Evolución de nuevos ecosistemas en humedales de alta montaña tras el retroceso glaciar: implementación de las estrategias de mitigación y adaptación al cambio climático

El retroceso glaciar causado por los aumentos de temperatura asociados al cambio climático global ha originado la aparición y extinción de los humedales de alta elevación a tasas aceleradas durante los últimos 200 años [1. Nosotros buscamos entender cómo el rápido retroceso glaciar ha forzado la evolución de nuevos ecosistemas ya que los glaciares al retroceder dejan un paisaje favorable para el desarrollo de humedales: lagunas, turberas o pantanos [2. Nosotros predecimos que la aparición de nuevos humedales tras el retroceso glacial está acompañada de la extinción de humedales en los límites inferiores de las zonas de páramo debido a la pérdida de conectividad hidráulica entre las afluentes de origen glaciar y la recarga de los humedales. La extinción de los humedales que se encuentran al límite inferior de los páramos tras el retroceso glacial afectará los servicios ecosistémicos que ellos prestan [3. En particular, desconocemos si los nuevos humedales son capaces de reemplazar los servicios ecosistémicos que se pierden tras la desaparición de los humedales más alejados de los glaciares. Los cambios en temperatura, observados y predichos, en las altas elevaciones tropicales como consecuencia del calentamiento global son mucho más altos que en las tierras bajas y son comparables solamente a los cambios en las zonas boreales [4, 5. En Colombia se ha detectado que la temperatura a altas elevaciones está aumentando a una tasa de 0.6°C cada diez años [6. Este cambio es equivalente a un desplazamiento de aproximadamente 100 metros en elevación cada década. La conservación de los humedales de alta montaña requiere de hidroperíodos con baja variabilidad y el suministro constante de agua para mantener las condiciones reductoras de los sedimentos del humedal [7. La estabilidad de la inundación, sea estacional o permanente garantiza el desarrollo de suelos hídricos, y una vegetación adaptada a la inundación [8. Cambios drásticos en la hidrología originados por el derretimiento glaciar pueden ocasionar la extinción selectiva de especies en humedales drenados o limitar la colonización de especies particulares en los humedales recién formados. En el pasado, las variaciones climáticas del Holoceno han causado mayores cambios en la vegetación de los páramos, pero la tasa actual de cambio no tiene precedentes. Los efectos de los cambios en temperatura solamente son de una magnitud tal que se espera la pérdida del 60% de las áreas de páramo y abrasión glaciar para el año 2039 [9. Los efectos que estos cambios en el clima tengan sobre funciones de los ecosistemas de humedal de páramo son completamente desconocidos. La crisis ambiental que enfrentan las altas elevaciones tropicales nos ha llevado a formularnos una serie de preguntas relacionadas con: los impactos del cambio climático reciente en los humedales de alta elevación, las limitaciones en la dispersión-colonización-supervivencia de las especies en estas nuevas condiciones, y tratar de entender el futuro de los humedales de alta elevación en un clima cambiante. Con base en estas preguntas desarrollamos una seria de cuatro hipótesis apoyadas entre sí: Hipótesis 1: ¿Cuál es la temporalidad del desarrollo de turberas tras el retroceso glaciar? Los humedales de alta elevación se desarrollan en depresiones topográficas con algún grado de acumulación de aguas sea por recarga subterránea o escorrentía. La relación entre la geomorfología glacial y el desarrollo de humedales puede ser entendida midiendo el tiempo que le toma al humedal desarrollarse luego del retroceso glacial (¿peat inception gap¿). Nosotros predecimos que los humedales siguen una línea de evolución no lineal con respecto al retroceso glacial; ya que el establecimiento de comunidades que formen turba requiere de un evento de colonización estocástico con un rápido crecimiento inicial. Hipótesis 2: ¿Cuáles son los controles de los patrones de acumulación de turba? Reconstrucciones de la vegetación del pasado junto con las tasas de acumulación de sedimento inferidas por dataciones cronológicas continuas (14C, 10Be, 210Pb) [10, 11 nos permitirán entender como los procesos físicos y biológicos han controlado el desarrollo de los humedales durante los últimos 500 años. Hipótesis 3: ¿Qué factores determinan las tasas de producción de material vegetal y de descomposición en los suelos a corto plazo? Las tasas de acumulación de turba dependen del balance entre producción vegetal en la superficie y descomposición del material vegetal en el suelo. La productividad de las plantas de turberas y las tasas de descomposición en los suelos deben responder al grado de inundación, a la temperatura y al tipo de sustrato que conforma el sedimento. Turberas alejadas de los glaciares con mayores fluctuaciones en su hidrología deben tener tasas de descomposición elevadas con altas emisiones de CO2 y metano. Hipótesis 4: El entender como los humedales están avanzando tras el retroceso glaciar (hipótesis 1) y que factores controlan su acumulación a largo (hipótesis 2) y corto plazo (hipótesis 3). Nuestras hipotesis acerca del control de la temperatura y la inundación en el desarrollo de los humedales nos permitirá desarrollar un modelo predictivo acerca de las trayectorias potenciales de evolución de humedales (Holocene Peatland model) [12. 1.5. Marco Teórico y Estado del Arte: Ecología humedales Los humedales son lugares donde la saturación de agua provoca el desarrollo de una vegetación adaptada a la inundación y el desarrollo de suelos propios de zonas inundadas. La combinación de inundación, vegetación y suelos define los diferentes tipos de humedal incluyendo: lagunas, pantanos y turberas. Los diferentes tipos de humedal son conducidos por diferentes funciones del ecosistema [18. El tipo de humedal más común e importante en las zonas alpinas son las turberas. Las turberas son aquellos ecosistemas que tienen un subsuelo saturado de agua donde la producción de materia orgánica excede la descomposición y hay una acumulación permanente de materia orgánica. Las turberas almacenan un tercio del carbono de los suelos del mundo en solo un 5% del área y su liberación sería el equivalente de 25 años de las emisiones humanas anuales en este momento [19. Esta capacidad de almacenar grandes cantidades de materia orgánica ha llevado a que las turberas sean un ecosistema muy bien estudiado con predicciones específicas acerca de su destino en los diferentes escenarios de cambios globales [20. Un factor común en las turberas es la acumulación de nuevo sedimento o materia orgánica en el suelo. El suelo de las turberas está conformado por los restos de las plantas que en algún momento se encontraban en la superficie lo que permite reconstruir la vegetación del pasado que habitaba el humedal. Los restos de plantas que se encuentran enterrados en las turberas y su composición química funcionan como archivos históricos que indican las condiciones históricas del humedal [18. Las turberas se desarrollan en ambientes con una inundación estable y con un tipo de vegetación particular que se descompone lentamente luego de ser enterrada [21. Así, la iniciación de la turbera requiere de la combinación de un sitio con inundación y de la colonización en una cantidad suficiente de las plantas formadoras de turba para iniciar el ecosistema. La sincronía de la iniciación de las turberas luego del último máximo glaciar ha tenido un impacto en las concentraciones de CO2 durante los últimos 10.000 años, reduciendo la concentración de CO2 en la atmosfera en casi un 10% [22. La acumulación de sedimentos y materia orgánica en una turbera puede ser reconstruida usando técnicas de datación continuas como 14C AMS y 210PB [11. Las tasas de acumulación son modeladas siguiendo los patrones de decaimiento de 14C o de deposición atmosférica de 210Pb. Las cronologías reconstruidas con 210Pb solo cubren los últimos 300 años dado la corta vida media del isótopo, sin embargo estas reconstrucciones pueden llegar a tener una resolución anual durante los últimos 20 años [10. Los humedales en las zonas alpinas tropicales se forman principalmente en unidades geomorfológicas asociadas a la glaciación como depresiones causadas por erosión y represadas por morrenas. Hasta el momento es poco conocido cual es el tiempo que toma el inicio del humedal luego del retroceso glaciar. La sincronía en el inicio de la formación o extinción de humedales puede indicar cambios ambientales importantes afectando la composición de la atmosfera a nivel global [23. La vegetación de los humedales de alta elevación es única pero con similaridades en sus funciones con la vegetación de turberas en regiones templadas. Las especies presentes en un humedal son determinantes en la manera como el humedal evolucionará a través del tiempo. Por ejemplo especies resistentes a la descomposición mejorarán la preservación del carbono orgánico enterrado [24. Especies con una alta dominancia colonizarán los espacios disponibles y limitarán las opciones de otras especies de llegar al sistema. Las condiciones que las otras plantas tendrán que enfrentar para sobrevivir estarán determinadas casi exclusivamente por la especie dominante en la turbera [25. El desarrollo de las comunidades vegetales en humedales está siendo afectado por los procesos de cambio climático [26. En los Andes tropicales, en particular en el PNN Nevados, se ha observado la invasión de arbustos y otras especies de zonas relativamente más cálidas durante los últimos 20 años [27. Las funciones ecosistémicas principales de los ecosistemas de turba es la capacidad de acumular materia orgánica. Las tasas de acumulación dependen de la relación que existe entre la productividad primaria y la descomposición. El balance instantáneo entre las perdidas de materia orgánica por descomposición en el suelo y la productividad de las plantas en la superficie se puede asociar a variaciones especificas en la hidrología, temperatura, o