Arrecifes fósiles, una paradoja geológica

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La Facultad de Ciencias de Bilbao comenzó su andadura en el curso 1968/69. 50 años después la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV/EHU celebra dicho acontecimiento dando a conocer el impacto que la Facultad ha tenido en nuestra sociedad. Publicamos en el Cuaderno de Cultura Científica y en Zientzia Kaiera una serie de artículos que narran algunas de las contribuciones más significativas realizadas a lo largo de estas cinco décadas.

Fuente: Wikimedia Commons

¿Qué es un arrecife? Si utilizamos nuestra memoria visual, la mayoría asociamos los arrecifes a mares tropicales de aguas cristalinas, rodeando islas de arena blanca y palmerales, y fondos tapizados por un universo de colores y maravillosas e inquietantes formas de vida submarina. Los cinéfilos, además, visualizarían barreras rocosas rodeando atolones e islas contra las que rompen olas y vientos huracanados, y que han engullido no pocos barcos e intrépidos aventureros. El término arrecife (reef, récif) tiene su raíz en “rif”, antiguo vocablo nórdico de uso marinero para designar las crestas rocosas que emergen del fondo marino y dificultan sobremanera la navegación. Estas sencillas concepciones ya resumen en gran medida la principal propiedad de los arrecifes: son estructuras “rocosas consistentes” que forman un “relieve” elevado sobre el fondo marino. Pero es necesario apuntar que no todo lo que en náutica se identifica como arrecife lo es desde un punto de vista científico; solo aquellos de naturaleza “calcárea” que demuestran haber crecido poco a poco por la acumulación de esqueletos y caparazones de invertebrados marinos que han crecido unos sobre otros de forma continuada encajarían en la definición científica estricta. En pocas palabras, los arrecifes actuales y fósiles son “edificios calcáreos bio-construidos”.

Los arrecifes tropicales actuales esencialmente se crean por la íntima asociación de colonias de corales escleráctinidos (Phylum Cnidaria) y algas calcáreas (Rhodophyta y Chlorophyta), a los que se asocian o acompañan diferentes invertebrados de caparazón o esqueleto calcáreo, tales como moluscos, equinodermos, esponjas, anélidos, briozoos, los poco conocidos foraminíferos (Protista) y toda una diversa comunidad de peces y otros vertebrados marinos. Por tanto, los arrecifes constituyen en sí mismos exuberantes y complejos ecosistemas que, además de sus singularidades tróficas, tienen la cualidad especial de “fijar” gran cantidad de carbonato cálcico, es decir, son “almacenes” naturales de Calcio y dióxido de Carbono, este último uno de nuestros temidos gases “invernadero”. Los arrecifes son y han sido siempre muy “dinámicos”: crecen a razones de varios milímetros/año y se expanden lateralmente por el apilamiento continuado de restos esqueletales calcáreos, ocasionalmente llegando a formar extensas barreras morfológicas. En la actualidad, estos “edificios bio-construidos” ocupan en conjunto más de 600.000 km2 de los fondos submarinos tropicales, una extensión nada desdeñable pero que no debe sorprendernos, ya que en algunos momentos del pasado geológico su extensión llegó a ser 10 veces más.

Durante los últimos 50 años y gracias al avance de las técnicas de inmersión, los investigadores han observado y analizado innumerables ejemplos de arrecifes de corales y algas a lo largo del Caribe, el Mar Rojo y los extensos océanos Índico y Pacífico, documentando su gran variedad en composición y morfología y, asimismo, desvelando su fragilidad ante procesos como la eutrofización, la acción de los rayos ultravioleta, la destrucción asociada al paso de huracanes o la proliferación súbita de especies invasivas. Son por esas señales uno de los principales “estandartes” utilizados por los investigadores del medio marino para intentar sensibilizar a la sociedad sobre el impacto generado por el cambio climático, la contaminación y la sobre-explotación de los mares tropicales.

No obstante, los arrecifes no son tan frágiles como parece, paradoja que se sustenta en un análisis riguroso de su evolución desde la perspectiva geológica. Bajo este enfoque debemos considerar no solo los arrecifes coralinos actuales, sino también todos los ejemplos de arrecifes fósiles que han documentados los geólogos en formaciones de rocas marinas de todos los continentes y edades geológicas. Así pronto percibiremos que los arrecifes, como ecosistemas generadores de edificios calcáreos, han estado presentes desde muy antiguo y que han evolucionado constantemente con el tiempo, durante múltiples fases de expansión, retracción y cambio marcado en sus características, siendo capaces de sobreponerse a numerosos acontecimientos climáticos y oceanográficos adversos, y a las crisis biológicas más dramáticas que han sacudido la vida sobre la Tierra (Figura 1). En algunas de tales etapas de estrés o crisis su adaptación simplemente se resolvió con una sustitución en el tipo principal de organismos constructores; en otros, en cambio, necesitaron de una completa “reinvención” del sistema y la cadena trófica que lo sustenta.

Figura 1. Principales tendencias evolutivas de los arrecifes desde el Proterozoico hasta la actualidad. Fuente: Juan Ignacio Baceta

Las primeras construcciones arrecifales datan del Proterozoico medio y superior, entre 1600 y 540 Ma (millones de años), y se localizan en formaciones rocosas marinas de Canadá y Australia. Son edificios arrecifales bastante simples, básicamente compuestos por acumulaciones de estromatolitos, trombolitos y leiolitas, estructuras de morfología domal y organización interna laminada o masiva, construidos de forma “bio-inducida” por cianobacterias y calcimicrobios (procariotas y eucariotas fotosintéticos). Algunos de estos arrecifes proterozoicos alcanzaron cientos de metros de altura, formando verdades barreras próximas a la superficie del mar. Sin embargo, su naturaleza esencialmente microbiana hace que algunos investigadores no los consideren como “verdaderos” arrecifes.

La “revolución cámbrica” de la vida marina, hace unos 541 Ma, marcó la aparición y progresiva expansión de una ingente variedad de organismos pluricelulares y, entre ellos, de efectivos secretores de concha o esqueleto calcáreo y, por tanto, potenciales constructores de arrecifes. Durante el Cámbrico destacaron los arqueociatos, un grupo ancestral de esponjas (Porífera) que dominaron los océanos cálidos durante más de 25-30 Ma, para luego desaparecer de forma casi repentina. Los primeros metazoos constructores con cierta similitud a los actuales fueron los corales tabulados y rugosos, las algas calcáreas ancestrales, los estromatopóridos (Porífera), los crinoides (Echinodermata) y los primeros moluscos y braquiópodos. Todos estos grupos aparecieron durante el transito Cámbrico-Ordovícico (470 Ma) y se expandieron prodigiosamente durante el Silúrico y Devónico (442-372 Ma), periodos de condiciones climáticas globalmente cálidas. Los arrecifes de estas edades son muy numerosos y de enorme tamaño, habiéndose reconocido ejemplos en todos los continentes, desde Groenlandia y Norteamérica a Australia. A finales del Devónico una extinción biológica masiva de origen todavía controvertido provocó una retracción global, aunque arrecifes construidos por nuevos grupos de algas calcáreas y esponjas, y por organismos de afinidad biológica incierta (p.ej. algas filoides, Archeolithoporella, Palaeoaplysina, Tubiphytes) persistieron hasta el final del Paleozoico, sobrepasando varios ciclos de glaciación-deglaciación y cambio sustancial del nivel marino.

El tránsito del Paleozoico al Mesozoico, hace 252 Ma, estuvo marcado por la mayor extinción biológica que ha conocido nuestro planeta, el límite Pérmico-Triásico, atribuida a la confluencia de numerosas condiciones adversas (p.ej. pronunciado calentamiento y aridificación del clima, intenso volcanismo, impactos meteoríticos). Todo ello provocó una retracción drástica en los arrecifes, durante por lo menos 5-7 Ma. A pesar de ello, los arrecifes se recuperaron y expandieron de nuevo durante el Triásico, incorporando a los primeros representantes de los corales escleractínidos, los principales constructores de arrecifes en la actualidad. Estos prodigiosos cnidarios, parientes de las medusas, proliferaron durante el resto del Triásico y todo el Jurásico, junto a nuevas esponjas y moluscos, y las todavía importantes comunidades calcimicrobianas, con una importante retracción durante la crisis biológica del límite Triásico-Jurásico (200 Ma). Curiosamente, la mayor fase de expansión arrecifal del Mesozoico coincidió con el periodo de climas más cálidos de todo el Jurásico, al que sucedió una retracción notable durante el enfriamiento generalizado del tránsito al Cretácico. Durante el Cretácico (145-66 Ma), junto a los corales y algas calcáreas destacó un grupo singular de moluscos bivalvos, los rudistas, que de hecho alcanzaron la categoría de constructor principal durante el Cretácico superior, para luego desaparecer de forma brusca poco antes del límite Cretácico-Terciario (66 Ma). Los arrecifes de rudistas fueron muy extensos y se pueden reconocer desde el Himalaya a Oriente Próximo, a lo largo de todo el Mediterráneo y el dominio del Caribe, con algunos ejemplos espectaculares situados muy próximos a nosotros (Figura 2).

Figura 2. Sierra de Aitzgorrigain (Itxina, Bizkaia). Frente preservado de la barrera arrecifal de 300 m construida por corales y rudistas (dcha.) en el Cretácico medio. Fuente: Juan Ignacio Baceta.

El límite Cretácico-Terciario estuvo marcado por una fase de intenso volcanismo en la India, una sucesión de bruscos cambios climáticos y, finalmente, un impacto meteorítico descomunal en la península de Yucatán. En conjunto, todos ellos provocaron una nueva extinción biológica global, que en los continentes engulló a los últimos dinosaurios. Sorprendente, los organismos constructores de arrecifes se recuperaron de forma relativamente rápida tras la crisis, como lo atestiguan las extensas barreras arrecifales preservadas en el norte de África, los Alpes, los Cárpatos, y los Pirineos occidentales (Figura 3), formadas tan solo 2-4 millones de años tras la crisis global. En estos arrecifes, los corales y algas calcáreas ya se revelan como los principales constructores, aunque su evolución posterior hasta nuestros días estuvo jalonada de diferentes ciclos de expansión y retracción, en relación a fases de clima extremadamente cálido o de enfriamiento brusco, cambios marcados en el patrón de circulación oceánica y, finalmente, el progresivo tránsito a la Tierra refrigerada de las glaciaciones del Neógeno superior y Cuaternario.

Figura 3. Sierra de los Alanos (Zuriza, Huesca). Espectacular alineación tipo barrera de los primeros arrecifes construidos por corales (dcha.) y algas calcáreas durante el Paleoceno, tras la crisis global del límite Cretácico-Terciario. Fuente: Juan Ignacio Baceta.

Como corolario, ¿qué conclusiones objetivas podemos sacar de la evolución de los arrecifes a lo largo de los tiempos geológicos?, ¿realmente son y han sido ecosistemas tan frágiles y vulnerables como revelan sus representantes actuales? Las respuestas no pueden ser sencillas. La idea de que los organismos constructores de arrecifes son sensibles a cambios ambientales es totalmente correcta, como lo demuestran su comportamiento actual y las innumerables fases y etapas de expansión y declive que han experimentado a lo largo de las edades geológicas. Sin embargo, la idea que comúnmente se argumenta en foros sociales y medios de comunicación de que los arrecifes van a desaparecer de nuestro planeta carece de rigor científico.

Si analizamos a los principales constructores de arrecifes actuales, los corales escleráctínidos, la evidencia geológica nos demuestra que estos organismos relativamente simples han tenido una extraordinaria capacidad adaptativa a cambios ambientales drásticos, ya que desde que aparecieron en el Triásico han sobrevivido a innumerables crisis, incluyendo eventos de extinción global, cambios climáticos pronunciados e incluso diferentes episodios de anoxia generalizada en los océanos (Fig. 1). A su vez, los corales de arrecifes actuales siguen demostrando tener un gran potencial de adaptación y especialización, ya que son capaces de proliferar en condiciones muy adversas e incluso de colonizar nuevos nichos marinos. Entre ellos destacan los mares de temperatura y salinidad más elevadas de lo normal (p.ej. en el Golfo Pérsico), las zonas litorales enturbiadas por el semi-continuo aporte de arcilla (litoral sureste de China) e, incluso, numerosos contextos relativamente profundos del Atlántico, el Caribe o el dominio indo-Pacífico, donde forman los denominados arrecifes coralinos “mesofóticos” y “afóticos”, creciendo a profundidades que oscilan entre los 50 a los 2000m. Estos arrecifes atípicos, en comparación a los arrecifes “eufóticos” que crecen próximos a la superficie del mar, eran poco conocidos hasta fechas recientes. Su estudio está evidenciando que asimismo se componen de comunidades coralinas complejas, adaptadas a baja o incluso nula visibilidad y, de forma llamativa, a fuertes fluctuaciones estacionales en la temperatura y los niveles de nutrientes. Por estas características, los arrecifes mesofóticos y afóticos parecen constituir el símil actual de lo que algunos especialistas denominan como “nichos refugio”, en los que las comunidades arrecifales pueden haber sobrevivido durante los diferentes periodos de crisis global reconocidos en el pasado, y ser el núcleo o punto de partida de las posteriores expansiones, una vez reestablecidas las condiciones ambientales favorables para ello.

En base a estas evidencias, no resulta demasiado aventurado afirmar que los arrecifes y sus protagonistas todavía van a estar bastante tiempo en nuestros océanos, aunque precisarán utilizar nuevos mecanismos de adaptación ante las condiciones ambientales adversas que potencialmente se avecinan. La pregunta clave a resolver es si la capacidad de adaptación de los corales y el resto de componentes arrecifales será suficiente ante la magnitud y velocidad de los cambios ambientales que ya están ocurriendo y previsiblemente ocurran, interrogante que constituye una de las piedras angulares de la investigación y las discusiones actuales entre los especialistas. A modo de reflexión, ante esta encrucijada ambiental, ¿estamos nosotros, la especie humana, tan preparados como creemos o desearíamos?

Para saber más

Aronson R.B. (Ed.) 2007. Geological Approaches to Coral Reef Ecology. Springer, 439p.

Kiessling W., Flügel E., Golonka, J. (Eds.) 2002. Phanerozoic Reef Patterns. SEPM Special Publications, 72. 775p.

Stanley G.D. (Ed.) 2001. The History and Sedimentology of Ancient Reef Systems. Kluver Academic, 458p.

Sobre el autor: Juan Ignacio Baceta es profesor en el Departamento de Estratigrafía y Paleontología de la Facultad de Ciencia y Tecnología de la UPV-EHU.

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