Juan F. Paniagua e Iván D. Correa Área de Ciencias del Mar, Universidad EAFIT, Medellín, Colombia

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1 PREDICCIÓN DE LAS MAGNITUDES DE RETROCESO DE ALGUNOS SECTORES ACANTILADOS DE ANTIOQUIA EN CONDICIONES DE ASCENSO DEL NIVEL DEL MAR RESULTADOS PARA EL SECTOR DE ARBOLETES Juan F. Paniagua e Iván D. Correa Área de Ciencias del Mar, Universidad EAFIT, Medellín, Colombia jpaniag2@eafit.edu.co, icorrea@eafit.edu.co RESUMEN El estudio de los impactos de los cambios del nivel del mar es necesario para la gestión litoral, especialmente en costas tectónicamente activas y con ecosistemas estratégicos como las del Caribe sur colombiano. Los escenarios más desfavorables predicen un ascenso del nivel del mar 2 m por encima de su nivel actual para finales este siglo. En este contexto, la predicción de las magnitudes de erosión de los acantilados del litoral antioqueño, compuestos en muchos sectores por rocas geotécnicamente muy pobres es uno de los elementos básicos para la planificación a mediano-largo plazo de la región. Considerando estos antecedentes, se presentan para 50 años las posiciones futuras posibles de la línea de costa a lo largo de tres sectores acantilados críticos de la costa antioqueña (municipios de Arboletes y Turbo) y del sector de los Córdobas-Punta Rey (departamento de Córdoba). Para el sector de Arboletes, considerado como el más crítico en función de la densidad de población e infraestructura, los resultados indican las siguientes proyecciones para el año 2059: 1) Asumiendo una tasa de ascenso constante del nivel del mar de mm/año (valor actual), los retrocesos de la línea de costa al 2059 serían del orden de los 64 m. 2) Asumiendo una tasa de ascenso del nivel del mar de +7 mm/año, las distancias promedio de retroceso estarían alrededor de los 134 m. 3) Asumiendo una tasa de ascenso del nivel del mar de +22 mm/año, las distancias promedio de retroceso de la línea de costa estarían alrededor de los 200 m. Retrocesos promedio entre 64 m y 200 m de la línea de costa al 2059 plantean impactos relacionados de primera magnitud sobre toda la infraestructura actual del sector de Arboletes (construcciones del casco urbano, vías de acceso desde Montería y hacia Necoclí) y también la inundación marina de los drenajes naturales del sector, principalmente de las depresiones de los cauces de los ríos Jobo y Arboletes. Similares resultados pueden mostrarse para los demás sectores considerados en este estudio. Palabras clave: acantilados de Antioquia, erosión costera, ascenso del nivel del mar. 1

2 ABSTRACT Sea-level rise related impacts are required for coastal management, especially within littoral fringes with active tectonics and presence of strategic ecosystems likewise Colombian southern Caribbean. Worst scenarios predict a sea-level rise for 2100 circa 2 m above level of Among this context, retreat magnitudes prediction of littoral cliffs of Antioquia, formed along several sectors by soft rocks, is a primary element for medium-large term planning of the region. Considering this, possible shoreline positions along three critical sectors within Antioquia s coast for 50 years in the future are presented (Arboletes and Turbo towns) and Los Córdobas Puerto Rey sector (Córdoba department). For the Arboletes sector, considered as the most critical based on population density and present infrastructure, results for 2059 indicate the following: 1) Assuming a constant sea-level rise rate of mm/yr (present value), mean shoreline retreat to 2059 would be 64 m. 2) Assuming a sea-level rise rate of +7 mm/yr, mean retreat distances would be about 134 m. 3) Assuming a sea-level rise rate of +22 mm/yr, mean shoreline retreat distances would be 200 m. Mean shoreline retreat distances between 64 and 200 m to 2059 are related to primary magnitude impacts over present infrastructure of Arboletes sector (downtown structures, access roads from Montería and towards Necoclí towns) and also the associated marine inundation of natural drainages, primarily Jobo and Arboletes rivers. Similar results could be shown for the other sectors considered within this study. Keywords: litoral cliffs of Antioquia, coastal erosion, sea-level rise. INTRODUCCIÓN Con base en la certeza científica que existe hoy en día sobre la aceleración del ascenso del nivel del mar global y su relación con el Cambio Climático Global, se predice la intensificación de las tendencias erosionales presentes en muchos litorales del mundo durante las próximas décadas (Nicholls y Cazenave, 2010). Esta intensificación se produciría dado que el cambio en el nivel relativo del mar se considera como un control principal entre los factores que dictan la evolución litoral, al afectar directamente los alcances espaciales de los oleajes, mareas y corrientes asociadas y, por tanto, estar involucrado en el balance de sedimentos de la franja litoral (e.g. Morton, 1977). En este contexto, la predicción de las magnitudes de retroceso asociadas con el ascenso del nivel del mar de los acantilados blandos del litoral antioqueño-cordobés, caracterizado por una marcada tendencia erosional (tasas de retroceso del orden de metros por año) y la presencia de poblaciones e infraestructura importante (casco urbano de Arboletes, carretera entre Urabá y Montería), es un insumo 2

3 de primera importancia para la su adecuada planeación (e.g. Correa y Vernette, 2004; Correa et al., 2007). Localización del área de estudio La litoral de estudio se localiza en la parte sur de la Costa Caribe colombiana, entre el Municipio de Los Córdobas (sur del departamento de Córdoba) y Turbo, costado este del Golfo de Urabá, departamento de Antioquia (Figura ). En concreto, se estudiaron cuatros tramos acantilados considerados como críticos, con tendencias históricas fuertemente erosionales: 1) desembocadura del río Córdoba-Punta Rey, departamento de Córdoba, 2) Punta Rey-desembocadura del río Arboletes, municipio de Arboletes, Antioquia, 3) casco urbano de Arboletes y 4) sector de Tié, municipio de Turbo, Antioquia. Contexto físico general La franja litoral antioqueña y cordobesa pertenecen a la unidad geológica denominada Cinturón Plegado del Sinú, una secuencia sedimentaria de rocas turbidíticas y depósitos marinos hemipelágicos y terrígenos del Oligoceno Plioceno (Duque-Caro, 1984). Los escarpes acantilados presentes allí, de alturas entre 1 y 15 m, corresponden al frente de erosión de un conjunto de terrazas marinas emergidas (6 km de amplitud y alturas máximas de 36 m) por esfuerzos tectónicos compresionales entre las placas Caribe y Suramericana y la actividad del diapirismo de lodos (e.g. Page, 1982, Figura 2). Las pobres características geotécnicas de estas rocas (rocas blandas), principalmente intercalaciones de arcillolitas y lodolitas terciarias muy meteorizadas y fracturadas, las hacen extremo susceptibles a la ocurrencia de movimientos de masa (deslizamientos, flujos de derrubios, caídas de rocas), comunes durante la transición verano-invierno (Correa y Vernette, 2004; Correa y Morton, 2010). Asociado a esto, el retroceso de la línea de costa, salvo algunas zonas específicas con alta disponibilidad de sedimentos, ha sido el proceso histórico dominante en estos litorales, con magnitudes registradas para los sectores acantilados de Arboletes del orden de metros por año (e.g. Correa y Vernette, 2004; Posada y Henao, 2008). MATERIALES Y MÉTODOS En primer lugar, se calcularon las tasas históricas de retroceso (end point rate, o EPR) utilizando la aplicación DSAS v4.0 en ArcGIS v.9.3 (Thieler et al., 2009), a partir de líneas de costa cartografiadas de mosaicos ortorrectificados de los años 1938, 2004 y 2009 (Correa et al., 2007; Prüssmann, 2012), y de aerofotografías rectificadas de 1975 (sector Arboletes río Jobo). Con los estos valores, y utilizando transectos cada 10 m, se calcularon las posibles tasas futuras de retroceso para 50 3

4 años después de la última cartografía disponible (2054 para Los Córdobas - Puerto Rey, 2059 para Minuto de Dios, Arboletes - río Jobo y El Tié) usando la ecuación simplificada del modelo SCAPE alimentada con la información de cada uno de los transectos (Walkden y Dickson, 2008; Ecuación 1). En ésta, R1 y R2 son las tasas de retroceso de la línea de costa histórica (EPR) y futura, y S1 y S2 las tasas de ascenso del nivel del mar presente (+2.32 mm/año, Figura 3) y futura, respectivamente. Para este último valor (S2), correspondiente a los escenarios de ascenso del nivel del mar, se seleccionaron magnitudes dentro del rango entre y mm/año, predichas para 2100 (Meehl et al., 2007; Pfeffer et al., 2008; Vermeer y Rahmstorf, 2009; Jevrejeva et al., 2010). Por último, a partir de las tasas de retroceso futuro calculadas, se proyectaron las coordenadas X y Y en metros en la dirección de cada transecto, a partir de la tasa futura calculada multiplicada por la cantidad de años en consideración (50 años). De este modo, se construyeron las líneas de costa con base en los puntos futuros de cada transecto, para cada escenario propuesto de ascenso del nivel del mar. RESULTADOS Las magnitudes promedio históricas de retroceso de la línea de costa entre 1975 y 2009 para el sector Arboletes - río Jobo son de 1.29 m/año y m. Con base en estos valores, las predicciones para el año 2059 son: 1. Para un escenario de 2.32 mm/año (actual) se tendrá una distancia promedio de m. 2. Considerando 7 mm/año, se tendrán magnitudes promedio de 2.23 m/año y m. 3. Si se proponen 10 mm/año, se predicen 2.67 m/año y m en promedio. 4. Para el escenario más desfavorable, 22 mm/año, las magnitudes promedio predichas alcanzan 3.96 m/año y m. Adicional a estos valores, en la Figura se muestran las ubicaciones geográficas de las posibles líneas de costa para cada escenario de ascenso del nivel del mar considerado para DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES Las magnitudes de retroceso obtenidas en este estudio muestran las posibles dimensiones de la erosión litoral futura asociada con el ascenso del nivel del mar, producto (en parte) del Cambio Climático Global, considerando sectores específicos del Caribe colombiano. Según estos valores, incluso de mantenerse la tendencia erosiva actual, se prevén impactos importantes en la infraestructura presente y la morfología litoral. Cabe anotar que, en este caso, no se tienen en cuenta los cambios en los procesos costeros asociados con la construcción futura de obras de defensa. 4

5 La ecuación de predicción utilizada, como simplificación del modelo SCAPE, fue validada, entre otros, por Brooks y Spencer (2012) a partir de información histórica (mapas antiguos y aerofotografías rectificadas) de la costa de Suffolk, Reino Unido. De manera simple, estos autores tomaron valores de retroceso histórico (mapas a escalas de 1:10,560 de 1883 y 1947, 64 años) y predijeron la posición de la línea de costa de 2008 (intervalo de 61 años), cuya posición real era conocida a partir de levantamientos con DGPS. Con base en comparaciones entre las posiciones real y predicha, la ecuación simplificada de SCAPE tuvo el mejor desempeño entre otros modelos considerados, e.g. regla de Bruun modificada y ecuación de Sunamura, con errores medios del tipo root mean square error entre 15 y 36 m. En el caso de la línea de costa de Antioquia, el mapa más antiguo disponible, que data del año 1817 (brigadier español Francisco Fidalgo), no puede utilizarse para validar la ecuación SCAPE puesto que no es posible calcular su exactitud en la cartografía de la línea de costa. Considerando los sectores de este estudio, los intervalos para el cálculo de las magnitudes históricas son de 34 años para Arboletes - río Jobo (1975 a 2009), 66 para Los Córdobas - Puerto Rey (1938 a 2004), y 71 para Minuto de Dios y El Tié (1938 a 2009). Esto implica que, a la luz de las sugerencias para la utilización de la ecuación SCAPE (Walkden y Dickson, 2008), los resultados del sector Arboletes - río Jobo podrían incluir mayor incertidumbre en la posición que los demás sectores. No obstante, se mantiene la validez de estos resultados presentados, considerados como primera aproximación al estudio de las magnitudes futuras de erosión considerando el posible ascenso del nivel del mar en los acantilados litorales de Antioquia y Córdoba. AGRADECIMIENTOS Los resultados de este estudio hacen parte del proyecto de investigación Erosión Costera en Antioquia Fase 2: Modelado de la evolución morfológica en el Golfo de Urabá ejecutado por la Universidad EAFIT y la Armada de la República de Colombia. Los autores agradecen a COLCIENCIAS por el apoyo económico para la realización de este proyecto. BIBLIOGRAFÍA Brooks, S. M. y Spencer, T., Shoreline retreat and sediment release in response to accelerating sea level rise: Measuring and modelling cliffline dynamics on the Suffolk Coast, UK. Global and Planetary Change, 80-81, p. Correa, I. D. y Vernette, G., Introducción al problema de la erosión litoral en Urabá (sector Arboletes-Turbo) Costa Caribe colombiana. Boletín de Investigaciones Marinas y Costeras, 33, 5-26 p. 5

6 Correa, I. D., Acosta, S. y Bedoya, G., Análisis de las causas y monitoreo de la erosión litoral en el departamento de Córdoba, Convenio de Transferencia Horizontal de Ciencia y Tecnología No. 30, Corporación Autónoma de los Valles del Sinú y San Jorge -CVS- y Universidad EAFIT. Correa, I. D. y Morton, R. A., Caribbean Coast of Colombia. En: Bird, E. (Ed.) Encyclopedia of the World's Coastal Landforms. Springer Science+Bussiness Media B.V., Melbourne, Australia, p. Duque-Caro, H., Estilo Estructural, Diapirismo y Episodios de Acrecimiento del Terreno Sinú - San Jacinto en el Noroccidente de Colombia. Boletín Geológico INGEOMINAS 27, 1-29 p. Jevrejeva, S., Moore, J. C. y Grinsted, A., How will sea level respond to changes in natural and anthropogenic forces by 2100?. Geophysical Research Letters, 37 (L07703). Meehl, G. A.; Stocker, T. F.; Collins, W. D.; Friedlingstein, P.; Gaye, A. T.; Gregory, J. M.; Kitoh, A.; Knutti, R.; Murphy, J. M.; Noda, A.; Raper, S. C. B.; Watterson, I. G.; Weaver, A. J. y Zhao, Z.-C., Obervations: Oceanic Climate Change and Sea Level. En: Solomon, S., Qin, D., Manning, M.et al (Ed.) Climate Change 2007: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA. Morton, R., Historical Shoreline Changes and Their Causes, Texas Gulf Shoreline. Geological Circular of the Bureau of Economic Geology, The University of Texas at Austin, 77 (6), p. Nicholls, R. J. y Cazenave, A., Sea-Level Rise and Its Impact on Coastal Zones. Science, 328, p. Page, W., Seismic Geology and Seismicity of Northwestern Colombia, Appendix A: Tectonic Deformation of the Caribbean Coast, Northwestern Colombia, Woodward & Clyde Consultants, Medellín. Pfeffer, W. T., Harper, J. T. y O'Neel, S., Kinematic Constraints on Glacier Contributions to 21st-Century Sea-Level Rise. Science, 321, p. Posada, B. O y Henao, W., Diagnóstico de la erosión en la zona costera del Caribe colombiano. INVEMAR. Serie Publicaciones Especiales, No. 13, Santa Marta, 124 p. Prüssmann, J., Nuevos Elementos para el Manejo Integrado de la Región de Urabá, Costa Caribe colombiana, Base de Datos Espacial Geomorfológica de la Franja Litoral de los Departamentos Antioquia y Chocó, Tesis de Maestría en Ciencias de la Tierra, Universidad EAFIT. 6

7 Thieler, E. R.; Himmelstoss, E. A.; Zichichi, J. L. y Ergul, A., Digital Shoreline Analysis System (DSAS) version An ArcGIS extension for calculating shoreline change. U.S. Geological Survey Open-File Report Vermeer, M. y Rahmstorf, S., Global sea level linked to global temperature. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 106 (51). Walkden, M. y Dickson, M., Equilibrium erosion of soft rock shores with a shallow or absent beach under increased sea level rise. Marine Geology, 251, p. ECUACIONES [1] LEYENDAS DE LAS FIGURAS Figura 1. Localización del área de estudio. Las letras corresponden a los sectores de acantilados blandos estudiados: (A) Los Córdobas Puerto Rey, departamento de Córdoba; (B) barrio Minuto de Dios, municipio de Arboletes; (C) Arboletes río Jobo, departamento de Antioquia; (D) corregimiento El Tié, municipio de Turbo, Antioquia. Figura 2. Escarpes acantilados en los sectores de estudio: (A) norte de la desembocadura del río Córdoba, secuencia subhorizontal de arcillolitas con lentes arenosos; (B) sur del barrio Minuto de Dios; arcillolitas; los bloques en el centro de la foto han sido dispuestos como medida de protección (C) lodolitas al sur del municipio de Arboletes, y (D) lodolitas pobremente consolidadas, El Tié. Fotografías por Iván D. Correa y Juan F. Paniagua, mayo de Figura 3. Registros de niveles del mar de altimetría por satélite TOPEX/Poseidon, Jason-1 y Jason-2 para el punto geográfico 9ºN-77ºW. Estos valores se consideran la mejor aproximación a la tendencia lineal de cambio del nivel del mar para la franja litoral de Antioquia desde 1993, con una pendiente de mm/año al 95% de confianza estadística (Nerem et al., 2010). Figura 4. Posibles posiciones de la línea de costa para 2059 en el sector Arboletes río Jobo, utilizando la ecuación simplificada del modelo SCAPE. Nótense las líneas de costa obtenidas para diferentes escenarios (+2.32, +7, +10 y +22 mm/año) ubicadas con respecto a la aerofotografía rectificada de Composición por Juan F. Paniagua, aerofotografía tomadas y rectificada por Aeroestudios S. A., Medellín. 7

8 FIGURAS Figura 1. Figura 2. 8

9 Figura 3. Figura 4. 9