2. ANTECEDENTES 2.1. ESTUARIOS

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1 2. ANTECEDENTES 2.1. ESTUARIOS Los estuarios son áreas semicerradas con conexión al mar abierto donde se presenta la mezcla entre el agua dulce de los ríos y el agua salada del mar. El agua dulce penetra por la franja superficial y el agua salada forma una cuña en el fondo, por lo que la salinidad puede variar entre 0.1 y 35 (United States Army Corp of Engineers, 2002; Grant, 1987). Los tipos de estuarios según su circulación son el resultado de la combinación del rango de mareas, descarga del río, topografía local, batimetría y condiciones climáticas. Los estuarios estratificados se caracterizan por tener un afluente con una descarga de agua dulce más importante que el rango de mareas del sitio (aproximadamente <2m), el agua menos densa del río flota sobre el agua de mar más densa que subyace formando una cuña salina que penetra y se hace más delgada río arriba. Cuando la descarga del río se da con un rango de marea moderado (2m-4m), se presenta un proceso de mezcla que hace que ya no exista una estratificación muy marcada, estos son los denominados estuarios parcialmente mezclados. Cuando la marea es más fuerte que el flujo del río (>4m) y toda la columna de agua se mezcla, entonces la salinidad casi no varía en toda la profundidad; estos son los denominados estuarios bien mezclados (The Open University, 1999). Geomorfológicamente, los estuarios se caracterizan por ser valles fluviales inundados, los cuales se encuentran en las prolongaciones de un río en donde penetró el mar a causa del aumento del nivel del agua. Los fiordos son típicos de latitudes altas debido a que son formados por la acción de los glaciales. Existen también los estuarios de barrera de arena, en los cuales se forman barras de arenas paralelas a la costa, que separan el cuerpo estuarino del mar abierto. Y, los 17

2 estuarios tectónicos, caracterizados por los procesos tectónicos de emersión, subducción y erosión (Steer et al., 1997). Los estuarios se llenan durante un periodo de altas descarga de sedimentos y bajos niveles del nivel del mar. Tres formas costeras pueden resultar, dependiendo del balance entre la entrada del río y el suministro de sedimentos marinos. Si el sedimento es suministrado por un río, se forma un delta, el cual crecerá y se propagará fuera dentro del mar. Si la mayoría del sedimento es entregado por procesos marinos, se forman costas progradantes. Esto puede ser en la forma de playas de colinas o costas planas si la energía del oleaje es dominante, o como costas abiertas de mareas planas si la energía de la marea es dominante. Si el nivel del mar alcanza una tasa alta, entonces el valle del río puede ser inundado, formando un nuevo estuario (United States Army Corp of Engineers, 2002). Bajo ciertas condiciones, tales como las elevaciones de los niveles del mar y el suministro de sedimento están en balance, puede ser difícil distinguir si la boca de un río que puede ser clasificado como un estuario o como un delta en desarrollo (United States Army Corp of Engineers, 2002). Los sistemas fluviales son controlados por su nivel base de erosión y el suministro de sedimento. Durante periodos de niveles del mar bajos, los cortes de los ríos alcanzan los niveles más bajos de sus valles y descargan grandes cantidades de sedimentos en aumento fuera del continente (United States Army Corp of Engineers, 2002). La definición geológica de estuario dice que el suministro de sedimentos no se mantiene con el cambio de las elevaciones del nivel local del mar. Como resultado de ello, los estuarios se convierten en depresiones para sedimentos terrestres y marinos. La sedimentación es el resultado de la interacción del oleaje, la marea y las fuerzas de la corriente marina. Todos los estuarios son indiferentes si son dominados por el oleaje o la marea, pueden ser divididos en tres zonas: La zona del estuario que se encuentra más afuera, que está dominada por procesos marinos, donde los sedimentos gruesos tienden a moverse hacia arriba de la boca del estuario. La zona central se caracteriza por una energía baja, debido a que las corrientes de olas y mareas se equilibran con las fluviales, lo que genera el almacenamiento de los sedimentos más finos. La zona más interna está dominada 18

3 por la acción del río, el cual limita la acción de la marea y el transporte neto en esta zona es hacia el mar. (United States Army Corp of Engineers, 2002). Los sedimentos en los estuarios son derivados de varias fuentes incluyendo los ríos, la plataforma continental, la erosión local y actividades biológicas. La sedimentación es controlada por la marea, el flujo del río, el oleaje y la meteorología. Las condiciones de baja energía de los estuarios, opuesto a lo que se encuentra en costas abiertas, permiten la depositación de granos finos de limos, lodos, arcillas y materiales biogénicos. Los sedimentos de los estuarios son típicamente suaves y tienen a ser depositados en suaves superficies que limitan la turbulencia del movimiento del agua. Luego de los procesos de acumulación de estos materiales, se consolidan y luego de cambios químicos y orgánicos eventualmente forman los sedimentos cohesivos (United States Army Corp of Engineers, 2002) ESTUDIOS SEDIMENTOLÓGICOS EN LOS FONDOS MARINOS Hasta ahora se ha realizado numerosos estudios para establecer el transporte de sedimentos marinos, que se centran principalmente en la zona de surf o en la zona de rompientes y en la costa, tal como se describe en Van Rijn (1989) y en United States Army Corp of Engineers (2002). En estas recopilaciones se presentan modelos de transporte que incluyen las corrientes y el oleaje para su determinación. Paralelamente, se han realizado otros trabajos que se centran es buscar metodologías para determinar los patrones de transporte de sedimentos en el fondo marino, a partir de las características de la textura de los sedimentos Curray (1961), Visher (1969), McLaren (1981), McLaren y Bowles (1985), LeRoux (1994 a,b) y Gao y Collins (1992, 1994). Esta aproximación da una idea del ambiente y de los procesos que intervienen en la sedimentación en una determinada zona de estudio y de la dispersión de sedimentos. 19

4 Inicialmente, los procesos de sedimentación fuera de la zona de surf fueron estudiados por Curray (1961), quien a partir de las modas de una distribución granulométrica de los sedimentos, determinó su dispersión en el fondo marino. Luego Visher, (1969), estableció que la media y la desviación estándar del tamaño del grano en el fondo están relacionadas con los tipos de transporte, bien sea por rodamiento o deslizamiento, saltación y suspensión. Otra forma de caracterizar los procesos de sedimentación se describe en Tucker (1988), por medio de los gráficos de bivarianza obtenidos por Steward (1958) (en Tucker, 1988). Estos gráficos, que relacionan el tamaño medio con la desviación estándar y el tamaño medio con la asimetría, establecen el ambiente de sedimentación de acuerdo con la textura del sedimento, dado por los ríos, la marea y las aguas quietas. En la década de los ochenta, McLaren (1981) y McLaren and Bowles (1985) establecieron un modelo para determinar los patrones de transporte de sedimentos en el fondo marino a partir de su textura. Inicialmente, McLaren (1981) describe que la media del tamaño del grano, la selección y la asimetría de un depósito de sedimentos son dependientes de la distribución del tamaño del grano de su depósito y de los procesos de sedimentación: la erosión, la depositación selectiva de la distribución del tamaño del grano en transporte y la depositación total de los sedimentos en transporte. Para determinar los patrones de transporte, por tanto, se deben hacer comparaciones entre muestras de sedimentos para la identificación correcta de los procesos de sedimentación. Luego, McLaren and Bowles (1985) demuestran que depósitos secuenciales pueden convertirse inclusive en más gruesos, mejor seleccionados y más positivamente asimétricos, o mas finos, mejor seleccionados y más negativamente asimétricos con un descenso en el régimen de energía. Posteriormente este modelo fue desarrollado por Gao y Collins (1992, 1994) y LeRoux (1994 a,b), quienes propusieron que otros casos pueden ocurrir, además de los dos casos de McLaren and Bowles (1985). Por ejemplo, los depósitos pueden convertirse en más gruesos y más negativamente asimétricos, como también en más finos y más positivamente asimétricos. Sin embargo en todas las instancias la selección mejora en la dirección de la corriente. Además, estos autores proponen 20

5 metodologías para la implementación método por medio de las cuales se obtiene la dirección del vector medio de transporte en un periodo de sedimentación. Entre los estudios que han implementado estas metodologías están los realizados en el Golfo de California. Inicialmente, Van Andel (1964) estudió los minerales densos y la granulometría de las arenas para determinar los ambientes de sedimentación y de dispersión de sedimentos, empleando los métodos de Curray (1961) y Visher (1969) entre otros. Más recientemente, Carriquiry y Sánchez (1999) y Carriquiry et al. (2001), determinaron los patrones de transporte neto de sedimentos por medio de los minerales densos y empleando el método de LeRoux (1994 a, b), mencionado anteriormente. Los métodos de transporte de sedimentos a partir de las características texturales, también han sido empleados en el Puerto de Yangpu, China (Gao y Collins, 1992); el Estrecho de Bohai, China (Cheng, Gao y Bokuniewicz, 2004), Bahía de Todos Santos, Baja California (Pérez, 1984); y Puerto de Lirquén, Chile (LeRoux et al., 2002). En estos trabajos también se estableció la dispersión de sedimentos a partir de las características del tamaño del grano. En el trabajo más reciente de Le Roux y Rojas (2007), se presenta una recopilación de estudios presentados hasta ahora en el tema y se hace una comparación de las metodologías que se relacionan con los parámetros del tamaño del grano. Además, Le Roux y Rojas (2007) describen los problemas que puede enfrentar el investigador al realizar un estudio como éste, tales como el método del muestreo de los sedimentos, la distribución y densidad de las estaciones de muestreo, el análisis del tamaño del grano, el tipo de la tendencia, el peso relativo en los parámetros del tamaño del grano, el filtrado y el análisis de los resultados. 21

6 2.3. ESTUDIOS EN EL GOLFO DE URABÁ Desde la década de los setenta se han venido realizando estudios sedimentológicos en el Golfo de Urabá recopilados en Bernal et al. (2005). Esto se debe principalmente a los problemas de sedimentación y erosión que ha venido afrontando este sistema costero y acuático, el cual es de relevante importancia para el país, por ser el punto de salida del producto agrícola más importante de exportación en la zona, el banano Estudios Hidrodinámicos En la década de los noventa se realizaron los primeros estudios hidrodinámicos en el Golfo de Urabá, el primero es el de Chevillot et al. (1993), donde se reportan los resultados de cruceros oceanográficos realizados por la comisión francesa. Se describe la presencia de una alta estratificación salina en el Golfo, tanto en la época seca como en la época húmeda. Además, se reporta la influencia de los vientos en los valores obtenidos de la temperatura y la salinidad del agua. En la época húmeda, según Chevillot et al. (1993), los niveles de salinidad en la superficie aumentan hasta un 30%, creándose entonces, fuertes gradientes horizontales de salinidad en las desembocaduras de los ríos y la costa. Resultados que también fueron encontrados en otro estudio hidrodinámico realizado más recientemente por Lonin y Vásquez (2005), quienes se hacen simulaciones de las corrientes, la salinidad y el transporte de coliformes. Dentro del proyecto en el cual se encuentra enmarcado el presente estudio sedimentológico del Golfo de Urabá, se está trabajando también en la componente hidrodinámica. Parte de este trabajo fue reportado en Montoya y Toro (2006), quienes simulan numéricamente la circulación oceánica del Golfo, teniendo en cuenta factores como el viento, las mareas, las descargas del Río Atrato y la rotación de la tierra. Ellos presentan los resultados de una metodología propuesta 22

7 para la calibración del modelo y los resultados de una campaña de campo, los cuales son comparados con los resultados de la modelación. Hasta ahora no se ha publicado estudios hidrodinámicos de Bahía Colombia, pero se cuenta con algunos de los resultados de una tesis de Maestría en Ingeniería en Recursos hidráulicos que serán presentados en Roldán (2008), la cual se encuentra enmarcada dentro del mismo proyecto del presente estudio. En el estudio presentado por Roldán (2008) se observan diferencias marcadas entre los meses de la época seca con los de la época húmeda. En la época seca se encontró que la circulación superficial va de norte a sur y que a 4 metros de profundidad esta dirección se invierte de sur a norte. Mientras que en la época húmeda en superficie se forman procesos circulatorios que van desde las bocas del río Atrato y que se dispersan hacia las márgenes occidental y oriental de la bahía. La descarga del río León produce una circulación de sur a norte recostada sobre la margen oriental. La circulación en la capa a 4 metros de profundidad continúa presentando el patrón circulatorio de la superficie, lo mismo que la dirección impuesta por el río León Estudios Sedimentológicos La morfología costera del Golfo de Urabá es el resultado de los procesos erosivos y de sedimentación producto de la evolución tectónica de la región, los aportes fluviales y la dinámica oceánica. Se diferencian el sector norte, dominado por cordones litorales y terrazas marinas de origen coralino y terrígeno, y el sector sur, dominado principalmente por los deltas y marismas (Robertson y Martínez, 1999). En Chevillot et al. (1993) se reporta un estudio de la circulación de las corrientes en el Golfo de Urabá a partir de imágenes de satélite. En este se describe la importancia de estas corrientes en la distribución y repartición de los sedimentos en el Golfo. Indican que en la época seca, cuando las precipitaciones son débiles y los vientos tienen direcciones desde el norte y el noroeste, la pluma turbia de los ríos permanece cerca de las desembocaduras y los sedimentos se depositan 23

8 principalmente en el delta del Río Atrato y en Bahía Colombia. En la época húmeda estas plumas presentan menores valores de turbidez, las cuales con la acción conjunta del viento y de las corrientes facilitan el transporte de las partículas hasta el norte del Golfo. Además, en Chevillot et al. (1993) se reportan resultados obtenidos de análisis de sedimentos superficiales de fondo, donde se identifican cinco tipos de sedimentos, tales como arena terrígena, arena lodosa-terrígena, arena lodosa-carbonatada, lodo carbonatado y lodo terrígeno. Se encuentra que el 80% del área del Golfo está cubierta por lodos y en menor proporción arenas terrígenas de origen fluvial. En el área de Geología en la Universidad Nacional se han realizado una serie de trabajos de grado en el Golfo de Urabá, en los cuales se hizo un inventario y levantamiento de la línea de costa con el objeto de determinar las zonas de erosión y sedimentación presentes en el Golfo. Esta serie de trabajos está integrada por cuatro estudios, que comprenden la zona desde Boca Tarena Espiga de Turbo (Velásquez y Rabe, 1996), Espiga de Turbo Río Necoclí (Franco y Gómez, 1996), Río Necoclí Arboletes (Holguín, 1996) y Cabo Tiburón-Bahía Acandí (Velásquez, 2000). Además se cuenta con otra investigación realizada para determinar la erosión en el litoral antioqueño realizada por CORPOURABA - Universidad Nacional (1998). En estos estudios se explica que la erosión es un proceso reinante en todas las costas del Golfo de Urabá, principalmente en los tramos orientales y occidental, mientras que en la zona de Bahía Colombia se encontraron pocos cambios en el litoral, y se determinó que la deriva va de Norte a Sur, tanto en la costa oriental como en la costa occidental. Otro grupo de estudios son los de Aristizábal et al. (1989), Correa, (1992) y Correa y Vernette (2004), quienes hacen también inventarios y levantamientos de la línea de costa en la zona entre Turbo y Arboletes y determinan los puntos críticos donde se presentan los procesos de erosión. Estos autores exponen la necesidad de hacer estudios más juiciosos al momento de ubicar obras de protección costera, tales como espolones, con el objeto de no deteriorar aún más las costas. 24

9 Los estudios anteriores describen la importancia que tiene la intervención humana en estos sistemas costeros, a través de los cambios de los cauces de los ríos, los cambios en los usos del suelo, la deforestación, la extracción intensiva de arenas y materiales de playa y la construcción de obras de defensa sin estudios técnicos, lo que finalmente hace que los que ecosistemas marinos se vean cada vez más degradados y acelerando los procesos de erosión. A pesar de este panorama, los autores mencionados no se atreven a concluir que ésta es la única causa, pues también existe influencia oceanográfica, de las corrientes y de la meteorología, entre otros, que también participan en estos procesos. Más recientemente, INVEMAR-CORPOURABA (2003) con la asesoría de CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE (CNRS) y con el apoyo de otras instituciones, presentaron un estudio sobre el diagnóstico, zonificación y definición de la estructura administrativa de manejo de la Unidad Ambiental Costera Darién para el diseño de planes y programas encaminados a la conservación, restauración y manejo de los ecosistemas en la región del Urabá Antioqueño y Chocoano. Dentro de este trabajo se presenta la componente sedimentológica del fondo marino, donde se describen variables de los sedimentos que caracterizan su textura y composición. Se encontró que las concentraciones de arenas se localizan principalmente en algunas de las desembocaduras de los ríos y en zona sur-occidental del Golfo, mientras que los sedimentos más finos, tales como los limos, se concentran en el costado occidental del Golfo y las arcillas presentan mayores concentraciones (60%) en Bahía Colombia. 25