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Fabricantes y proveedores de sensores de clorofila
Sea-Bird Scientific
Sensores de alta precisión, CTD multiparamétricos y sistemas integrados para la investigación y vigilancia del medio marino
Gold Partner
Xeos by Satlink
Balizas y equipos de seguimiento telemétrico para aplicaciones marinas y en alta mar
Gold Partner
Teledyne Valeport
Sensores oceanográficos de alta precisión y soluciones de medición hidrográfica para plataformas marinas y submarinas
Gold Partner
Chelsea Technologies
Soluciones avanzadas de monitorización de la calidad del agua y de detección medioambiental
Silver Partner
AML Oceanographic
Instrumentación hidrográfica y oceanográfica modular para estudios, investigación y operaciones marítimas autónomas
Silver Partner
Panorama general de los sensores de clorofila para la vigilancia y la investigación oceánicas
Introducción a los sensores de clorofila
Los sensores de clorofila son instrumentos ópticos que se utilizan para detectar y monitorizar la clorofila en entornos acuáticos, en particular la clorofila a, el principal pigmento fotosintético que se emplea habitualmente como indicador de la biomasa de fitoplancton. La mayoría de los instrumentos in situ miden la fluorescencia de la clorofila y utilizan la señal óptica resultante como indicador de la concentración, lo que permite realizar observaciones rápidas y continuas a lo largo de toda la columna de agua mediante una estimación derivada ópticamente, en lugar de una medición directa del pigmento extraído.
SWiFT SVPplus Chlorophyll a de Teledyne Valeport
Las mediciones in situ de clorofila proporcionan una mayor cobertura espacial y temporal que los análisis de laboratorio basados únicamente en muestras extraídas, aunque las muestras discretas siguen siendo importantes para la calibración y la validación. La concentración de clorofila también debe distinguirse de la fisiología del fitoplancton, ya que la fluorescencia puede variar en función de la composición de las especies, la exposición a la luz, las condiciones de nutrientes, el estado fotosintético y el apagamiento no fotoquímico, así como de la abundancia de pigmentos.
Principales tipos de sensores de clorofila oceánica
Fluorómetros de clorofila de un solo canal
Los fluorómetros monocanal utilizan una longitud de onda o banda de excitación definida para estimular la fluorescencia de la clorofila y detectar la emisión resultante en longitudes de onda más largas. Su arquitectura óptica relativamente sencilla los hace adecuados para la elaboración de perfiles rutinarios, estaciones de monitorización fijas, sondas multiparamétricas y plataformas oceánicas autónomas. Por lo general, se opta por un sensor de clorofila a de un solo canal cuando el requisito principal es la estimación continua de la concentración de clorofila, más que una caracterización detallada de la composición de los pigmentos o de la fisiología fotosintética. La calibración local mejora las estimaciones cuantitativas.
Fluorómetros multilongitud de onda y multiespectrales
Los fluorómetros multibanda y multiespectrales analizan la muestra utilizando más de una banda óptica. Las diferencias en las características de excitación y fluorescencia de los pigmentos fotosintéticos pueden proporcionar información adicional sobre la composición del fitoplancton y pueden facilitar una distinción general entre grupos con diferentes pigmentos accesorios, aunque esto no proporciona una identificación taxonómica directa. La interpretación sigue dependiendo de la composición de las especies, el estado fisiológico, la interferencia óptica y la calibración, por lo que las mediciones multiespectrales suelen resultar más útiles cuando se combinan con observaciones biológicas o químicas independientes.
Sensores de fluorescencia variable
Los sensores de fluorescencia variable miden los cambios en la fluorescencia a medida que el fotosistema II responde a una excitación controlada. La fluorometría de alta frecuencia de repetición (FRRF) aplica secuencias rápidas de pulsos de luz para caracterizar las respuestas fotosintéticas en escalas de tiempo muy cortas. En lugar de funcionar únicamente como detectores de clorofila, los instrumentos FRRF pueden derivar parámetros asociados a la eficiencia fotoquímica y al transporte de electrones, lo que los hace útiles para estudios sobre la fisiología del fitoplancton, el rendimiento fotosintético y la productividad.
Sensores de clorofila espectrales y basados en la absorción
Los sensores espectrales y basados en la absorción caracterizan cómo los pigmentos del fitoplancton afectan a la luz en longitudes de onda seleccionadas, en lugar de basarse exclusivamente en la fluorescencia emitida. Estas técnicas pueden proporcionar información más amplia sobre la absorción de los pigmentos y sus propiedades ópticas inherentes. Las mediciones pueden seguir viéndose influidas por partículas en suspensión, materia orgánica disuelta coloreada (CDOM), la longitud del recorrido óptico, la dispersión y la configuración del instrumento, por lo que la tecnología más adecuada depende del producto de datos requerido y del entorno de despliegue.
Aplicaciones de los sensores de clorofila en las ciencias oceánicas
Biomasa, distribución y productividad del fitoplancton
Las mediciones de clorofila en entornos oceánicos ayudan a los investigadores a cartografiar la distribución del fitoplancton tanto en el plano horizontal como a lo largo de la columna de agua. Los perfiles de alta resolución permiten identificar estructuras, como los máximos de clorofila subsuperficiales, que no resultan evidentes a partir de las observaciones superficiales por sí solas. La clorofila por sí sola no mide directamente la productividad primaria. Cuando se combinan con datos de irradiancia, nutrientes, oxígeno y datos hidrográficos, las mediciones de clorofila pueden respaldar los estudios sobre los factores ambientales que controlan la biomasa y la productividad del fitoplancton.
Seguimiento de las algas y de las floraciones de algas nocivas (HAB)
Las mediciones continuas de clorofila permiten identificar aumentos o disminuciones rápidas en la abundancia de fitoplancton y facilitan la detección, el seguimiento y la caracterización de las floraciones de algas. Un nivel elevado de clorofila por sí solo no determina que una floración sea nociva ni identifica los organismos implicados. Por lo tanto, un sistema de seguimiento de HAB puede combinar la detección de clorofila con la fluorescencia específica de pigmentos, la microscopía, el análisis molecular, las mediciones de toxinas u otras técnicas biológicas.
Calidad de las aguas costeras y eutrofización
La concentración de clorofila en el océano es un parámetro biológico importante en el seguimiento de la calidad de las aguas costeras y estuarinas, ya que el enriquecimiento de nutrientes puede estimular el crecimiento del fitoplancton. Los sensores fijos, las boyas, los perfiladores y las plataformas móviles permiten caracterizar los patrones estacionales y los cambios de corta duración en torno a las descargas fluviales, las zonas de afloramiento, las áreas de acuicultura y otros entornos dinámicos. La medición continua resulta especialmente valiosa cuando las condiciones biológicas cambian más rápidamente de lo que permiten captar los programas de muestreo convencionales.
Investigación sobre biogeoquímica marina y el ciclo del carbono
Sensor de excitación roja para clorofila A y B de AML Oceanographic
La producción primaria del fitoplancton influye en las redes tróficas marinas y en la transformación y el movimiento del carbono a través del océano. Las observaciones de clorofila proporcionan un contexto biológico para las mediciones de oxígeno disuelto, nutrientes, materia particulada, irradiancia y química del carbono inorgánico. Los conjuntos de datos integrados ayudan a los investigadores a estudiar cómo la circulación, la mezcla, el aporte de nutrientes, la disponibilidad de luz y otras condiciones ambientales influyen en las comunidades de fitoplancton y en los procesos biogeoquímicos marinos.
Color del océano y seguimiento a largo plazo de los ecosistemas
Las mediciones in situ constituyen un importante nexo de unión entre las observaciones biológicas subsuperficiales y los productos de color del océano derivados de la teledetección por satélite. Los flotadores, los planeadores, los amarres, los buques y los observatorios fijos pueden recopilar datos de clorofila oceánica con resolución en profundidad que complementan las mediciones satelitales centradas en la superficie. La combinación de estas fuentes permite analizar la variabilidad estacional, los cambios en los ecosistemas, la productividad regional y los patrones globales de clorofila oceánica a lo largo de escalas temporales prolongadas.
Plataformas de despliegue para detectores de clorofila
Las sondas y los sensores de clorofila pueden integrarse en diversas plataformas oceanográficas, en función del rango de profundidad requerido, la cobertura espacial, la autonomía y la frecuencia de muestreo.
- Rosetas CTD y sistemas de perfilado: Las mediciones de clorofila pueden recopilarse junto con datos de conductividad, temperatura, profundidad, oxígeno y muestras discretas de agua durante los perfiles verticales.
- Amarrados fijos y observatorios oceánicos: Los sensores instalados de forma permanente o estacional proporcionan mediciones continuas en series temporales en ubicaciones y profundidades seleccionadas.
- Boyas de datos y estaciones de seguimiento costero: Las instalaciones en superficie y cerca de la superficie permiten la observación continua de las condiciones de las aguas costeras, estuarinas y de la plataforma continental.
- Flotadores de perfilado y plataformas biogeoquímicas Argo: los flotadores autónomos recogen perfiles repetidos de clorofila durante largos periodos de despliegue y amplían las observaciones a regiones en las que resulta difícil realizar muestreos rutinarios mediante buques.
- Planadores oceánicos: Los sensores de clorofila de bajo consumo pueden cartografiar la variabilidad biológica a lo largo de transectos extensos, al tiempo que realizan perfiles repetidos de la capa superior del océano.
- Vehículos submarinos autónomos (AUV): Los AUV pueden recopilar mediciones de clorofila de alta resolución a lo largo de trayectorias de prospección tridimensionales programadas.
- Vehículos de superficie no tripulados (USV): Las plataformas de superficie pueden facilitar observaciones regionales continuas al llevar sensores de clorofila junto con instrumentos oceanográficos y meteorológicos complementarios.
La integración de las plataformas también debe tener en cuenta la profundidad nominal de los sensores, el consumo energético, la frecuencia de muestreo, la geometría óptica, el riesgo de bioincrustaciones, las interfaces de datos y el acceso para el mantenimiento o la calibración.
Normas y métodos de referencia pertinentes
Los métodos de referencia y los procedimientos de control de calidad documentados ayudan a los investigadores a validar las mediciones de los sensores y a mejorar la comparabilidad entre instrumentos, plataformas y programas de seguimiento.
- ISO 10260:1992: Esta norma internacional especifica la determinación espectrométrica de la clorofila-a tras la recogida y extracción de los pigmentos de las algas. Proporciona un contexto de método de referencia de laboratorio, más que una especificación para sensores in situ.
- Procedimientos del ICES para la clorofila-a: Las directrices del ICES abordan la recogida de datos de clorofila, la calidad analítica, el control de calidad, la presentación de informes y el tratamiento de datos. Estos procedimientos favorecen la comparabilidad, más que definir una calibración universal para los fluorómetros in situ.
- Procedimientos de control de calidad del BGC-Argo: Las mediciones de fluorescencia procedentes de flotadores de perfilado requieren un procesamiento específico, ya que las desviaciones de los sensores, la calibración de fábrica, el apagamiento no fotoquímico y las relaciones regionales entre la fluorescencia y la clorofila-a pueden influir en las concentraciones comunicadas.
El procedimiento de referencia adecuado debe ajustarse a la tecnología del sensor, las condiciones de despliegue, la calidad de datos requerida y el uso científico previsto de las mediciones.
Novedades en la detección de clorofila
Los avances en la instrumentación óptica están ampliando el abanico de información biológica disponible a partir de las mediciones de clorofila, al tiempo que mejoran su idoneidad para la observación oceánica autónoma y de larga duración.
- Mediciones hiperespectrales y multiespectrales avanzadas: una mayor resolución espectral puede proporcionar información más detallada sobre las características de absorción y fluorescencia de los pigmentos que los instrumentos convencionales de un solo canal.
- Mejora en la discriminación de grupos funcionales del fitoplancton: las múltiples longitudes de onda de excitación y el análisis espectral pueden proporcionar información adicional sobre la composición general del fitoplancton cuando se respaldan con una validación biológica adecuada.
- Mediciones autónomas de fluorescencia variable: los instrumentos compactos y de menor consumo energético están haciendo que las mediciones de la fisiología fotosintética resulten más prácticas desde plataformas de observación móviles y permanentes.
- Mejora de la mitigación de la bioincrustación para observaciones a largo plazo: los sistemas de limpieza mecánica, los métodos antiincrustantes y un diseño óptico mejorado pueden ayudar a reducir la degradación de la calidad de los datos durante despliegues prolongados.
Estos avances están ampliando la detección de clorofila más allá de la estimación rutinaria de la concentración de clorofila en el océano, hacia una observación más integrada de la abundancia, la composición, la fisiología y la variabilidad ecológica del fitoplancton.
