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The Effects of El Niño on Marine Life
(Released December 1997)

 
  by Amy L. Forrester  

versión Español

Glossary

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Overview

Fishermen along the coasts of Peru and Ecuador have observed the phenomenon of El Niño for centuries. They noticed a warm ocean current that flowed along their coast every year during the months of December and January and during this interval fish would be less abundant. However, every few years fish in these coastal waters would virtually vanish causing a halt to their fishing businesses. The fisherman used the term El Niño, which is Spanish for the little boy, because of its tendency to arrive around Christmas time. It has since been used to describe the more severe intervals that appear every 2-7 years, with varying intensity.

Once thought to affect only a narrow strip of water off Peru, El Niño was soon recognized as a large-scale oceanic warming that affects most of the Tropical Pacific. It then became clear that El Niño was normally accompanied by a change in atmospheric circulation called the Southern Oscillation, and that the Peruvian event was just the first noticeable occurrence of an event of much wider significance. Together, the effects from El Niño-Southern Oscillation (ENSO) have an impact on fisheries and marine life, as well as climatic conditions around the globe.

The key element of the El Niño phenomenon is the interaction between the sea surface and winds (the ocean-atmosphere system). Normally, the trade winds blow east to west across the Tropical Pacific. These winds push the top layer of water along with it and pile up warm surface water in the western Pacific. This results in a sea surface that is about 0.5 m higher at Indonesia than at Ecuador and a sea surface temperature that is about 8° C higher in the west. As the surface water moves away from the coast of South America, colder, nutrient-rich water comes up from below to replace it, a phenomenon known as upwelling. As the trade winds continue to blow westward, the thermocline, the boundary between the warm surface water and deep cold water, is raised almost completely up to the surface in the east and is depressed in the west. This nutrient-rich deep water mixes with the surface water that supports the high level of primary productivity responsible for the diverse marine ecosystems and major fisheries found in the area.

During El Niño the trade winds weaken and warm water moves back east in a slow wave. This leads to a depression of the thermocline in the eastern Pacific and an elevation of the thermocline in the west. Coastal upwelling along South America is no longer able to tap into the cold, nutrient-rich water from beneath it, thus reducing the supply of chemical nutrients to the euphotic zone. As a result of this decrease in nutrients, there is a drastic decline in phytoplankton production, which in turn adversely affects all the creatures at higher levels of the marine food chain.

The weakening of the easterly trade winds during El Niño also affects the climate. As the upwelling slows, the sea surface temperature rises and warms the moist air above the ocean. Rainfall follows the warm water eastward and results in flooding in Peru and drought in Indonesia and Australia. These climatic aberrations are called teleconnections because statistical correlations have been found between these atypical weather events and El Niño. The eastward displacement of the atmospheric heat source changes the global atmospheric circulation. This in turn forces changes in weather in regions far removed from the Tropical Pacific.

The greatest biological impact of El Niño is upon the fisheries in the coastal regions of the eastern Pacific. But the effects of El Niño have been observed in a wide variety of marine life and even as far south as Antarctica, more than 6,000 km away. The decline in coastal upwelling causes a reduction in primary production, which in turn decreases the food available to the natural fish population. These combined with an increasing sea surface temperature during El Niño encourages fish located in coastal areas to migrate north and south in search of cooler waters and food. Migrating fish tend to find themselves in waters much to cold for them to survive. The fish that do not leave the region move from the surface waters deeper into the water column, becoming inaccessible to predators, such as birds and to fishing trawlers using existing fishing gear. Fish unable to migrate die from lack of food or intolerable temperature elevations.

Another factor of El Niño that alters coastal fish populations is the increase in rainfall along the South American coast. This results in an increase in turbidity and a decrease in salinity from an enhanced river discharge which brings with it large amounts of sediment and fresh water. The fish either leave their coastal habitat or die from unendurable water conditions.

It is often reported that the collapse of the Peruvian anchovy industry in the early 1970s was a direct result of the El Niño of 1972-73. During this El Niño, the anchovy population dropped from 20 million to 2 million. Not only did this collapse the industry that was based on this resource, but it also reduced the population of marine birds that fed on the anchovy and allowed sardines and jack mackerel to move into the area which created a multispecific pelagic ecosystem. The 1982-83 El Niño, which was considered the strongest El Niño thus far this century, affected all of the main pelagic resources leading the Peruvian fishery to its lowest record of catches.

In its long-range effects upon fisheries, the 1982-83 El Niño is thought to have been responsible for mackerel migrating further north than usual and preying on juvenile salmon stocks off the coast of North America. It has also been linked to variations in the migration pattern of sockeye salmon in British Columbia, which resulted in increased predation upon the species. In contrast to reduced catches, Alaskan salmon fisherman in the North Pacific Ocean reported bountiful catches. In the western Pacific, increased amounts of phytoplankton in the East China Sea moved the central fishing grounds toward the coast increasing the sardine catch 10 times higher than the average.

The changes in distribution patterns of the fisheries have an outcome on other marine life. In the Weddell seal population in Antarctica, researchers noticed that the number of births decline every four to six years, coinciding with El Niño events. They believe that the seal population decline may result from changes in the fish populations caused by shifts in ocean currents. Following the 1982-83 El Niño, a dramatic reduction in the number of California sea lions occurred at Santa Catalina Island, California. Another change in cetacean population was a decline in pilot whale numbers followed by an increase in abundance of Risso's dolphins. The limited food source in the area resulted in competitive displacement, which prevented co-occurrence of these species in a restricted geographic area.

The 1982-83 El Niño was responsible for many ecological effects on other marine resources. The eastern Pacific region suffered massive coral bleaching, events and mortalities that have tragic results for the coral reef community. The increased sea surface temperatures and the rainfall-induced salinity changes in the water are believed to be the underlying causes for the incidents of coral death in the eastern Pacific. In the western Pacific, the decrease in sea level was responsible for exposing and destroying the upper layers of the coral reefs that surround many islands.

During the 1982-83 El Niño it is estimated that up to 85% of the sea bird population in Peru was killed. The causes of this mortality are difficult to determine because the information available is preliminary and limited. However, some factors which may contribute negatively to the sea bird population are: flooding of nesting sites, changing atmospheric circulation patterns, increasing sea surface temperatures, and migration of their primary food source, fish.

In spite of the destructive nature of El Niño, some marine creatures do benefit form the disturbances brought upon by the phenomenon. As a result of the 1982-83 El Niño, scallops accelerated their growth and reached enormous densities. Purple snails and octopuses became more common and the shrimp fishery reached its highest level. This is most likely the result of increased run-off from the rivers, due to increased rainfall, which provided a greater abundance of nutrients and decreased predation from a dispersed fish population.

The ability to anticipate how climate will change from one year to the next will lead to better management of fisheries, water supplies, agriculture, and other resources. Scientists are now producing numerical prediction models to indicate how the ocean-atmosphere system might evolve over the next few seasons or years. By incorporating climate predictions into management decisions, humankind is becoming better adapted to the irregular rhythms of climate. While the forecasts of El Niño are clearly of direct value to fisheries in the productive regions of Ecuador, Peru, and Chile, more accurate prediction of El Niño will also be very valuable for countries located outside the tropics, such as Japan and the United States. A reduction of the fish population reduces the amount of fishmeal produced and exported (by local industry) to other countries for feeding poultry and livestock. If the world's fishmeal supply decreases, more expensive alternative feed sources must be used, resulting in an increase in poultry and cattle prices worldwide. The foreknowledge of probabilities of anchovy catches would allow, for example, more stable pricing strategies for world supplies of cattle protein and would forgo the type of rapid rise of cattle protein prices after the 1982-83 El Niño.

El Niño forecasts in fisheries management could help coastal ecosystem managers to distinguish between changes in populations due to anthropogenic factors or changes from natural conditions. Although intense fishing pressure remains a major reason many fisheries ultimately become unproductive and uneconomical, fishing is usually neither the sole, nor necessarily even the primary force behind the fluctuations of the marine resource populations affected by El Niño.

Regardless, population collapse and the inability of the fishing industry to recover would certainly be accelerated by further exploitation. More accurate predictions of El Niño could help ecosystem managers to mitigate the cyclic event and prevent increased ecological disturbances. To respond to the impact of an unexpected El Niño by using measures such as closing the fishing season after the population has declined, will continue to be ineffectual and costly.

Recent predictions report that the 1997-98 El Niño is shaping up to be one of the biggest in 50 years. It will provide scientists with a natural laboratory to increase our understanding of El Niño and its aftermath. With widespread distribution of current forecast results and unprecedented levels of mainstream media attention, it is safe to say that the 1997-98 El Niño will be the most closely watched event by scientists and decision-makers alike.

Glossary

Versión Español

Los pescadores a lo largo de las costas del Perú y Ecuador han observado al fenómeno de El Niño durante siglos. Ellos notaron que cada año una corriente oceánica caliente corría a lo largo de sus costas durante los meses de Diciembre y Enero, intervalo durante el cual los peces podrían ser menos abundantes. Sin embargo, cada cierto numero de años los peces en esas aguas costeras virtualmente desaparecían provocando la suspensión de la actividad pesquera. Los pescadores nombraron al fenómeno El Niño debido a la tendencia de presentarse por la época de Navidad, y desde entonces se ha usado ese término para describir los eventos más severos que se presentan con intensidad variable cada 2-7 años.

Después de aceptarse sus efectos sobre una angosta franja costera en el Perú, El Niño fue pronto reconocido como un calentamiento oceánico en gran escala que afecta la mayor parte del Pacífico tropical. Ahora está claro que El Niño normalmente está acompañado de un cambio en la circulación atmosférica conocido como la Oscilación Austral o del Sur (Southern Oscillation), y que el evento peruano es solamente la primera noticia de la ocurrencia de un evento de mucho mayor trascendencia. En conjunto, los efectos de El Niño-Oscilación Austral ENSO por sus siglas en inglés), tienen un impacto sobre las pesquerías y la vida marina, así como sobre las condiciones climáticas alrededor del planeta.

El elemento clave del fenómeno de El Niño es la interacción entre la superficie del mar y los vientos (el sistema océano-atmósfera). Normalmente los vientos alisios soplan del Este al Oeste a través del Pacífico tropical. Esos vientos empujan a su paso la capa superior del agua, la calientan y la acumulan en el Pacífico occidental, lo cual provoca que la superficie marina sea alrededor de 0.5 m más alta en Indonesia que en Ecuador, con una temperatura marina superficial de alrededor de 8º C más elevada en el Oeste. Conforme las aguas superficiales se alejan de las costas de Sudamérica, para reemplazarlas fluyen de las profundidades aguas frías ricas en nutrientes, un fenómeno conocido como surgencia. Mientras los vientos alisios continúan soplando hacia el Oeste, la termoclina, la frontera entre el agua cálida superficial y la fría de las profundidades, emerge casi hasta la superficie en el Este y es abatida en el Oeste. Esta agua de las profundidades rica en nutrientes se mezcla con la superficial, dando lugar a la elevada productividad primaria que sostiene a los diferentes ecosistemas marinos y a las principales pesquerías localizadas en el área.

Durante El Niño los vientos alisios se debilitan y las aguas cálidas se mueven lentamente de regreso hacia el Este en una suave oleada, dando lugar a un abatimiento de la termoclina en el Pacífico oriental y su elevación en el Oeste. La surgencia a lo largo de la costa de América del Sur no es capaz de emerger con sus aguas frías ricas en nutrientes, reduciendo con ello el suministro de nutrimentos químicos a la zona eufótica, lo que resulta en una severa disminución en la producción de fitoplancton, la cual a su vez afecta adversamente a todos los organismos en los niveles subsecuentes de la cadena alimenticia marina.

Este debilitamiento de los vientos alisios durante El Niño afecta también al clima. Conforme disminuye la surgencia se incrementa la temperatura en la superficie del mar y se calienta el aire húmedo arriba del océano. Las lluvias siguen a las aguas cálidas hacia el Este, resultando en inundaciones en el Perú y sequías en Indonesia y Australia. Esas aberraciones climáticas son llamadas teleconexiones debido a que se han encontrado correlaciones estadísticas entre esos eventos meteorológicos atípicos y El Niño. El desplazamiento hacia el oriente de la fuente de calor atmosférico cambia la circulación en la atmósfera a escala global, lo cual a su vez provoca cambios en el clima en otras regiones lejos del Pacífico tropical.

El mayor impacto biológico de El Niño se da sobre las pesquerías en las regiones costeras del Pacífico oriental, pero sus efectos se han observado en una amplia variedad de vida marina y en lugares tan lejanos como la Antártida, a más de 6,000 km al sur. La declinación de la surgencia costera causa una disminución en la productividad primaria, la cual a su vez reduce la disponibilidad de alimento para las poblaciones de peces. Eso combinado con el incremento en la temperatura marina superficial, obliga a los peces localizados en las zonas costeras a migrar hacia el Norte o el Sur en busca de aguas más frías y alimento, donde tienden a encontrar aguas demasiado frías como para sobrevivir. Otros peces no dejan la región sino que se mueven hacia aguas más profundas, lo que los hace inaccesibles para sus depredadores, las aves y los barcos arrastreros. Los peces incapaces de migrar mueren por falta de alimento o elevaciones insoportables de temperatura.

Otro factor de El Niño que altera las poblaciones de peces es el incremento de las lluvias a lo largo de la costa suramericana, lo cual resulta en un aumento en la turbidez y disminución de la salinidad marina debido a un crecimiento en las descargas de los ríos que traen consigo grandes cantidades de sedimentos y agua dulce. Los peces abandonan sus hábitats costeros o mueren debido a condiciones inadecuadas del agua.

Se ha reportado a menudo que el colapso de la industria peruana de la anchoveta a principios de los 70's fue un resultado directo de El Niño de 1972-73. Durante ese evento la población de anchoveta cayó de 20 millones a 2 millones. Eso no solamente provocó el colapso de la industria basada en ese recurso, sino que también redujo la población de aves marinas que se alimentaban de anchoveta, y dio lugar a que las sardinas y macarelas se movieran hacia el área, creando un ecosistema pelágico multiespecífico. El evento de El Niño de 1982-83, que fue considerado como el más fuerte hasta lo que iba del siglo, afectó a los principales recursos pelágicos, provocando los más bajos registros de capturas en las pesquerías peruanas.

Entre sus efectos a largo plazo sobre las pesquerías, se le atribuye a El Niño de 1982-83 la responsabilidad de que la macarela haya migrado más al norte de lo usual, depredando a las poblaciones de salmón juvenil frente a las costas de Norteamérica. Se le ha relacionado también a variaciones en los patrones de migración del salmón "sockeye" en la Columbia Británica, lo que resultó en un aumento en la depredación de la especie. En contraste a las bajas capturas, los pescadores de salmón en Alaska reportaron abundantes capturas en el Pacífico Norte, mientras que en el Pacífico occidental, elevadas poblaciones de fitoplancton en el Mar Oriental de China desplazaron a los principales bancos pesqueros hacia la costa, incrementando las capturas de sardina 10 veces por sobre el promedio.

Los cambios en los patrones de distribución de las pesquerías tienen efectos sobre otros organismos marinos. Los investigadores han detectado una reducción en la tasa de nacimientos en las poblaciones de la foca Weddell en la Antártida cada cuatro a seis años, coincidiendo con los eventos de El Niño. Ellos creen que la declinación de la población de focas puede ser un resultado de los cambios en las poblaciones de peces, causadas a su vez por desviaciones en las corrientes marinas. Después de El Niño de 1982-83 ocurrió una dramática reducción en el número de leones marinos en la isla de Sta. Catalina, California. Otro cambio en las poblaciones de cetáceos fue la reducción en el número de ballenas piloto después de un aumento en la abundancia de delfines de Risso. La limitada disponibilidad de alimento en el área resultó en desplazamientos competitivos, los cuales previenen la presencia simultánea de esas especies en una área geográfica restringida.

El fenómeno de El Niño de 1982-1983 fue responsable de múltiples efectos ecológicos sobre otros recursos marinos. La región del Pacífico oriental sufrió un masivo blanqueamiento de corales, eventos y mortalidades que tienen trágicos resultados para las comunidades de los arrecifes coralinos. El aumento en la temperatura y los cambios en la salinidad inducidos por las lluvias en el agua marina superficial, son considerados como los causantes de incidentes de muerte de corales en esa región. Por otra parte, la disminución del nivel del mar en el Pacífico occidental fue responsable de la exposición y destrucción de las capas superiores de los arrecifes de coral que rodean muchas islas.

Se estima que alrededor de un 85% de las aves marinas del Perú murieron durante del evento de El Niño de 1982-83. Las causas de la mortalidad son difíciles de determinar debido a que la información disponible es preliminar y limitada. Sin embargo, algunos factores que pudieron haber afectado negativamente a la población son: inundación de sitios de anidamiento, cambios en los patrones de circulación atmosférica, aumento en la temperatura superficial del mar, y migración de los peces, su principal fuente de alimento.

A pesar de la naturaleza destructiva de El Niño, algunas criaturas marinas se benefician de los disturbios provocados por el fenómeno. Como resultado del evento de 1982-83, los pectinidos aceleraron su crecimiento y alcanzaron grandes densidades. Los caracoles púrpura y los pulpos se volvieron más comunes, y la pesquería de camarón alcanzó su nivel más alto. Esto probablemente podría ser el resultado del aumento de las descargas de los ríos debido al incremento de las lluvias, las cuales suministraron una gran cantidad de nutrientes, aunada a una reducción en la depredación al dispersarse las poblaciones de peces.

La habilidad para anticipar como cambiará el clima de un año a otro dará lugar a una mejor administración de las pesquerías, suministro de agua, agricultura, y otros recursos. Los científicos están produciendo ahora modelos numéricos predictivos para indicar como podría evolucionar el sistema océano-atmósfera en las próximas estaciones o años. Mediante la incorporación de predicciones climáticas dentro de las decisiones de manejo, la humanidad se está tornando más adaptada a los ritmos irregulares del clima. Mientras que las predicciones de El Niño sin lugar a dudas son de valor para las pesquerías en las regiones productivas de Ecuador, Perú y Chile, una predicción más segura será muy valiosa también para los países localizados fuera de los trópicos, tales como Japón y los Estados Unidos. Un abatimiento en las poblaciones de peces provoca una reducción en la producción de harina de pescado (por industrias locales) y su exportación a otros países para fabricar alimentos para aves y ganado. Si el suministro mundial de harina de pescado declina se deberán usar fuentes proteicas alternativas más caras, resultando en un incremento en los precios de la carne de pollo o ganado en todo el mundo. El conocimiento previo de las probabilidades de captura de anchoveta permitirá, por ejemplo, establecer estrategias de precios más estables para los suministros mundiales de carne, y evitar el rápido incremento en su precio como el presentado después de El Niño de 1982-83.

Los pronósticos de El Niño dentro de la administración de las pesquerías podrían también ayudar a los administradores de los ecosistemas costeros a distinguir entre cambios poblacionales debidos a factores antropogénicos o a variaciones en las condiciones naturales. Aún cuando la intensa presión de pesca permanece como la principal razón de que muchas pesquerías se hayan vuelto improductivas y sin beneficios económicos, la pesca usualmente no es la única causa, y ni necesariamente la primera fuerza, después de las fluctuaciones de las poblaciones de los recursos marinos afectadas por El Niño.

Adicionalmente, el colapso de las poblaciones y la incapacidad de recuperación de la industria pesquera seguramente se acelerará por una explotación posterior. Las predicciones más seguras de El Niño podrían ayudar a los administradores de los ecosistemas a mitigar el evento cíclico y prevenir disturbios ecológicos mayores. El uso de medidas tales como el cierre de la explotación pesquera para responder al impacto de un El Niño inesperado después de que la población ha declinado serán inefectivas y costosas.

Las predicciones más recientes indican que El Niño de 1997-98 se está presentando como uno de los más grandes en 50 años. Este proporcionará a los científicos un laboratorio natural para aumentar nuestra comprensión del fenómeno y sus secuelas. Con la amplia distribución de resultados de pronósticos y una atención sin precedentes, se puede decir con seguridad que el evento de 1997-98 será el más estrechamente observado por científicos y tomadores de decisiones.

Traducción al español por Dr. Miguel A. Olvera Novoa, Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN - Mérida Yucatán, México

Glosario

Cetáceos: Animales pertenecientes al orden de mamíferos marinos Cetacea, que incluye a los delfines y las ballenas.

Ecosistema pelágico: El medio ambiente de aguas abiertas, u oceánicas.

ENSO: Siglas del inglés de El Niño-Southern Oscillation (El Niño-Oscilación Austral). Es el resultado del calentamiento y enfriamiento cíclico de la superficie del océano en el Pacífico oriental. El término ENSO se usa para describir el rango de variabilidad observado en el Indice de Oscilación Austral (medida de la intensidad de los vientos alisios, el cual tiene un componente de flujo desde regiones de alta a baja presión).

Fitoplancton: Plancton vegetal, el cual forma la comunidad de productores primarios más importante en el océano.

Modelos numéricos predictivos: Programas de computadora diseñados para representar mediante ecuaciones los procesos que se presentan en la naturaleza.

Oscilación Austral: Un vaivén interanual en la presión atmosférica a nivel del mar entre los hemisferios oriental y occidental tropicales.

Productividad primaria: La cantidad de materia orgánica sintetizada por los organismos a partir de substancias inorgánicas dentro de un volumen de agua o hábitat dado en una unidad de tiempo.

Surgencia: El proceso mediante el cual el agua fría de las profundidades cargada de nutrientes brota a la superficie, usualmente debido a la divergencia eólica de corrientes ecuatoriales o a corrientes costeras que arrastran el agua lejos de la costa.

Teleconexiones: Una fuerte relación estadística entre eventos climáticos atípicos en diferentes partes del planeta y El Niño. Por ejemplo, aparentemente hay una teleconección entre los trópicos y Norteamérica durante El Niño.

Termoclina: Una capa de agua en la cual se puede medir un cambio rápido de la temperatura en la dimensión vertical.

Turbidez: Un estado de reducción en la claridad de un fluido provocada por la presencia de materia en suspensión.

Vientos alisios: El movimiento de las masas de aire desde los cinturones subtropicales de alta presión hacia el ecuador. Se mueven desde el nordeste en el hemisferio boreal y desde el sureste en el austral.

Zona eufótica: La capa superficial del océano que recibe suficiente luz para soportar a la fotosíntesis.

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Editor

AUTHOR

  • CSA Senior Internet Editor;
    Assistant Manager: Web Resources Group

  • B.A. (Biology with a specialization in Marine Science), Boston University

  • M.A. (Marine Affairs), University of Miami Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science

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