Título de Geofísico

Profesor Guía: Dra. Carolina Parada V.

Comisión:
Dr. Hector Andrés Sepúlveda, Dr. Oscar Pizarro, Dr. Rodrigo Torres

2017
"Nada hay Superior a la Verdad"
Helena Petrovna Blavatsky (H.P.B.)
AGRADECIMIENTOS

Este trabajo de Habilitación Profesional es fruto y producto de un largo camino que empezó hace ya
varios años. De tal manera, es un logro académico y de conquista personal que involucra a varias
personas.
Primero que todo, va en dedicatoria y en agradecimiento profundo a mi familia. A mis padres, Marco
Sandoval y Carmen Gloria Belmar, por su amor incondicional, su profunda comprensión, su
constante preocupación, sus enseñanzas, su apoyo en los momentos más difíciles y su alegría y orgullo
en mis momentos de triunfo. A ellos, gracias por ser fuente de inspiración. A mis hermanas, Pilar
Sandoval y Maria José Sandoval, por saber escucharme en cada momento, por sus incontables
consejos de vida, por ser motivos de risas, travesuras y alegrías. Punto aparte, es el regalarme nuevos
seres en mi vida; a los que llegaron, y a los que vendrán. Gracias a todos por su paciencia y saber
esperarme.
A mi segunda familia, mis tíos Mario Belmar y Nayerda Erilkin y mi prima -hermana- Valentina
Belmar. Por estar siempre presentes, por estar siempre juntos, por ser un pilar fundamental en mi vida.
A Isadora Soto, mi compañera. Gracias por estar ahí siempre, por escucharme, por apoyarme, por
consolarme y manejarme emocionalmente en los peores y mejores momentos. Gracias por darme
tranquilidad, por siempre estar orgullosa y creer más en mí que yo mismo.
A mis amigos. Por los años, por su amistad, por los consejos, las conversaciones profundas, y largas
pero necesarias horas de distracción y descanso. Del mismo modo, a mis amigos y compañeros que me
genere en estos largos años en la universidad. Gracias por su ayuda, por enseñarme, por sus nuevas y
distintas experiencias y realidades, por hacerme más crítico y más consciente. Ambos grupos, sin duda,
forman parte de lo que soy hoy.
A mi profesora guía, Carolina Parada, la Caly. Por ser una guía y orientación en lo académico y
profesional. Por creer en mí y en lo que soy capaz, por su paciencia y espera, por ser una amiga, por su
constante motivación, su ayuda, su compromiso y por introducirme en el hermoso mundo de la
oceanografía operacional, la biología marina y la biogeoquímica del océano.
Al Departamento de Geofísica de la Universidad de Concepción, el DGEO. A ellos mi profunda
admiración y agradecimiento por las herramientas entregadas, así como por su cercanía y amistad con
los alumnos. Incluyo aquí al equipo de trabajo del CHIOOS, por la oportunidad y privilegio de ser
parte de ellos, así como el interés de la problemática abordada y sus múltiples consejos y críticas.
Expresar mi agradecimiento para con los investigadores (y algunos amigos) que se dieron el tiempo de
orientar este trabajo y aportar con su experiencia; Dr. (c) Marco Pinto, Dra. (c) Fabiola Villanueva,
Dr. (c) Maximiliano Vergara, Dr. David Cassis, Dra. (c) Dharma Reyes, Dr. Máximo Frangopulos,
Carlos Conejero, Dr. Marco Correa, Dr. Tarsicio Antezana y Dr. Noble Hendrix.
Finalmente, a la organización de filosofía, cultura y voluntariado Nueva Acrópolis, de la cual soy
miembro. Espero que sus talleres y cursos de oratoria (y tantos otros) me permitan expresar de manera
clara y precisa las ideas expuestas tanto en esta investigación, como en mi vida.

PREFACIO

Esta tesis, titulada, MODELACIÓN DE FACTORES QUE DESENCADENAN EL
FLORECIMIENTO DE ALGAS NOCIVAS EN LA ZONA NORTE Y SUR DE CHILE EN EL
PERÍODO 1997 AL 2012, es presentada como un requisito para obtener el título de Geofísico de la
Universidad de Concepción. Esta investigación es una compilación de dos estudios que tienen como
objetivo de describir los fenómenos de Florecimientos de Algas Nocivas (FAN) en Chile, explorando
su variabilidad temporal, espacial y sus factores desencadenantes. La investigación presentada aquí se
ha llevado a cabo entre 2015 y 2017 bajo la dirección de la Dra. Carolina Parada Veliz, profesora del
Departamento de Geofísica de la Universidad de Concepción.

Esta tesis se estructura con un capítulo introductorio que describe los conceptos y definiciones básicas
de los FAN, la problemática FAN en el mundo y en Chile y resume los objetivos y los capítulos de la
tesis. Los dos capítulos siguientes constituyen el núcleo de la tesis; Cada uno de ellos se presenta como
un artículo científico. Al escribir esta tesis, el primer capítulo ha sido aceptado en inglés en una revista
científica nacional (Latin American Journal of Aquatic Research) y el segundo artículo se encuentra en
las últimas fases antes de su presentación a una revista científica. La tesis presenta una conclusión final
de los principales resultados que se derivan de este trabajo. A lo largo de este período de investigación,
el autor de esta tesis ha participado en un proyecto de investigación (Chilean Integrated Ocean
Observation System, CHIOOS), ha presentado sus investigaciones en dos congresos científicos
(Congreso de Oceanografía Física, Meteorología y Clima, Valparaíso, 2015 y Congreso de Ciencias del
Mar, Concepción, 2016) y en el ciclo de los seminarios del Departamento de Geofísica.

RESUMEN
Los Florecimientos de Algas Nocivas (FAN), son fenómenos naturales que se producen por la
proliferación de fitoplancton potencialmente nocivo para el hombre y para algunos servicios
ecosistémicos (e.g., buena calidad del agua para su uso en la acuicultura, disponibilidad de recursos
naturales). Los FAN de Pseudo-nitzschia spp. y Alexandrium catenella son particularmente relevantes
en Chile debido a su potencial toxicidad. Aunque existen estudios del impacto negativo de estos
eventos, en Chile la predicción de la ocurrencia de estos fenómenos y los riesgos asociados son
limitados. Las proliferaciones han sido atribuidas a la acción de variados forzantes hidrobiológicos
(e.g., estratificación de la columna de agua, irradiación, disponibilidad de nutrientes). En la primera
parte, se presenta la problemática, así como la justificación y la hipótesis de esta investigación. En la
segunda parte, se realizó un estudio de los factores y procesos que se han asociado a la aparición,
permanencia y toxicidad de FAN y de los esfuerzos metodológicos realizados para el estudio y
generación de pronósticos de FAN en otros países. En base a una compilación de la información de
apariciones y localidades de estos eventos, se construyó la variabilidad estacional, interanual y espacial
de los eventos u ocurrencias de FAN a lo largo de Chile. Posteriormente, se describe el actual sistema
de monitoreo en Chile, así como las futuras iniciativas de predicción. En la tercera parte, mediante la
utilización de imágenes de color del océano de un producto intercalibrado denominado HERMES, y
simulaciones del océano (basadas en el modelo ROMS) se realizó un estudio estadístico de los factores
gatillantes de eventos de FAN, usando la clorofila-a como sustituto de la biomasa de fitoplancton.
Además, se utilizó una metodología basada en Silva et al., (2016), la cual plantea un Modelo Aditivo
Generalizado (GAM) como análisis exploratorio para el estudio de las relaciones entre las variables
ambientales predictoras (e.g. temperatura, salinidad) y la variable que se quiere predecir (clorofila-a).
Estas formas obtenidas de los GAM se reproducen lo más cercanamente posible mediante regresiones
lineales o polinomiales. Luego un Modelo Lineal Generalizado (GLM) estima los coeficientes de los
predictores, así como su significancia estadística y el porcentaje de varianza explicada de la clorofila-a
para ambas especies. Se encontró que la radiación fotosintéticamente activa y la profundidad de la zona
eufótica son las de mayor relevancia y participación en los análisis estadísticos y los modelos.
Variables como la energía cinética de remolinos, la profundidad de la capa de mezcla, la turbulencia y
la estratificación de la columna de agua, tienen una menor relevancia y participación. Por último, la
temperatura, salinidad y densidad parecen no tener una mayor relevancia en ambas especies. Se