Dinámica causal de flujos de metano en dos turberas tropicales altoandinas, una aproximación desde los Modelos Empíricos Dinámicos
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2024-12
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Resumen
Las emisiones de metano de humedales tropicales representan una de las mayores contribuciones a las concentraciones globales de CH4 en las últimas décadas, asociadas a fenómenos ecosistémicos complejos y dinámicos, impulsados por procesos químicos, físicos y biológicos que interactúan y definen el comportamiento del sistema. A pesar de su importancia, los modelos tradicionales de flujos de gases de efecto invernadero han adoptado enforques lineales y estáticos, que no se ajustan a las dinámicas dependientes de estado de los ecosistemas de turbera. En el presente estudio se monitorearon los flujos de CH4 y CO2 en dos turberas tropicales altoandinas utilizando torres Eddy Covariance y se empleó el marco de análisis de Modelos empíricos dinámicos y Mapeo cruzado convergente como una aproximación no paramétrica para identificar y cuantificar las relaciones causales y estimar la capacidad predictiva de variables ecosistémicas sobre el flujo de CH4. Las turberas monitoreadas actuaron como fuentes de metano con valores que oscilaron entre 0.002 y 0.051 g m⁻² día⁻¹ y mientras que los flujos de CO2 variaron de -3.861 a 13.375 g m⁻² día⁻¹, con estructuras temporales descrita por ciclos diarios. La influencia causal y la capacidad de predicción sobre el flujo de CH4 presento resultados consistentes con patrones informados, asociados a condiciones hidrológicas, de temperatura y a la productividad primaria bruta, constituyendo una forma alternativa de cuantificar y comprender las interacciones causales de variables ecosistemas sobre el flujo de CH4, que considera la no linealidad del proceso, su estructura temporal y la direccionalidad de la influencia causal. El marco de análisis aplicado aporta al entendimiento conceptual y metodológico asociado a la complejidad del sistema y sus interacciones, identificando variables claves y procesos que regulan la producción, el consumo y el transporte de metano, ofreciendo una herramienta complementaria para el desarrollo de modelos ecosistémicos.
Descripción
Abstract
Methane emissions from tropical wetlands represent one of the largest contributors to global CH₄ concentrations in recent decades. These emissions are associated with complex and dynamic ecosystem phenomena driven by chemical, physical, and biological processes that interact to define system behavior. Despite their significance, traditional greenhouse gas flux models have predominantly relied on linear and static approaches that fail to capture the state-dependent dynamics of peatland ecosystems. In this study, we monitored CH₄ fluxes in two tropical high-Andean peatlands using Eddy Covariance towers and applied the nonparametric analysis framework of Empirical Dynamic Modeling (EDM) to identify and quantify causal relationships and estimate the predictive capacity of ecosystem variables on CH₄ fluxes. The monitored peatlands acted as methane sources, with emissions ranging between 0.002 and 0.051 g CH₄ m⁻² day⁻¹, exhibiting nonlinear dynamics and temporal structures characterized by daily cycles. The causal influence and predictive capacity of ecosystem variables on CH₄ fluxes varied between peatlands. In one site, fluxes were primarily associated with hydrological conditions, while in the other, temperature played a dominant role. In both peatlands, gross primary productivity emerged as a key variable in terms of both causal influence and predictive capacity. Our findings align with patterns identified using other causal inference techniques and mechanistic models. We demonstrate that the Empirical Dynamic Modeling framework enhances conceptual and methodological understanding of ecosystem complexity and its interactions, providing a data-driven tool that complements theory-based model development.
Palabras clave
Flujo de metano, Turberas Tropicales, Inferencia causal, Modelos empíricos dinámicos
Keywords
Methane flux, Mountain peatlands, Causal inference, Empirical dynamic modeling