El mínimo récord del hielo marino antártico en 2022 provocó un fracaso catastrófico en la reproducción de los pingüinos emperador

Comunicaciones Tierra y Medio Ambiente volumen 4, Número de artículo: 273 (2023) Citar este artículo

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En la temporada de primavera de 2022 se registró una extensión récord de hielo marino en la Antártida que persistió durante todo el año. A principios de diciembre, la extensión del hielo marino antártico se acercaba al mínimo histórico establecido en 2021. La mayor anomalía negativa regional de esta baja extensión se produjo en la región central y oriental del mar de Bellingshausen, al oeste de la Península Antártica, donde, durante En noviembre, algunas regiones experimentaron una pérdida del 100% en la concentración de hielo marino. Proporcionamos evidencia de una falla en la reproducción regional de las colonias de pingüinos emperador debido a la pérdida de hielo marino utilizando imágenes satelitales Sentinel2. De los cinco sitios de reproducción de la región, todos menos uno experimentaron un fracaso total de la reproducción después de la ruptura del hielo marino antes del inicio del período de emplumamiento de la temporada de reproducción de 2022. Este es el primer incidente registrado de una falla generalizada en la reproducción de pingüinos emperador que está claramente relacionada con contracciones a gran escala en la extensión del hielo marino.

Las reducciones abruptas en la extensión del hielo marino pueden tener efectos profundos en los ecosistemas y las especies que dependen del hielo marino para reproducirse, mudar o alimentarse1. Una de esas especies es el pingüino emperador (Aptenodytes forsteri), que depende del hielo marino durante todas las etapas de su ciclo de vida2. Casi todas las colonias de pingüinos emperador dependen de hielo marino estable y firme, que utilizan para reproducirse y mudar, al tiempo que utilizan la zona marginal de hielo como hábitat de alimentación3. Llegan a sus lugares de reproducción preferidos entre finales de marzo y abril y ponen huevos de mayo a junio. Los huevos eclosionan después de 65 días y los polluelos empluman durante diciembre y enero3. Por lo tanto, el hielo terrestre en el que se reproducen debe permanecer estable entre abril y enero para garantizar una reproducción exitosa.

Los pingüinos emperador son un símbolo icónico de la Antártida amenazada por el cambio climático4,5,6,7. Se han realizado varios estudios que vinculan la demografía de esta especie con la pérdida de hielo marino impulsada por el cambio climático, desde estudios iniciales que muestran los efectos sobre el éxito reproductivo4 hasta pérdidas de sitios de colonias impulsadas por la disminución a largo plazo del hielo marino8 o el cambio del régimen del hielo marino9. Los esfuerzos recientes para predecir las tendencias de la población de pingüinos emperador a partir de pronósticos de pérdida de hielo marino han pintado un panorama sombrío, mostrando que si persisten las tasas actuales de calentamiento, más del 90% de las colonias de pingüinos emperador estarán casi extintas para fines de este siglo7. Sus poblaciones nunca han estado sujetas a caza a gran escala, ni han sufrido pérdida de hábitat, sobrepesca u otras interacciones antropogénicas locales en el oído moderno5 y, por lo tanto, inusualmente para una especie de vertebrados, el cambio climático se considera el único factor importante de su supervivencia a largo plazo. cambio poblacional. Los esfuerzos recientes para proporcionar medidas adicionales de protección y conservación en respuesta a las disminuciones de población previstas asociadas con la pérdida proyectada de hielo marino han tenido un éxito parcial, pero han fracasado en la Reunión Consultiva del Tratado Antártico10.

Cinco colonias conocidas de pingüinos emperador se encuentran en la parte central y oriental del mar de Bellingshausen. Hay, de este a oeste, la isla Rothschild, Verdi Inlet, la isla Smyley, la península Bryan y Pfrogner Point. Todas estas colonias fueron descubiertas utilizando imágenes satelitales de resolución media en los últimos 14 años11 y sus poblaciones se contaron utilizando imágenes de muy alta resolución12. Hasta ahora, sólo se ha visitado la colonia de la isla Rothschild y, de las demás, sólo la isla Smyley ha sido vista desde un reconocimiento aéreo (British Antártida Survey, no publicado). No hay registros de grandes agregaciones de emperadores que no se reproducen entre octubre y diciembre, por lo que suponemos que estos sitios, que están presentes en el mismo lugar todos los años durante la temporada de reproducción, son sitios de reproducción. Ninguna de las colonias es grande, siendo la isla Smyley, la más grande de las seis, con un promedio de ~3500 parejas, y Rothschild, con un promedio de ~630 parejas, una de las más pequeñas.

A principios de diciembre de 2022, al comienzo del período de emplumamiento de los polluelos emperador13, la extensión del hielo marino en la Antártida estaba siguiendo el mínimo histórico establecido en 2021 (Fig. 1)14. La mayor anomalía regional negativa de esta baja extensión se produjo en la región del Mar de Bellingshausen, al oeste de la Península Antártica, donde, durante noviembre, algunas regiones experimentaron una pérdida del 100% en la extensión del hielo marino (Fig. 2)15. Este artículo describe el probable impacto de este evento sobre el éxito reproductivo del pingüino emperador en toda la región.

La línea roja muestra la extensión del hielo marino (más del 15% de concentración) para 2022-2023, la línea azul muestra 2021-2022 y la línea naranja es la media de 1981-2010. La cinta amarilla es ±2 DE del registro satelital (1979-2022). El sombreado gris se refiere a las etapas reproductivas de los polluelos de pingüino emperador. Es fundamental que el hielo marino sea estable para los pingüinos emperador hasta el final de la etapa de emplumamiento para que todos los polluelos sobrevivan. Entre octubre y enero de 2022-2023, el hielo marino alrededor del continente se mantuvo en el nivel más bajo jamás registrado en los 45 años de registro satelital. Sólo brevemente, a mediados de noviembre, la concentración alcanzó el segundo nivel más bajo. Este período bajo se cruzó con el final del período de cría y emplumamiento en el ciclo de reproducción del emperador. Datos cortesía del Centro Nacional de Datos sobre Hielo y Nieve, Boulder, Colorado.

Las áreas azules en el mapa muestran anomalías positivas del hielo marino, las rojas muestran anomalías negativas. Aunque la mayor parte del continente ha experimentado una extensión negativa del hielo marino, la zona del mar de Bellingshausen se ha visto especialmente afectada, con una pérdida de hielo de hasta el 100% en la región. (Datos: ERA5. Período de referencia: 1991-2020. Crédito: C3S/ECMWF).

A finales de 2022, cuatro de las cinco colonias en el mar de Bellingshausen central y oriental se vieron afectadas por una pérdida temprana de hielo marino (Fig. 3) y se encontraban en el área donde la anomalía del hielo marino de noviembre fue más intensa (Fig. 4). Tres de estas colonias, que eran fácilmente visibles a finales de octubre o principios de noviembre, fueron abandonadas debido a la falta de hielo marino al inicio del período de emplumamiento a principios de diciembre. Aquí el abandono se clasifica como la ausencia de signos visibles de una colonia (es decir, píxeles marrones indicativos en el hielo marino) que puedan identificarse en las imágenes de satélite. La más occidental de las colonias de la zona, Pfrogner Point, también fue abandonada entre el 29 de octubre y el 8 de noviembre, a pesar de estar ubicada fuera de la anomalía de noviembre. Las condiciones locales del hielo fijo a mediados de octubre (un mes antes que la anomalía mostrada en la Fig. 3) proporcionan evidencia de que esto también se debió a la pérdida de hielo marino.

Las ubicaciones de las cinco colonias de pingüinos emperador en esta región se superponen a la anomalía de concentración de hielo marino regional para noviembre de 2022 que se muestra en rojo.

Los círculos azul oscuro indican imágenes de Sentinel2 donde se puede ver la colonia. Los hexágonos de color azul claro indican dónde todavía había hielo pero no había señales de la colonia (no hay píxeles marrones) y los cuadrados de color naranja indican imágenes donde el hielo marino se había roto o dispersado. Tenga en cuenta que cuatro de las cinco colonias fueron abandonadas al comienzo de la temporada de emplumamiento.

No hay datos fenológicos sobre los polluelos de pingüino emperador en el mar de Bellingshausen, por lo que aquí asumimos que los tiempos de emplumamiento son similares a los de otras colonias en la Antártida oriental (Cabo Washington y Pointe Géologie), donde el emplumamiento comienza desde principios hasta mediados de diciembre y termina en finales de diciembre o principios de enero. En consecuencia, es probable que las tres colonias donde se produjo una rápida pérdida de hielo fijo antes de esta fecha hayan experimentado un fracaso reproductivo total o casi total, ya que los polluelos de pingüino emperador no desarrollan plumas impermeables hasta que empluman. Es posible que algunos polluelos hayan sobrevivido en icebergs enterrados (como puede haber ocurrido en la isla Smyley; ver más abajo), pero es imposible determinar el porcentaje de polluelos que pueden haber sobrevivido en estos refugios a partir de imágenes de satélite, que no tienen una resolución suficiente para discriminar a los polluelos. de adultos. Sin embargo, como la tinción de tres de las colonias desapareció por completo antes de diciembre, es probable que los emperadores adultos abandonaran estos sitios poco después de una reproducción fallida.

Entre la recopilación inicial de datos de Sentinel2 en la Antártida en 2018 y hasta 2022, el archivo de imágenes muestra que solo una de las cinco colonias había sido testigo de la ruptura del hielo marino antes de diciembre (Península de Bryant; 2010). Un caso de ruptura en las cinco colonias en los cuatro años de imágenes es una probabilidad de 0,04. En 2022, la pérdida de cuatro de los cinco sitios provocó una ruptura anticipada con una probabilidad de 0,80.

A continuación se presentan informes de cada una de las cinco colonias individuales de pingüinos emperador en el centro y este del mar de Bellingshausen. Las imágenes de colonias individuales de Sentinel2 se muestran en la Fig. 5 y están disponibles a través de Sentinel Copernicus Hub (ver "Métodos").

Cada una de las cinco columnas muestra varias imágenes de una sola colonia, con las imágenes anteriores en la parte superior y las últimas debajo. Las imágenes donde se pueden ver los píxeles marrones de la tinción de guano, indicativos de colonias de pingüinos emperador, están resaltadas con círculos amarillos.

La colonia Verdi Inlet fue descubierta por satélite en 2018 y ha estado presente cada año en el registro del satélite Sentinel2 entre 2018 y 2022. En 2018, 2019, 2020 y 2021, el hielo marino de la bahía no se rompió hasta el Año Nuevo. Una estimación de población a partir de imágenes de WorldView3 del 20 de noviembre de 2021 (ID de imagen 21NOV20142220) arrojó una estimación de ~3000 parejas. En septiembre de 2022, la colonia volvió a ser visible en las imágenes de Sentinel2, pero muy pequeña: solo 4 píxeles marrones. Entre el 31 de octubre y el 4 de noviembre se rompió el hielo marino firme en la bahía. Este hielo se había disipado por completo a principios de diciembre y no se pudieron encontrar signos de manchas de guano en el área local.

La colonia de la isla Smyley fue descubierta en 2009 mediante imágenes de satélite Landsat. Desde entonces, se han tomado imágenes satelitales de muy alta resolución durante la mayoría de los años para revelar que los números varían entre 1000 y 6500 parejas reproductoras con un promedio de 10 años de 3500 parejas (datos del British Antártida Survey no publicados, en preparación). Estos registros satelitales muestran que el hielo marino terrestre en la ubicación de la colonia permaneció intacto hasta al menos principios de diciembre, excepto en 2022, cuando el hielo fijo se rompió en algún momento a mediados de noviembre. En este año, la colonia se había dividido en dos grupos separados por aproximadamente cuatro kilómetros. En las imágenes de Sentinel2 de principios de diciembre, el hielo marino se había roto claramente dejando solo hielo suelto y algunos témpanos grandes. Parece que al menos algunos de los pingüinos se habían trasladado al pie de un gran iceberg que estaba encallado cerca de la costa. Se desconoce si alguno de los polluelos sobrevivió en el iceberg.

La colonia de la costa de Bryant fue descubierta en imágenes Landsat en 2014. Ha tenido una serie de estimaciones de población mediante imágenes satelitales VHR con números que van desde ~2000 en 2014 a 0 en 2010, que fue el único año en que las aves estuvieron ausentes del sitio. De 2010 a 2021, persistió en el sitio hielo fijo de varios años de duración, lo que proporcionó una plataforma estable para los pingüinos emperador durante todo el año. En 2022, la colonia fue visible a mediados de noviembre en las imágenes de Sentinel2, pero parecía más pequeña de lo normal. El 25 de noviembre, el borde del hielo marino se acercaba a la ubicación de la colonia y el 29 el hielo fijo se había roto. Todavía había evidencia de manchas marrones en parte del hielo roto. Sin embargo, unos días después, el 2 de diciembre, esta mancha marrón había desaparecido del hielo, sugiriendo el abandono de la colonia. No se pudo encontrar ninguna otra evidencia de la colonia en el área local.

La colonia de Pfrogner Point fue descubierta en 2019 y solo se ha realizado una estimación de población por satélite VHR, estimando la población en 1200 parejas. Es una de las pocas colonias de emperadores que está situada en una plataforma de hielo16, ya que en todos los años del registro Sentinel2 (2018-2022), la colonia ha estado ubicada durante al menos parte del año en un arroyo en la lengua de hielo o en el propio estante. En 2022, Sentinel2 vio la mancha marrón de la colonia en el arroyo de hielo en al menos tres fechas de octubre (9, 22, 29), aunque en todos los casos la tinción fue pequeña y solo abarcó entre 7 y 10 píxeles.

Sin embargo, el 8 de noviembre la mancha había desaparecido y no volvió a aparecer en las imágenes posteriores de Sentinel2. El abandono de la colonia fue confirmado por imágenes VHR capturadas a finales de mes (26 de noviembre). El 12 de diciembre de 2022, todo el hielo marino se había disipado. Esto confirmó que en ese momento no se veían pingüinos, ni en la plataforma ni en el hielo marino circundante. Es difícil decir con certeza el motivo del abandono del sitio de la colonia.

Las imágenes VHR también revelaron que el acantilado de hielo que conducía a la plataforma tenía aproximadamente 4,5 metros de altura (estimado a partir del ángulo del sol y la longitud de la sombra) y que existía una rampa de nieve entre el hielo marino y la plataforma de hielo al pie del arroyo de hielo. Imágenes anteriores de Sentinel2, a principios de octubre, muestran que el hielo marino debajo de la rampa parecía haberse roto hasta el acantilado de hielo o justo antes de llegar a él. Esto habría quitado la rampa de nieve y con ella el acceso a la colonia. Después de esto, los emperadores tendrían que abandonar la colonia ya que no habrían podido volver con sus polluelos. Esto no sucedió en años anteriores ya que, debido a la geometría de la plataforma de hielo, el borde del acantilado de hielo estaba dentro del arroyo que lo protegía de la pérdida de hielo marino.

La colonia de la isla Rothschild es la más al norte de los cinco sitios, ubicada en una bahía entre la isla Alexander y la isla Rothschild. Es una colonia pequeña, con un promedio de ~700 parejas reproductoras. Hasta el 5 de diciembre, el hielo fijo debajo de la colonia permanecía intacto, aunque se abrieron varias zonas de agua abierta cerca de la colonia. Los recuentos a partir de imágenes aéreas tomadas desde helicópteros del crucero Commandant Charcot el 20 de noviembre mostraban que había 820 polluelos y 228 adultos en el lugar. Las imágenes posteriores de Sentinel2 confirmaron que el hielo fijo persistió en el sitio hasta el 17 de diciembre y no comenzó a romperse hasta el 30 de diciembre. Esto confirma que algunos emplumados tuvieron éxito en este lugar en 2022 a pesar de estar en el centro de la anomalía negativa del hielo marino. La ubicación de la colonia se encuentra en una bahía entre las islas Rothschild y Alexander y la presencia de muchos icebergs sugiere aguas poco profundas. La geometría de la bahía y la presencia de icebergs pueden haber ayudado a estabilizar el hielo marino en este lugar y brindar protección contra la fuga hasta después de que los polluelos hubieran emplumado.

Desde que se comenzó a utilizar imágenes satelitales para monitorear a los pingüinos emperador en 2009, ha habido casos aislados de fallas catastróficas en la reproducción debido a la rápida pérdida de hielo en la Antártida. En algunas colonias marginales, como la colonia de Leda Bay en Marie Byrd Land, esto ocurre regularmente17 y se denomina “parpadeo”. Sin embargo, hasta el momento, no ha habido registros de una falla generalizada en la reproducción de pingüinos emperador debido a una pérdida de hielo marino regional que afectó a múltiples sitios antes de que emplumaran a principios de diciembre. Además, solo uno de los sitios en nuestra región de estudio había experimentado una falla reproductiva catastrófica antes de 2022 (Bryant en 2010). Nuestro hallazgo de una probable falla reproductiva en múltiples sitios que no parpadean en una sola temporada no tiene precedentes.

Se sabe que los pingüinos emperador se adaptan a las fallas en la reproducción causadas por la pérdida localizada de hielo marino al trasladarse a sitios alternativos y más estables el año siguiente. Por ejemplo, en la bahía Halley en el mar de Weddell, la pérdida de hielo marino local a partir de 2016 provocó que los pingüinos emperador trasladaran su colonia al glaciar Dawson Lambton, 85 km al sur, donde el hielo marino se había mantenido estable9. Sin embargo, tal estrategia no será posible si el hábitat de reproducción se vuelve inadecuado a escala regional, a menos que persistan refugios locales como el identificado en la isla Rothschild.

No está claro y es difícil predecir cómo reaccionará el hielo marino, y en particular el hielo marino fijado a la tierra, al futuro calentamiento climático inducido por el hombre. Aunque es difícil vincular estaciones extremas específicas con el cambio climático, se espera una disminución a largo plazo de la extensión del hielo marino a partir de la generación actual de modelos climáticos18. Desde 2016, la Antártida ha experimentado las cuatro extensiones de hielo marino más bajas observadas en los registros satelitales de 45 años, con los dos años más bajos en 2021/22 y 2022/23. Aún se desconoce si estas condiciones continentales son sintomáticas de una tendencia actual o de un fenómeno más episódico, y esta cuestión es actualmente una prioridad para los científicos del clima y del hielo marino. Es probable que la anomalía regional en los mares de Amundsen y Bellingshausen haya sido influenciada por la triple inmersión de La Niña que está afectando muchas áreas del Pacífico sur19, dando lugar a un Modo Anular Sur (SAM) fuertemente negativo, que típicamente se caracteriza por una profunda baja presión en el sector del mar de Amundsen20. Se espera que a medida que La Niña se debilite y la SAM se vuelva positiva, la extensión del hielo marino en la región pueda aumentar. No obstante, nuestros hallazgos muestran un vínculo claro entre las anomalías negativas del hielo marino y las fallas en la reproducción del pingüino emperador, lo que puede representar una instantánea de un futuro cálido en la Antártida, donde tales eventos se volverán más frecuentes y generalizados, con graves consecuencias para la viabilidad de la población del pingüino emperador.

La ubicación y presencia de los pingüinos emperador se evaluó utilizando dos plataformas de imágenes satelitales. La fuente principal fue la plataforma Sentinel2 de la ESA, parte del programa Copernicus. Se accedió a estos datos a través de Copernicus Sentinel Hub, se vieron en Sentinel Playground [apps.sentinel-hub.com/sentinel-playground/] y se descargaron usando el navegador Sentinel Hub EO [https://apps.sentinel-hub.com/eo -navegador/]. Las imágenes Sentinel2 se han tomado continuamente en la Antártida desde 2018 y la recolección puede variar desde varias veces por semana hasta varias veces por mes. Todas las imágenes tomadas entre agosto y finales de diciembre de 2022 se evaluaron manualmente para detectar la presencia de pingüinos emperador en cada una de sus cinco colonias en el mar de Bellingshausen. Las imágenes Sentinel2 tienen una resolución espacial de 10 m en las bandas visibles y los grupos de pingüinos emperador se pueden distinguir fácilmente en el hielo marino, ya que dejan distintivas manchas marrones de guano en el hielo11,21, que se pueden ver manualmente píxel por base de píxeles. Aquí suponemos que la presencia de píxeles marrones es indicativa de tinción de guano de pingüino y, por tanto, de la ubicación de su colonia. Esta tinción puede persistir durante varios días después del abandono hasta la próxima nevada, por lo que es posible que exista algún desfase en las fechas aquí reportadas. Para garantizar el mejor contraste al utilizar el navegador Sentinel Playground, se utilizaron los parámetros personalizados [B08*0.8,B04*0.8,B03*0.8]. Estos datos se complementaron con datos WorldView3 de muy alta resolución de MAXAR, con una resolución espacial de 0,31 m en dos sitios; Punta Pfrogner e isla Rothschild. En Pfrogner Point (ID de imagen 10300100DE30A800 26 de noviembre de 2022), esta imagen se utilizó para confirmar que no había pingüinos presentes. En la isla Rothschild, la imagen de WorldView3 podría confirmar la presencia de emperadores y permitir un recuento aproximado de los individuos. Este recuento fue posteriormente confirmado y recontado mediante un reconocimiento aéreo oblicuo realizado desde los helicópteros del barco Comandante Charcot. Las estimaciones de población anteriores se han calculado a partir de una clasificación supervisada de imágenes MAXAR de muy alta resolución utilizando una clasificación supervisada por aprendizaje automático utilizando un método similar al de Fretwell et al.12,22. Estos datos de recuento son parte de un gran proyecto internacional en curso para evaluar las poblaciones anuales de pingüinos emperador y se publicarán en trabajos posteriores.

Las imágenes del satélite Copernicus Sentinel2 de la ESA utilizadas en este estudio están disponibles a través de https://scihub.copernicus.eu/ o https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser. Los datos de ubicación de las cinco colonias de pingüinos emperador mencionadas en el texto están disponibles como un archivo de forma en: NERC EDS UK Polar Data Centre, https://doi.org/10.5285/a777e89c-ffcc-4ff4-981c-8f37e5ca84c2.

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Descargar referencias

Nos gustaría agradecer al personal y a la tripulación del Comandante Charcot por los recuentos en helicóptero de los polluelos de pingüino emperador para la isla Rothschild. También nos gustaría agradecer a Connor Bamford por las estimaciones de población de Verdi Inlet. WWF proporcionó financiación para el proyecto (Proyecto WWF Comprensión de las poblaciones y distribución del pingüino emperador en el mar de Weddell y la Península Antártica). También nos gustaría agradecer a Thomas Bracegirdle por sus consejos sobre las condiciones del hielo marino y las predicciones de los modelos climáticos.

Estudio Antártico Británico, Madingley Road, Cambridge, Reino Unido

Peter T. Fretwell y Norman Ratcliffe

Investigador independiente, París, Francia

Aude Boutet

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PTF: diseño de proyecto, recopilación de datos, análisis de datos, redacción de artículos. NR: diseño de proyecto, análisis de datos redacción de papel. AB: recogida y análisis de datos.

Correspondencia a Peter T. Fretwell.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

En el British Antártico Survey (BAS), estamos comprometidos a garantizar que todo lo que hacemos sea ético y riguroso. Este compromiso abarca desde nuestro impacto en el medio ambiente en las áreas remotas y prístinas en las que trabajamos hasta los métodos que utilizamos en nuestra investigación. Para obtener más información sobre nuestra política de inclusión y ética, consulte: https://www.bas.ac.uk/about/about-bas/our-organisation/our-policies/.

Communications Earth & Environment agradece a Heather Lynch y a los demás revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo. Editor principal: Aliénor Lavergne. Un archivo de revisión por pares está disponible.

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Reimpresiones y permisos

Fretwell, PT, Boutet, A. y Ratcliffe, N. El mínimo récord del hielo marino antártico en 2022 provocó un fracaso catastrófico en la reproducción de los pingüinos emperador. Entorno Terrestre Comunitario 4, 273 (2023). https://doi.org/10.1038/s43247-023-00927-x

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Recibido: 14 de marzo de 2023

Aceptado: 11 de julio de 2023

Publicado: 24 de agosto de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s43247-023-00927-x

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