Temas de investigación

Nuestra investigación se centra en comprender cómo los principales motores del cambio en los ecosistemas de alta montaña —el cambio climático, la química atmosférica cambiante y el uso del suelo— provocan alteraciones en los procesos ecosistémicos que interactúan, desde los ciclos del agua y los nutrientes hasta la dinámica microbiana y ecológica.

Al examinar estos sistemas a escalas temporales a corto y largo plazo, pretendemos captar tanto las respuestas inmediatas del ecosistema como las trayectorias de cambio a largo plazo. Trabajar en entornos de agua dulce remotos, donde la influencia humana directa es mínima, nos permite detectar señales ambientales que proporcionan indicadores claros y sensibles del cambio global.

En el núcleo de nuestro enfoque se encuentra la monitorización ecológica a largo plazo, que sirve como un marco esencial para detectar, cuantificar e interpretar el cambio ambiental. A través de este enfoque basado en observatorios, podemos integrar información física, química y biológica para comprender y predecir mejor el funcionamiento de las aguas dulces de montaña bajo un entorno global cambiante.

Explora las secciones siguientes para obtener una visión general de los principales temas de investigación de LOOP:

Cambio climático

Utilizando registros a largo plazo de la temperatura del aire, precipitación, temperatura de los arroyos, caudal de los ríos, capa de nieve y cobertura de hielo lacustre, estudiamos cómo responden los ecosistemas de alta montaña a un clima cambiante.

Mantenemos registros a largo plazo de la temperatura del aire, precipitaciones, caudal de los ríos, aguas subterráneas y nivel del lago, temperatura de los arroyos y lagos, y la cobertura de hielo del lago. Estas mediciones in situ se complementan con métodos avanzados de teledetección y observaciones con cámaras fenológicas (o fenocams), que en conjunto permiten un seguimiento detallado de la cobertura de nieve y la dinámica de la vegetación en todas las cuencas de nuestro estudio. Medimos cómo los eventos meteorológicos extremos, cada vez más frecuentes e intensos—especialmente las sequías—alteran la transferencia, el ciclo y el destino aguas abajo de elementos biogeoquímicos clave a lo largo del continuo paisajístico (desde los suelos hasta aguas aguas abajo) en cuencas de alta montaña. Estudiamos cómo la reducción del manto de nieve y el aumento de la congelación del suelo durante el invierno afectarán a los procesos del suelo y del ecosistema acuático a lo largo de las estaciones. Estos registros muestran cambios marcados en el clima y en la variabilidad del clima en las últimas décadas. La respuesta del ecosistema a estos cambios no ha sido ni simple ni lineal, sino que surge de respuestas acumulativas a dinámicas climáticas que operan en múltiples escalas temporales.

RyC-Max

Alteraciones en los ciclos biogeoquímicos de cuencas hidrográficas de alta montaña en el contexto del cambio global: implementación de un plan de monitorización.

DRYLAND

La sequía como un motor emergente de la pérdida de carbono y nutrientes en el suelo y la degradación de la calidad del agua en ecosistemas de alta montaña.

SERVICO2

Impactos del clima, la deposición de N y P y el uso del suelo sobre el agua como motor del servicio ecosistémico regulador de gases de efecto invernadero en cuencas de cabeceras.

Química atmosférica

Estudiamos cómo responden las cuencas hidrográficas y las aguas interiores a cambios en la química de la atmósfera, desde la disminución de la contaminación atmosférica provocada por las restricciones a las emisiones hasta entradas episódicas como las intrusiones de polvo saharianas.

Uno de los principales componentes del cambio ambiental global es la alteración de los flujos atmosféricos de elementos químicos. Las regiones de alta montaña actúan como «dedos fríos», concentrando la deposición atmosférica de azufre, nitrógeno, microcontaminantes orgánicos, elementos traza, metales y metaloides, lo que ha creado un legado a largo plazo de contaminación antropogénica en sus cuencas y sistemas acuáticos. Aunque algunos insumos tienen origen natural, como el polvo transportado desde regiones áridas y desérticas a través de océanos, muchos se intensifican por las actividades humanas. Las emisiones industriales, la combustión de combustibles fósiles, la agricultura intensiva y la quema de biomasa han incrementado considerablemente la carga atmosférica de nitrógeno reactivo, compuestos de azufre, metales traza y contaminantes orgánicos. Estos contaminantes se transportan a largas distancias y se depositan incluso en cuencas montañosas remotas, alterando el equilibrio químico de suelos, aguas y biota. Además, los cambios climáticos en la temperatura, los patrones de precipitación y la dinámica de la nieve modulan aún más la deposición y removilización de estas sustancias, amplificando sus impactos ecológicos y biogeoquímicos.

Estudiamos cómo responden los lagos y arroyos a los cambios en la química de la atmósfera, especialmente a la disminución de la contaminación atmosférica provocada por las restricciones federales a las emisiones. Antes de que se introdujeran restricciones de emisiones, los paisajes pirenaicos estaban expuestos a lluvias ácidas que aportaban compuestos de azufre y nitrógeno a sus suelos y aguas. Estos aportes ácidos agotaron el calcio y otros nutrientes esenciales y aumentaron la movilidad de metales tóxicos como el aluminio. Como resultado, la acidificación acuática provocó desequilibrios generalizados de nutrientes en la zona y cambios en el patrón de limitación ecológica de nutrientes en los lagos. También estudiamos el legado de la lluvia ácida en procesos ecosistémicos acuáticos como la productividad o la estructura microbiana, y estudiamos los efectos interactivos de la recuperación tras la lluvia ácida bajo el estrés del cambio climático. Finalmente, estudiamos cómo los desplazamientos inducidos por el polvo en la cantidad y estequiometría de nutrientes y contaminantes disueltos importados a cuencas de alta montaña impulsan alteraciones biogeoquímicas en lagos y arroyos.

Los paisajes pirineos experimentaron décadas de lluvias ácidas moderadas, que eliminaron calcio y otros nutrientes clave de los suelos forestales. Estudiamos el legado de la lluvia ácida en procesos forestales como el crecimiento de la vegetación, y estudiamos los efectos interactivos de la recuperación tras la lluvia ácida bajo el estrés del cambio climático. Los bosques de Hubbard Brook también se ven afectados por el aumento del dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero en la atmósfera, así como por cambios en la deposición de nutrientes como el nitrógeno y el calcio.

SERVICO2

Impactos del clima, la deposición de N y P y el uso del suelo sobre el agua como motor del servicio ecosistémico regulador de gases de efecto invernadero en cuencas de cabeceras.

RyC-Max

Alteraciones en los ciclos biogeoquímicos de cuencas hidrográficas de alta montaña en el contexto del cambio global: implementación de un plan de monitorización.

Paleolimnología

Utilizamos núcleos de sedimentos extraídos de lagos para revelar cambios a largo plazo impulsados por el clima y la influencia humana. Estos archivos naturales extienden las observaciones más allá de los registros instrumentales y proporcionan puntos de referencia para evaluar las transformaciones actuales, desde la variabilidad climática del Holoceno hasta la contaminación por plomo antigua.

Los núcleos de sedimentos recuperados de diferentes lagos nos han permitido reconstruir el clima y la influencia humana en lagos montañosos remotos y ecosistemas circundantes durante los últimos 15.000 años. Los sedimentos lacustres archivan información ambiental y ecológica mucho más allá de los límites del lago. En el contexto actual del cambio global, los sedimentos de los lagos de montaña contienen información invaluable sobre los cambios postindustriales que puede compararse con intervalos tempranos, previos a la perturbación. Las reconstrucciones paleolimnológicas nos permiten extender nuestras observaciones contemporáneas hacia atrás en el tiempo y ofrecen una referencia para evaluar la importancia de los cambios actuales. Además, los archivos de sedimentos ofrecen una visión a largo plazo de la dinámica ecológica que no puede ser capturada por series observacionales. Como la naturaleza nunca sigue el mismo camino dos veces, el cambio a largo plazo es mayor que la suma de las fluctuaciones a corto plazo. Varios núcleos recuperados de diferentes lagos nos han permitido reconstruir el clima invernal durante el Holoceno y una contaminación por plomo datada hace unos pocos milenios.

PAISAJE ACUÁTICO

El paisaje acuático como marco para la coexistencia de especies: las diatomeas como modelo.

Ecología microbiana

Utilizamos herramientas moleculares y genómicas avanzadas para estudiar cómo los microorganismos acuáticos y sedimentarios moldean y responden al cambio ambiental en ecosistemas acuáticos de alta montaña.

Estudiamos cómo los microorganismos moldean y responden al cambio ambiental en ecosistemas acuáticos de alta montaña. Estos lagos, arroyos y humedales remotos albergan comunidades microbianas altamente especializadas, adaptadas a condiciones extremas y fluctuantes de temperatura, radiación y disponibilidad de nutrientes. A pesar de su tamaño microscópico, estos organismos desempeñan papeles fundamentales en el ciclo de nutrientes, la purificación del agua y la regulación de la productividad del ecosistema. Se presta especial atención a las comunidades planctónicas y bentónicas, incluyendo cianobacterias y otros fotoautótrofos que impulsan la producción primaria en estos ecosistemas. Sus interacciones con otros microorganismos y con niveles tróficos más altos proporcionan conocimientos esenciales sobre la resiliencia de los ecosistemas y retroalimentación al cambio global. Mediante un seguimiento ecológico a largo plazo y análisis comparativos, buscamos revelar cómo la vida microbiana tanto registra como media las transformaciones ambientales en cuencas de alta montaña

Utilizamos herramientas moleculares y genómicas avanzadas para caracterizar la diversidad microbiana y seguir cómo varía la composición de las comunidades a lo largo de gradientes espaciales y temporales. Al integrar datos microbianos, químicos y físicos, pretendemos comprender los procesos que controlan los flujos de carbono y nutrientes en ambientes oligotróficos y cómo se ven afectados por el calentamiento climático, los cambios en las entradas atmosféricas y la variabilidad hidrológica.

PAISAJE ACUÁTICO

El paisaje acuático como marco para la coexistencia de especies: las diatomeas como modelo.

CIANOMONT

Floraciones de cianobacterias en lagos de alta montaña: composición, causas y consecuencias.

PyriSentinel

Explorando la biodiversidad invisible en lagos pirenaicos, centinelas del cambio climático, mediante genómica portátil de alta resolución.

Hidro-biogeoquímica

Estudiamos cómo el cambio global altera el ciclo y la transferencia de elementos biogeoquímicos clave a través del continuo atmósfera–paisaje, desde la precipitación y los suelos hasta los ríos y cuencas aguas abajo.

Estudiamos cómo el cambio global está remodelando el transporte, el ciclo y la reactividad de elementos biogeoquímicos clave —como el carbono, nutrientes y oligoelementos— a través del continuo atmósfero-paisaje, desde la precipitación y los suelos hasta los arroyos de cabecera y cuencas aguas abajo. En varias cuencas experimentales de los Pirineos Centrales, monitorizamos variables biogeoquímicas y de biodiversidad clave en la deposición atmosférica, lagos y arroyos, complementados con mediciones detalladas y experimentos que ayudan a desentrañar los mecanismos que impulsan estas respuestas ecosistémicas.

También aprovechamos tecnologías de sensores de vanguardia para captar los mecanismos rápidos y no lineales que rigen la transferencia, el ciclo y el destino de estos elementos biogeoquímicos clave a lo largo del paisaje. Al desplegar sensores ambientales de alta frecuencia a través de gradientes espaciales en nuestras cuencas experimentales, estudiamos qué eventos y lugares ejercen la mayor influencia en esta modulación y, en última instancia, en los flujos y el destino de los elementos biogeoquímicos en cuencas montañosas.

Utilizamos isótopos del agua (deuterio, tritio y ¹⁸O) para determinar la «edad» del agua, o tiempo medio de residencia (MRT), el tiempo medio que el agua pasa en una cuenca desde su depósito como lluvia o nieve. Comprender la edad del agua y las trayectorias de flujo proporciona un contexto esencial para interpretar la cuenca y la biogeoquímica acuática, ya que el tiempo de residencia hidrológica regula el transporte y la transformación de nutrientes, carbono y oligoelementos dentro de los ecosistemas montañosos.

RyC-Max

Alteraciones en los ciclos biogeoquímicos de cuencas hidrográficas de alta montaña en el contexto del cambio global: implementación de un plan de monitorización.

DRYLAND

La sequía como un motor emergente de la pérdida de carbono y nutrientes en el suelo y la degradación de la calidad del agua en ecosistemas de alta montaña.

SERVICO2

Impactos del clima, la deposición de N y P y el uso del suelo sobre el agua como motor del servicio ecosistémico regulador de gases de efecto invernadero en cuencas de cabeceras.

Variabilidad regional

Estudiamos el distrito de lagos pirenaico, que alberga más de mil lagos de alta montaña influenciados por diversos tipos de roca madre, climas y pronunciados gradientes altitudinales. Esta diversidad moldea el funcionamiento de los lagos, y los estudios a largo plazo muestran cómo el calentamiento climático y la deposición atmosférica están alterando sus ecosistemas.

Los Pirineos albergan un notable distrito lacustre que contiene poco más de mil lagos de alta montaña de más de 0,5 hectáreas, aproximadamente la mitad de los cuales se encuentran a cada lado de la cordillera. Este laboratorio natural abarca una sorprendente diversidad geológica y climática: los lagos se encuentran sobre rocas madre de granito, pizarra, esquisto, piedra caliza y origen volcánico, cada uno aportando firmas químicas distintivas a las aguas. La región también se encuentra en una encrucijada climática: las cuencas occidentales están influenciadas por el régimen atlántico húmedo, mientras que las orientales experimentan condiciones mediterráneas más fuertes.

Además de este contraste este-oeste, los lagos están distribuidos a lo largo de un gradiente altitudinal que va de unos 1.600 a casi 3.000 metros sobre el nivel del mar, lo que amplifica aún más la variación en la temperatura, la cobertura de hielo y la productividad biológica. Estos gradientes en litología, clima y altitud moldean colectivamente las características físicas, químicas y biológicas de los lagos pirenaicos, produciendo un mosaico de tipos de ecosistemas a lo largo de toda la cordillera.

Encuestas repetidas a gran escala, realizadas desde 1987 a intervalos aproximadamente decenales, han proporcionado una visión sinóptica sin precedentes de estos ecosistemas. Revelan no solo la variabilidad espacial natural de las condiciones lacustres, sino también tendencias temporales emergentes vinculadas al calentamiento climático, la deposición atmosférica y otros factores ambientales a escala regional.