Los lagos de las praderas que desaparecen y se inundan

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El entorno de las Grandes Llanuras del Norte

La provincia geomórfica de las Grandes Llanuras del Norte (NGP) del oeste de Canadá es una vasta región de América del Norte que comprende más de 350.000 km2. Esta región, que se extiende desde el Escudo Precámbrico, cerca de Winnipeg (Manitoba), hacia el oeste a lo largo de más de 1.600 km hasta las estribaciones de las Montañas Rocosas, es el corazón agrícola de Canadá y alberga la mayor parte de la población del oeste del país. El PNG se caracteriza por una topografía entre plana y suavemente ondulada y por un clima frío y semiárido. La glaciación continental del Pleistoceno ha dado lugar a una gruesa secuencia de sedimentos glaciares, glaciofluviales y glaciolacustres no consolidados que recubren el lecho rocoso sedimentario cretáceo y terciario, generalmente plano.

Desde el punto de vista de la geoquímica de los lagos salados, las dos características físicas más importantes de la región son la elevada relación entre la evaporación y las precipitaciones, y la presencia de grandes zonas de drenaje endorreico. Aunque la temperatura media anual de ~3°C implicaría unas tasas de evaporación relativamente bajas, los fuertes vientos, la baja humedad y las cálidas temperaturas estivales crean unos valores de evaporación/precipitación que suelen estar entre 3 y 10. El déficit medio anual de humedad en la región es de unos 350 mm.

Estas características climáticas combinadas con el drenaje poco integrado, en el que casi el 45% del sur de Saskatchewan y el este de Alberta es topográficamente cerrado, dan lugar a un gran número de lagos salinos de diversas morfologías y características geoquímicas. A diferencia de muchas otras zonas del mundo en las que abundan los lagos salados (p. ej, véanse los resúmenes en Jones y Bowser, 1978; Jones y Deocampo, 2003), la región de las Grandes Llanuras del norte es muy estable desde el punto de vista tectónico, no presenta un relieve topográfico llamativo ni existe una dramática diversidad litológica ni de los depósitos glaciares ni del lecho rocoso a escala local o regional.

Geoquímica de los lagos salados

La naturaleza salina de las aguas superficiales y de los depósitos lacustres asociados de las Grandes Llanuras del norte era bien conocida por los grupos aborígenes locales en la época de la expansión y el asentamiento europeos en la región durante mediados del siglo XIX. Aunque los primeros análisis químicos de las aguas de los lagos salados de esta región se publicaron en la década de 1890, no fue hasta casi medio siglo después cuando se reconoció toda la extensión y el grado de diversidad de los lagos salados. Durante más de treinta años después de la década de 1890, los únicos esfuerzos y datos científicos sobre estos lagos procedieron de geólogos económicos interesados en las reservas explotables de sales de nitrato, inicialmente, y de sodio y magnesio, después, en los lagos. De hecho, los resultados de un estudio regional de estos depósitos económicos realizado por el gobierno canadiense a principios de la década de 1920 (Cole, 1926) sigue siendo uno de los mejores y más amplios resúmenes de la hidrogeoquímica de los lagos salados.

Aunque todavía no está tan avanzado como en otras partes de Norteamérica, nuestro conocimiento de la química de las aguas superficiales de las Grandes Llanuras canadienses ha progresado algo desde estos primeros esfuerzos de reconocimiento geológico/geoquímico. En uno de los primeros estudios limnológicos sistemáticos de la región, Rawson y Moore (1944) informaron de la química del agua de 53 lagos del sur de Saskatchewan. Rutherford (1970) recopiló los datos de composición de varios centenares de lagos de Saskatchewan (incluyendo cuencas dulces y salinas). Hammer (1978) informó de la química del agua de 60 lagos salinos, principalmente perennes, del sur de Saskatchewan. Los resultados de gran parte de estos primeros trabajos regionales han sido resumidos por Northcote y Larkin (1963), Hammer (1986) y Last (1989a).
Otras contribuciones importantes que cubren áreas geográficas más pequeñas de las Grandes Llanuras son: Govett (1958) Bierhuizen y Prepas (1985), Derry et al. (2003), y Evans y Prepas (1996) en el centro y el este de Alberta; Hartland-Rowe (1966) en el sureste de Alberta; Rozkowski (1967) y Roskowska y Roskowski (1969) en la zona de Moose Mountain del sur de Saskatchewan; Lieffers y Shay (1983) y Driver y Peden (1977) en el centro de Saskatchewan; y Driver (1965) y Barica (1975; 1977) en el oeste de Manitoba. Más recientemente, los informes de Pham et al. (2008; 2009), Kelly y Holmden (2001), y Lemmen y Vance (1999) incluyeron datos de la química del agua de ~65 lagos salinos en el oeste y centro de Saskatchewan.

Ahora tenemos datos de la química de las salmueras de alrededor de 800 de los lagos salinos en el norte de las Grandes Llanuras de Canadá. Aunque la mayoría de estos datos representan análisis de muestras individuales, algunos son promedios de numerosas muestras recogidas durante un periodo de meses, años o décadas. En general, los lagos más grandes (por ejemplo, los lagos Manitoba, Quill, Manito, etc.) tienen los registros temporales más largos, que en algunos casos se remontan a principios del siglo XX. Sin embargo, ningún lago de las praderas canadienses cuenta con un registro de seguimiento continuo de más de cuatro décadas de duración. De los lagos de los que se dispone de datos, el 10% se encuentra en Manitoba, el 72% en Saskatchewan y el 18% en Alberta.

Aunque la mayoría de los lagos de las Grandes Llanuras del oeste de Canadá tienen orígenes generales similares, no obstante, las aguas muestran una considerable diversidad en términos de composición y concentración iónica. Los primeros investigadores (principalmente geólogos económicos concentrados en las salmueras más concentradas), destacaron un fuerte predominio de Na y SO4 en los lagos (por ejemplo, Cole, 1926; Tomkins, 1954a, b). Rutherford (1970) y Hammer (1978) destacaron igualmente la importancia de los componentes de sodio, magnesio y sulfato en los lagos perennes de Saskatchewan, pero también reconocieron un amplio espectro de tipos de agua sobre la base de las proporciones iónicas. Rutherford (1970) pudo relacionar la variación espacial de los tipos de agua con los gradientes climáticos dentro de la provincia y con la composición de las aguas subterráneas poco profundas.

Ahora nos damos cuenta de que no sólo existe un espectro completo de salinidades, desde el agua relativamente diluida (0,1 ppt de TDS) hasta las salmueras de más de un orden de magnitud superior al agua de mar, sino que además prácticamente todos los tipos de química del agua están representados en los lagos de la región. Aunque evidentemente es engañoso generalizar citando medias y promedios, el agua «media» de los lagos tiene unos 30 ppt de TDS y muestra (en meq%): Na≈Mg>Ca>K y SO4>HCO3>Cl>CO3.

No es de extrañar que las aguas de los lagos del norte de las Grandes Llanuras muestren un rango tan considerable en la composición y concentración iónica, teniendo en cuenta la enorme área geográfica y los diferentes entornos hidrológicos, geomórficos y climáticos. Con una gama tan amplia de salinidades, se deduce que las concentraciones de los componentes iónicos individuales también varían enormemente. Las distribuciones de frecuencia de las concentraciones de Mg, Na, Cl y SO4 en las aguas lacustres tienden a ser multimodales, a diferencia de los iones Ca y HCO3, que muestran un patrón de distribución mucho más estrecho. Los lagos ricos en sulfatos y carbonatos dominan claramente las Grandes Llanuras, comprendiendo más del 95% del total de los lagos. Esta escasez de lagos ricos en Cl hace que la región sea inusual en comparación con muchas otras zonas del mundo (por ejemplo, Australia, oeste de Estados Unidos; Eugster y Hardie, 1978; Williams, 1981). Las proporciones de cationes son mucho más diversas, con la abundancia de los tres tipos principales mostrando proporciones aproximadamente subiguales.

Como era de esperar, la mayoría de los solutos en las aguas del lago aumentan su concentración con el aumento de la salinidad total. Los iones sulfato, cloruro y sodio muestran las correlaciones más significativas desde el punto de vista estadístico con el TDS, mientras que las concentraciones de calcio y carbonato están menos directamente relacionadas con la salinidad.
Las proporciones de algunos de los solutos también muestran un cambio sistemático con la salinidad. El sulfato aumenta su proporción iónica relativa desde menos del 30% de equivalentes en los lagos diluidos hasta generalmente más del 70% en los lagos con más de 10 ppt de TDS. Las proporciones de calcio y bicarbonato + carbonato muestran una relación inversa con la salinidad, disminuyendo desde más del 70% de equivalentes en las aguas diluidas hasta casi el 5% en los lagos con más de 25 ppt de TDS.

La distribución relativamente uniforme de los lagos del norte de las Grandes Llanuras de los que se tienen datos de la química del agua nos permite examinar los contenidos iónicos sobre una base espacial. Last y Schweyen (1983) y Last (1988; 1989a) discuten estas tendencias regionales y presentan mapas isohalinos para los lagos salinos de Saskatchewan, Alberta, Dakota del Norte y Montana. Los lagos con mayores concentraciones de Na, Mg y SO4 se encuentran generalmente en el centro-este de Alberta y en el centro-oeste y sur de Saskatchewan, mientras que los lagos con altos contenidos de alcalinidad y Cl se encuentran en el centro de Alberta y oeste de Saskatchewan. Los lagos con proporciones relativamente bajas de Ca y Mg se encuentran en la parte norte y central de las llanuras.

Un enfoque de análisis estadístico: Insight Into Water Composition Controlling Factors

La composición y concentración de iones principales de estos lagos es el resultado de: (i) una compleja interacción entre los sedimentos glaciares no consolidados, el lecho rocoso y las precipitaciones/aguas de fusión en la cuenca de drenaje, (ii) la composición y la cantidad de la recarga (y la descarga) de las aguas subterráneas y el flujo de la corriente en cada cuenca, y (iii) una amplia variedad de otros procesos físicos, químicos y biológicos que operan dentro de la propia columna de agua. En general, se han adoptado varios tipos de enfoques geoquímicos para ayudar a comprender los principales factores que controlan la química de las aguas superficiales. Entre ellos se encuentran los cálculos de balance de masas, las consideraciones de equilibrio termodinámico y las evaluaciones estadísticas (véase el resumen en Drever, 1988). En el oeste de Canadá, tanto el balance de masas como los cálculos termodinámicos han demostrado ser valiosos para descifrar muchos de los procesos intrínsecos (dentro de la cuenca de drenaje) importantes en la composición del agua a escala local (por ejemplo, Roskowski, 1965; Wallick y Krouse, 1977; Wallick, 1981; Last, 1984). En cambio, a escala regional, se han aplicado con éxito diversas técnicas estadísticas para ayudar a comprender las relaciones entre la química del agua y los factores ambientales extrínsecos, como el clima, la roca madre, la geomorfología y la composición del till (por ejemplo, Dean y Gorham, 1976; Last, 1992; Winter, 1977). Sin embargo, estos enfoques estadísticos carecen de la capacidad de resolver las condiciones y procesos locales, a menudo importantes, aunque son esenciales para nuestra comprensión general del entorno geoquímico lacustre de la región en su conjunto.

Una de las formas más directas de analizar las interrelaciones dentro de un conjunto de datos es examinar las correlaciones lineales simples que existen entre los diversos parámetros. Las concentraciones de Na, Ca y Mg en las salmueras de estos lagos están todas significativamente correlacionadas de forma positiva, al igual que el SO4 y el Cl. Además, los pares de iones Mg-SO4, Mg-Cl y Na-Cl tienden a covariar fuertemente. Es importante destacar que las concentraciones de Na y SO4 no muestran una correlación lineal estadísticamente significativa, lo que sugiere que diferentes conjuntos de procesos afectan a la abundancia de cada uno de estos iones. Las proporciones de Ca y HCO3 muestran una covariación positiva significativa, mientras que las proporciones de Mg y Na, y HCO3 y SO4 están inversamente relacionadas.

Utilizando un análisis de conglomerados en modo Q (asociaciones entre lagos) Last (1992) subdividió los lagos en dos categorías principales: un grupo de lagos de alta salinidad (> 20 ppt TDS) y un grupo caracterizado por valores de TDS relativamente más bajos. Cada uno de estos grupos principales se dividió a su vez en grupos más pequeños de lagos en función de su composición de iones principales.
Al combinar una variedad de variables morfológicas (área de la cuenca, profundidad máxima), geológicas (tipo de lecho de roca, profundidad al lecho de roca, tipo de labranza), hidrológicas (área de la cuenca de drenaje, número de arroyos que entran en el lago, elevación, composición del agua subterránea) y climáticas (precipitación media anual, evaporación, temperatura) con una base de datos de la química del agua de los lagos, Last (1988, 1992) utilizó un análisis factorial en modo R para identificar un conjunto de siete factores estadísticos que explicaban más del 90% de la varianza de los datos. Estos factores estadísticos pueden interpretarse en términos de los controles intrínsecos y extrínsecos más importantes de la composición y concentración del agua a nivel regional como sigue (i) Más de un tercio de la varianza total de los datos se explica por la composición de las aguas subterráneas entrantes. (ii) La relación entre la evaporación y la precipitación de la cuenca explica alrededor del 20% de la varianza, seguida de (iii) la elevación o posición del lago dentro de la cuenca de drenaje. Las variables relacionadas con el tipo de lecho de roca, la composición de la deriva glaciar, el aporte fluvial y la morfología del lago son estadísticamente menos importantes.

Fuente de sales

En general se acepta que las aguas subterráneas desempeñan un papel muy importante no sólo en la hidrología general de los lagos salinos, sino también en el dictado de su hidroquímica. Sin embargo, con algunas excepciones notables (por ejemplo, Birks y Remenda, 1999; Freeze, 1969; Kelley y Holmden, 2001; Van der Kamp y Hayashi, 1998; Wallick, 1981), los procesos de interacción de las aguas subterráneas con las cuencas individuales de los lagos salinos en el norte de las Grandes Llanuras son todavía poco conocidos. En cambio, la composición, la variación y la hidrodinámica del agua subterránea regional se conocen razonablemente bien. Como se ha resumido en otros lugares (véanse los resúmenes en Betcher et al. (1995), Brown (1967), Lennox et al. (1988), Pupp et al. (1981), Remenda y Birks (1999), Rutherford (1967)), las composiciones del agua subterránea en la región son de varios tipos principales. La mayoría de las aguas subterráneas de los depósitos superficiales no consolidados son de salinidad baja a moderada (3 iones). En las zonas de menor precipitación (suroeste de Saskatchewan y sureste de Alberta), las aguas subterráneas poco profundas de deriva suelen estar dominadas por el ion SO4 en lugar de HCO3. Los acuíferos de roca madre poco profundos (Cretácico Superior y rocas más jóvenes) son principalmente de sodio-bicarbonato en el sur de Alberta, de calcio-magnesio-sodio-sulfato en Saskatchewan y de calcio-magnesio-sodio-bicarbonato en el oeste de Manitoba. El lecho rocoso más profundo del Paleozoico y del Cenozoico contiene agua con una salinidad mucho mayor (hasta 300 ppt de TDS) que suele estar dominada por el Na y el Cl.
Aunque hay poco desacuerdo en que las aguas subterráneas son un factor importante en la hidrología de los lagos salados, el origen específico y la fuente última de los iones en los lagos de las Grandes Llanuras del norte han sido temas de considerable discusión. Algunos de los primeros trabajos sugirieron que las evaporitas paleozoicas profundamente enterradas que se encuentran en el subsuelo podrían ser una posible fuente de las sales de los lagos. Grossman (1968) demostró que existe una correlación entre la ocurrencia de depósitos de sulfato de sodio en los lagos en la superficie y la presencia y tendencias de varias unidades de sal en la Formación Devónica de la Pradera en la región. Por el contrario, el lecho rocoso cretáceo y terciario poco profundo, a diferencia de la secuencia paleozoica profunda, ha sido implicado como fuente de al menos algunos de los componentes disueltos en los lagos (Cole, 1926; Sahinen, 1948; Wallick y Krouse, 1997).
Por último, en lugar de invocar las fuentes del lecho rocoso, existe un apoyo considerable para que la fuente de los iones sean los depósitos cuaternarios dentro de los cuales se encuentran los lagos inmediatamente (Kelley y Holmden, 2001; Rozkowski, 1967; Rutherford, 1970). Una variedad de reacciones fisicoquímicas y bioquímicas, incluyendo el intercambio de cationes, la disolución de feldespatos, y la precipitación de fases autígenas de sulfato, carbonato y silicato en los lechos, pueden ser documentadas para apoyar esta última hipótesis. Además, muchos investigadores (p. ej, Freeze, 1969; Last, 1984b; Rueffel, 1968a; Rueffel, 1968b; Witkind, 1952) han destacado la estrecha asociación de las salmueras lacustres más salinas con los valles preglaciales y glaciares enterrados, y han concluido que estos valles enterrados actúan como conductos para las aguas subterráneas que suministran material disuelto a los lagos.

Otras consideraciones importantes

Variación temporal a corto plazo:

Un factor importante que complica la caracterización de la química de los lagos salados del PNG es que muchos de los lagos presentan características de playa, llenándose de agua durante la primavera y principios del verano y secándose completamente a finales del verano u otoño. Last y Ginn (2005) estiman que el 85% de los lagos salados de esta región están influidos por este tipo de ciclo hidrológico estacional. Esta fuerte estacionalidad de los niveles de agua da lugar a cambios drásticos tanto en las concentraciones como en las proporciones de los iones, como demuestran numerosos estudios. Por ejemplo, el lago Ceilán, una playa dominada por la sal en el sur de Saskatchewan, experimenta anualmente cambios en la concentración de unos 30 ppt de TDS a más de 300 ppt (Last, 1990). Este lago también muestra fluctuaciones dramáticas en las proporciones iónicas sobre una base estacional de un tipo Ma-(Mg)-SO4-HCO3 a principios de la primavera a una composición Mg-(Na)-Cl-SO4 para el otoño (Last, 1989b). Hammer (1978, 1986) y Last (1984a) resumen los cambios temporales a corto plazo en la salinidad y la química de varios otros lagos salinos de la región. Desgraciadamente, sólo unas pocas cuencas del norte de las Grandes Llanuras se han sometido a un muestreo periódico detallado durante un período de años.

Evolución de la salinidad:

La composición de cualquier salmuera lacustre de cuenca cerrada está determinada en última instancia por dos factores principales: (i) los solutos son adquiridos por las aguas de entrada diluidas a través de procesos de meteorización y por la lluvia atmosférica, y (ii) la posterior evaporación y concentración de iones conduce a la precipitación de minerales, lo que afecta aún más a la composición final de la salmuera. Este último cambio en la composición del agua del lago se denomina evolución de la salmuera y ha sido objeto de considerable interés científico (por ejemplo, Jones, 1966; Jones y van Denburgh, 1966). Trabajando con aguas naturales de la región de Sierra Nevada, en el oeste de Estados Unidos, Garrels y McKenzie (1967) señalaron por primera vez que la precipitación mineral, provocada por la concentración evaporativa, es el principal control de la evolución de la salmuera. Posteriormente, Hardie y Eugster (1970) generalizaron el esquema evolutivo y concluyeron que existen tres vías principales de evolución de las salmueras que dan lugar a cinco tipos de salmueras dominantes en las cuencas lacustres evaporíticas.

Aunque se han producido muchas modificaciones del esquema evolutivo básico de Hardie-Eugster, la contribución más importante del modelo es la de la división química. Una división química es un punto en la secuencia de evolución de una salmuera en el que la precipitación de un mineral agota el agua en ciertos cationes o aniones y la evaporación posterior mueve la solución a lo largo de un camino distinto. El resultado de este proceso es que las pequeñas diferencias en las proporciones iónicas en la composición inicial diluida del lago se amplifican a medida que el agua del lago evoluciona y producen salmueras de composición diferente y diversa.
Debido a su solubilidad relativamente baja, los carbonatos de calcio (calcita, aragonito) suelen ser los primeros en precipitar; éstos comprenden la primera división de la mayoría de las salmueras continentales. Las proporciones de Mg, Ca y HCO3 en la solución madre diluida determinan entonces la vía de evaporación posterior y la relación Mg/Ca determina qué mineral carbonatado específico precipitará. Si el calcio está enriquecido en relación con la alcalinidad del carbonato, entonces la salmuera seguirá la vía I después de que el precipitado inicial de CaCO3 se divida. La evaporación posterior de este tipo de salmuera conducirá a una segunda división: la precipitación de yeso. Después de esto, la evolución posterior estará controlada por las proporciones relativas de Ca y SO4 (es decir, las vías III y IV).
Sin embargo, si el HCO3 está enriquecido en comparación con el Ca en la solución de entrada diluida, entonces la evolución de la salmuera seguirá la vía II después de la división inicial. En esta vía, el calcio se agotará finalmente dejando un exceso de HCO3, que, a su vez, puede combinarse con el Mg y el Na para producir una variedad de evaporitas complejas de Na-Mg-carbonato-sulfato. Una segunda división en esta vía de evolución es la de la sepiolita. La evolución posterior de la salmuera después de esta división está controlada por las concentraciones relativas de Mg2+ frente a HCO3-. Si la concentración de magnesio es mayor que la alcalinidad restante, la salmuera evolucionará a un miembro final de sulfato o cloruro (V). A la inversa, el agua se convertirá en una salmuera de carbonato alcalino (VI) si el magnesio es menor que la alcalinidad de HCO3 después de la precipitación de la sepiolita.
Aunque este modelo funciona bien en teoría y los principios de las divisiones químicas y las trayectorias evolutivas son válidos, es evidente que el modelo es una simplificación excesiva de una serie compleja de procesos sedimentarios y geoquímicos. Sólo hace relativamente poco tiempo que hemos empezado a comprender esta complejidad (por ejemplo, Drever, 1988; Herczeg et al., 2001; Jones y Deocampo, 2003). De hecho, pocas salmueras continentales siguen realmente alguna de las trayectorias esbozadas en este modelo. Por ejemplo, en la vía II, el silicato de Mg (sepiolita) rara vez se encuentra como mineral primario y, por tanto, no parece una división razonable. Además, el modelo implica que sólo un número relativamente pequeño de tipos de salmuera evolucionará a partir de una afluencia diluida típica; esto claramente no es el caso y hay muchos tipos de salmuera comunes no representados. Por ejemplo, la salmuera típica Na-Mg-SO4-HCO3 que es muy común en el norte de las Grandes Llanuras no está representada.

Sin embargo, debido al amplio espectro de tipos de química del agua que exhiben los lagos de las Grandes Llanuras, estos lagos proporcionan información crítica para ayudar a entender mejor la evolución de la salmuera continental. Dado que los minerales salinos responden termodinámica y cinéticamente incluso a cambios relativamente menores en la composición de la salmuera, las cuencas de las Grandes Llanuras que tienen secuencias relativamente gruesas y continuas de evaporitas del Holoceno proporcionan una visión de una compleja serie de secuencias evolutivas. Last (1995) utilizó el análisis de cadenas de Markov para identificar cuatro secuencias aniónicas generalizadas y cinco secuencias catiónicas en las evaporitas del Holoceno de varias docenas de lagos de las Grandes Llanuras. La ciclicidad más común entre los aniones (que se da en ~50% de los lagos) es: CO3 → CO3-SO4 → SO4. Esta secuencia de aniones estaba mejor representada en el lago Ceilán, en el centro-sur de Saskatchewan, por lo que se denominó tipo Ceilán. Las otras tres secuencias aniónicas, que ocurren con menos frecuencia, son:
Tipo Alsak (~20%): CO3 → Cl-SO4 → SO4
Tipo Metiskow (~10%): SO4 → CO3-SO4 → CO3
Tipo Waldsea (~10%): SO4 → CO3
Las secuencias evolutivas de cationes presentes en los 24 lagos del estudio eran considerablemente más complejas que las secuencias de aniones y alrededor del 20% de las secciones estratigráficas no mostraban tendencias composicionales temporales estadísticamente significativas. Las secuencias catiónicas más comunes presentes en cerca del 60% de los lagos, son del tipo Lydden (33%): Ca → Ca-Mg → Na → Na-Mg-Ca y el tipo Ingebright (28%): Na-Mg → Ca-Na-Mg → Na-Mg → Nafollowed by:
Tipo Metiskow (~15%): Ca → Na-Mg → Ca-Mg-Na → Na
Tipo Little Manitou (~10%): Ca-Mg → Mg-Na → Mg
Tipo Freefight (~5%): Ca → Mg-Ca → Mg-Na
Debido a la complejidad de la interacción entre los procesos intrínsecos (es decir, los procesos sedimentarios, geoquímicos, hidrológicos y biológicos que operan dentro de la propia cuenca del lago) y los procesos extrínsecos (es decir, los factores «externos», como el cambio climático, la modificación de la cuenca de drenaje), la identificación de los mecanismos causales de estas diversas secuencias evolutivas no es sencilla. Está claro que es necesario recoger muchos más datos cuantitativos de las evaporitas de estos y otros lagos salinos de la región para explicar y modelar adecuadamente las tendencias de composición observadas.
Procesos biológicos que afectan a la química de los lagos salados: En general, los procesos biológicos en los lagos salados del oeste de Canadá son similares a los de las aguas dulces permanentes, a pesar de sus extremos físicos y químicos. La biota, sin embargo, difiere significativamente entre los lagos dulces y los salinos (Hammer, 1986). A bajas salinidades, la composición de especies de los lagos salados es comparable a la de sus homólogos de agua dulce (Evans, 1993). A medida que aumenta la salinidad, la diversidad de especies disminuye (Haynes y Hammer, 1978), y cuando las salinidades alcanzan valores extremadamente altos, la diversidad de especies se vuelve muy baja. En estas salinidades elevadas, el lago suele estar dominado únicamente por organismos halotolerantes.

Los lagos salinos e hipersalinos presentan algunas de las tasas de productividad orgánica más elevadas del mundo (Warren, 1986). A salinidades moderadas y altas (30-100 ppt TDS), los principales contribuyentes a esta biomasa son las algas verdes y las cianobacterias. A salinidades más elevadas, las bacterias halófilas dominan el ecosistema.
Muchos procesos biológicos pueden afectar a la química de los lagos salinos. Por ejemplo, la fotosíntesis de las plantas acuáticas, la amonificación, la desnitrificación, la reducción del sulfato y la oxidación anaeróbica del sulfuro provocan un aumento del pH a medida que la flora utiliza el dióxido de carbono y un incremento de la concentración de HCO3. La descomposición de los organismos, a su vez, puede conducir a una liberación de iones como el Mg y el Ca, así como a niveles elevados de HCO3 creando condiciones favorables para la precipitación de carbonatos (Castanier, 1999; Riding, 2000; Visscher et al., 1992).
Los organismos que pueden prosperar a altas salinidades en un lago salino están muy restringidos. La vida a altas concentraciones de sal requiere una energía considerable para mantener el pronunciado gradiente de iones a través de la membrana necesario para la osmorregulación (Orhen, 2002). El tipo específico de metabolismo también determina el límite de concentración de sal que puede soportar un organismo. Así, en la mayoría de los entornos lacustres salinos, a medida que aumenta la salinidad, disminuye la diversidad de organismos.

La composición iónica también afecta a la diversidad de especies. El cloruro, el bicarbonato y el sulfato son los más importantes en el control de la composición de especies de los lagos salados (Herbst, 2001). El sorprendente aumento de la proporción de SO4 con el aumento de la salinidad en los lagos de las Grandes Llanuras del norte significa que las bacterias reductoras de sulfato (SRB) son un taxón dominante. La reducción del sulfato por parte de las SRB conduce a la producción de iones de bicarbonato y, por tanto, a la generación de alcalinidad según SO42- + 2CH2O → HS- + 2HCO3-, donde 2CH2O representa la materia orgánica. Los efectos directos que tienen las SRB en el medio ambiente (es decir, reducción de sulfato y producción de H2S y alcalinidad) pueden, a su vez, afectar directamente la solubilidad y precipitación/disolución de una amplia variedad de minerales, incluyendo carbonatos, silicatos, óxidos, sulfuros y muchas evaporitas Así, la reducción bacteriana de sulfato es un importante proceso de mineralización en los sistemas salinos e hipersalinos del oeste de Canadá.

Cuando se produce el producto final de la reducción del sulfato, S2-, el destino del sulfuro es clave para determinar si ciertos minerales precipitarán o no (Castanier, 1999). Si el sulfuro generado se desgasifica, el proceso de reducción de sulfato resultará en un aumento del pH en el medio acuoso, favoreciendo así la precipitación de minerales de carbonato. Del mismo modo, si el sulfuro es absorbido por los microbios que oxidan el sulfuro, el pH también aumentará y el carbonato precipitará. Por el contrario, si el sulfuro se oxida de nuevo a sulfato dentro del medio acuoso, se puede formar un ácido fuerte, H2SO4, que disminuye el pH y desalienta la precipitación de carbonato. Finalmente, si el sulfuro permanece en el ambiente, el pH disminuirá y no se precipitará carbonato.
El papel de estos organismos en los ecosistemas de los lagos salinos del norte de las Grandes Llanuras son áreas críticas de investigación, especialmente con respecto a su papel potencialmente importante en la formación y diagénesis de los minerales de carbonato. Una mejor comprensión de los procesos de biomineralización en estos lagos proporciona una visión importante de la evolución de los sistemas salinos y permitirá el desarrollo de proxies críticos para los cambios en las condiciones ambientales. Además, estos procesos de biomineralización nos ayudarán a entender mejor qué buscar en la búsqueda de vida en ambientes extraterrestres.

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