Invest. Pesq. (1984) 31 : 89-94 V\ Proceso de Surgencia en Punta Núgurne, Chile (Lat. 36 S), marzo 1983 ROLANDO KELLY J. y Jost BLANCO G. RESUMEN Se describe un intenso Proceso de surgencia frente a Punta Nugurne, Chile (Lat. 36 S). Aguas Ecuatoriales Subsuperficiales, pobres en oxígeno (02 < 2,0 cm3ldm3) y de alta salinidad (S > 34,4 X 10-3) son transportadas a superficie desde profundidades de 150 a 200 m. Se usan las ecuaciones de un modelo teórico para un océano estratificado de dos capas y se obtiene una velocidad vertical del agua igual a 0,016 cm s' y una extensión horizontal del proceso igual a 12,7 km. Los valores obtenidos usando datos reales son del mismo orden de magnitud que los logrados teóricamente, en otros trabajos, para latitudes medias. El proceso de surgencia frente a Punta Nugurne, se asemeja más en sus características a los descritos para la costa de Oregon que a los de la costa peruana. Palabras claves : Oceanografía física, surgencia, Chile (costa central). Upwelling Process off Punta Nugurne, Chile (Lat. 36 S), March 1983 ROLANDO KELLY J. y Jost BLANCO G. ABSTRACT A strong upwelling process off Punta Nugurne, Chile (Lat. 36 S) is described. Equatorial Subsurface Waters poor in oxygen (02 < 2.0 cm3/dm3) and of a high salinity (S > 34.4 X 10-3) are transported to the surface from depths of 150 m to 200 m. The equations of a two-layer stratified ocean model are used to obtain a vertical velocity of 0.016 cm s-t and a horizontal extension of the process of 12.7 km. The values obtained using real data are of the same order of magnitude than those theoretically described for mid-latitudes. The upwelling process off Punta Nugurne is closer in its characteristics to those previously described for the Oregon coast than the ones described for the peruvian coast. Key words : Physical oceanography, upwelling. Chile (central coast). INTRODUCCION Los procesos de surgencia que ocurren en la costa occidental de los continentes, son de fundamental importancia para sustentar mediante el transporte de nutrientes desde capas inferiores a la superficie, la productividad que caracteriza estas áreas. Barber et al (1981) y Smith (1968) hacen una completa revisión de las características físicas, químicas y biológicas de los procesos de surgencia. Por otra parte, Brandhorst (1963, 1971), Silva (1973), Ulloa (1974) y Fonseca (1977) describen surgencias para diferentes puntos de la costa chilena. Punta Nugurne (Lat. 36 S) ha sido descrita como un lugar propicio para procesos de surgencia durante los meses de diciembre hasta abril, época en la cual predominan los vientos del S y SW (Ahumada y Chuecas, 1979). El presente trabajo describe un proceso de surgencia detectado en Punta Nugurne en marzo de 1983 ; se compara con eventos similares descritos por Smith et al (1971) para Oregon y Perú ; se calcularon además parámetros dinámicos de acuerdo a modelos teóricos propuestos por O'Brien (1972). MATERIALES Y METODOS El Instituto de Fomento Pesquero realizó un crucero de prospección de recursos pelágicos en la zona de
9 0 INVESTIGACION PESQUERA Talcahuano entre el 28 de febrero y 9 de marzo de 1983, durante el cual se obtuvo información acústica y oceanográfica. Se efectuaron tres secciones oceanográficas (Fig. 1 a) con un total de 13 estaciones entre la costa y 150 km y hasta 400 m de profundidad. En cada estación se obtuvo información de temperatura, salinidad y oxígeno disuelto, mediante metodologías oceanográficas estándares. Para el análisis descriptivo se prepararon cartas de distribución superficial y secciones verticales para cada variable, usándose en este trabajo sólo la sección de Punta Nugurne, foco del proceso de surgencia. Para los cálculos dinámicos se utilizó un modelo teórico para un océano estratificado de dos capas (O'Brien, 1972), el que asume un fluido incompresible, rotatorio y establemente estratificado sobre una sección perpendicular a una costa norte-sur. La expresión usada para el cálculo de la velocidad vertical es : 74 0 W 73 0 74 0 73 0 o B 100 200-200 300 300 Smmid00-60 Millos náuticas 74 0 W 40 zo 73 0 0 400 74 0 W i 40 z0 73 0 0 400 Fig. 1. Crucero de prospección de recursos pelágicos, febrero-marzo 1983 : A) posición de las estaciones ; B) temperatura superficial ; C) salinidad superficial; D) oxígeno disuelto superficial. Fig. 1. Pelagic resources survey February-March 1983 : A) station, position B) surface temperature ; C) surface salinity ; D) surface dissolved oxygen.
SURGENCIA EN PUNTA NUGURNE 9 1 W=Ty /p(g ' H 1 )" 2 en la cual T y = p a Cd I v y donde : W T y P g H I pa Cd I v~ pl p2 g L 9 1 H I H 2 f w 0 g'=(p2 p I ) p2 1 2 L= g' H I H2 1/2 f2 (H I + H 2 ) ] donde : g (1) (2) (3) = velocidad vertical del agua (positiva hacia superficie) coacción del viento paralelo a la costa = densidad media de la columa de agua = gravedad reducida grosor de la capa superior = densidad media del aire coeficiente de arrastre = 2,61 X 10-3 velocidad absoluta del viento = densidad media de la capa superior = densidad media de la capa inferior = aceleración de gravedad = 980 cm s -2. Para el cálculo de la escala horizontal del proceso de surgencia, se usó el radio de deformación baroclínica de acuerdo a la siguiente expresión : (4) = extensión horizontal del proceso de surgencia = igual que en ecuación (1) igual que en ecuación (1) = grosor de la capa inferior = 2 w sen 0 (Parámetro de Coriolis) velocidad angular de rotación de la Tierra = latitud del lugar. La figura 1(b, c y d) muestra la distribución superficial de temperatura, salinidad y oxígeno disuelto, donde se pueden apreciar los fuertes gradientes existentes entre el sector de Punta Nugurne y la zona más oceánica, variando la temperatura de < 13 C a > 17 C ; la salinidad de 34,6 x 10-3 a 33,8 x l0-3 y el oxígeno de < 2,0 cm 3/dm 3 a > 6,0 cm3/dm3. Los bajos valores de temperatura y oxígeno y altos valores de salinidad en Punta Nugurne, sugieren el desarrollo de un fuerte proceso de surgencia en esta área. La figura 2 presenta la distribución vertical de temperatura, salinidad, oxígeno y sigma-t de la sección frente a Punta Nugurne. Las cuatro variables muestran un evidente proceso de surgencia, con la presencia de una zona frontal inclinada especialmente notoria en sigma-t y salinidad. En la distribución vertical de oxígeno se puede apreciar el ascenso de la capa de mínima relativa (< 1,5 cm 3/ dm3 ) desde 200 m hasta la superficie, donde rompe la isolínea de 2 cm 3/dm 3. La picnoclina se encuentra bien desarrollada, adquiriendo las isopicnas una formación vertical en la capa superior a medida que se acerca a la costa, y dando origen a una zona frontal de gran intensidad, con valores de sigma-t de 26,2 en la costa y de 24,9 en la estación 3, a sólo 90 km de distancia. En la distribución vertical de temperatura, se aprecia claramente el ascenso de las isotermas de 13, 14 y 15 C hacia superficie ; la isoterma de 12 C se profundiza en la zona más cercana a la costa a partir de los 50 m de profundidad y las de 11 y 10 C se profundizan en toda su extensión desde mar afuera hacia la costa. Mediante las ecuaciones (1), (2) y (3) se calculó la velocidad vertical del agua, que fue de 0,016 cm s - '. Para obtener este valor se usaron H 1 = 50 m, p = 1,026 g cm -3, p, = 1,0258 g cm -3, p 2 = 1,0265 g cm -3 y P a = 1,25 X 10-3 g cm -3. Se consideró una velocidad promedio del viento de 500 cm s - ', teniendo en cuenta que durante todo el crucero los vientos fueron del sur, con velocidades que variaron entre 200 cm s' y 800 cm s -1. Con la ecuación (4) se obtuvo como extensión hacia mar afuera del proceso, L = 12,7 km. Para este cálculo se utilizó H, = 50 m, H 2 = 400 m y f = 4,28 X 10-5 sec - '. RESULTADOS DISCUSION Ahumada y Chuecas (1979) afirman que en la zona de Talcahuano los vientos son moderados durante todo el año, registrándose sus máximas intensidades en otoño e invierno (abril a agosto) con direcciones del Norte. En primavera y verano los vientos dominantes son del Sur y Suroeste, alcanzando su máxima intensidad en el mes de enero. Durante el período de estudio el viento fue favorable a la surgencia, del Sur, y de intensidad moderada.
92 INVESTIGACION PESQUERA 75 30, 740 73 72 35 75 74 0 30 73 72-35' 36* 36o 36 0 38 39 39 75 30, 74 73 30 72 35 350 3Ó 36 36 0 30 38 38 39 390 Fig. 2. Distribución vertical de temperatura (A), salinidad (B), oxígeno (C) sigma-t (D), frente a Punta Nugume, febrero-marzo 1983. Fig. 2. Vertical distribution of temperature (A), salinity (B), oxygen (C) and sigma-t (D) off Punta Nugurne, February-March 1983. Brandhorst (1971) describe un proceso de surgencia en un corte frente a Punta Nugurne para fechas cercanas a las del presente estudio, y encuentra valores similares de temperatura y salinidad ; sin embargo, la intensidad del proceso es aparentemente menor que el estudiado en este trabajo. Brandhorst (1971) concluye que en procesos de surgencia fuertes en la zona de Talcahuano, el agua que aflora corresponde a Aguas Ecuatoriales Subsuperficiales. La figura 2 (b y c) muestra en forma clara agua de alta salinidad y de mínimos valores de oxígeno surgiendo desde 200 m. Smith etal (1981) demuestran para el caso de Oregon y Perú la existencia de una corriente hacia el polo bajo la capa surguiente ; este tipo de circulación se evidencia claramente en la figura 2 (a, b y e), centrada en ca. 200 m y que correspondería a la corriente subsuperficial Perú-Chile ; además en Oregon el agua surge desde 150 a 200 m, al igual que en Punta Nugurne ; en cambio en Perú el agua empieza a ascender desde sólo 75 m. Smith et al (1981) y Fonseca (1977) sostienen
SURGENCIA EN PUNTA NUGURNE 93 que la circulación superficial después de puntas y cabos en el caso de surgencias, tiende hacia el NW en el hemisferio sur. Un examen de la figura 1 (b, c y d) no muestra evidencia de circulación hacia el W, observándose en la costa, un reemplazo de las aguas superficiales de origen subantártico por aguas de origen ecuatorial subsuperficial. Por otra parte, los procesos de mezcla incipiente, denotados por los fuertes gradientes existentes, serían indicación de que la fuerte surgencia fue detectada en pleno desarrollo. Fonseca (1977) encuentra frente a Punta Curaumilla, al Sur de Valparaíso (Lat. 33 S), dos estados de surgencia. Uno de doble celda de circulación, cuando los vientos son favorables por un largo período, y otro, de una sola celda, con un mayor desplazamiento hacia el Oeste, cuando los vientos son de intensidad y dirección variable. Blanco (1984) plantea para Talcahuano en un período de viento variable, un modelo de circulación de una celda, con un desplazamiento neto hacia el Oeste. En este caso particular, si bien el viento varía en intensidad, muestra una permanencia de varios días en su dirección, lo que sustentaría un modelo de circulación de doble celda, que se confirmaría al no encontrar un flujo definido hacia el oeste. El modelo teórico de O'Brien (1972) utilizado para cálculos dinámicos, considera un océano de dos capas, las que se definieron en el presente trabajo separadas por la isoterma de 12 C (Fig. 2 a) que coincide con la picnoclina, de modo que la capa superior se consideró entre 0 y 50 m y la capa inferior entre 50 y 400 m. Los valores típicos entregados por O'Brien (1972) para velocidades verticales de procesos de surgencia costera en latitudes medias, son de 10-2 cm s -1. La velocidad obtenida en el presente trabajo de 1,6 X 10-2 cm s -1, es del mismo orden de magnitud de la obtenida en forma teórica. Esto significa que, para una coacción del viento calculada del orden de 1 dyna cm -2, un cuerpo de agua ubicado a 50 cm de profundidad demorará 4 días en alcanzar la superficie. Por otra parte, y siguiendo a Yoshida (1955), la escala horizontal dada por el radio baroclínico de deformación, fue para este trabajo igual a 12,7 km. El cálculo teórico hecho por O'Brien (1972) para latitudes medias es del orden de 10 km, lo que sería coincidente con el encontrado a partir de datos reales en este estudio. Esto indica que el proceso de surgencia en sí, se produce en un radio de 12,7 km desde la costa y se extiende a mayores distancias por mezcla y advección. Como dato adicional de interés, IFOP (1983) informa que durante la exploración acústica realizada en este mismo crucero, la mayor abundancia de recursos pelágicos se produce en un área frente a Punta Nugurne entre 9 y 55 km de la costa, distribuyéndose alrededor del límite exterior del centro de surgencias. En profundidad los recursos se distribuían entre 50 y 100 m, es decir, bajo la termoclina y sobre la capa de mínimo de oxígeno que surge desde 200 m. CONCLUSIONES El presente trabajo confirma que Punta Nugurne conforma un importante centro local de surgencia, cuando se encuentra bajo la influencia de vientos del Sur y Suroeste. La velocidad de ascenso de las Aguas Ecuatoriales Subsuperficiales es de 0,016 cm s -1 y la extensión horizontal del núcleo de aguas afloradas se calculó en 12,7 km, valores considerados normales para procesos de surgencia costera en latitudes medias. El agua en Punta Nugume surge desde aproximadamente 150 a 200 m, lo que es coincidente con valores de profundidad descritos para Oregon y distinto al caso de Perú, en donde el origen de las aguas de surgencia se encuentran a menores profundidades ; probablemente factores topográficos condicionan esta característica. El modelo teórico propuesto por O'Brien (1972) para surgencia en latitudes medias, explica en forma satisfactoria el caso real de surgencia frente a Punta Nugurne descrito en el presente estudio. AHUMADA, R. y L. CHUECAS. 1979. Algunas características hidrográficas de la Bahía de Concepción (36 40'S ; 73 02'W) y áreas adyacentes, Chile, Gayana, Misc. 8 :1-56. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BARBER, R. y R.L. SMITH. 1981. Coastal Upwelling Ecosystems. En : "Analysis of Marine Ecosystems". A.R. Longhurst Editor. Academic Press. pp. 31-68. BLANCO, J.L. 1984. Características de la circulación sobre la plataforma continental de Talcahuano. Tesis para optar al título de oceanógrafo. Escuela de Cien-
94 INVESTIGACION PESQUERA cias del Mar, Universidad Católica de Valparaíso. 42 P. BRANDHORST, W. 1963. Descripción de las condiciones oceanográficas de las aguas costeras entre Valparaíso y el Golfo de Arauco, con especial referencia al contenido de oxígeno y su relación con la pesca (resultados de la expedición Agrimar, 1959). Min. Agr. Dir. Agr. y Pesca. Santiago, Chile. pp. 3-55. BRANDHORST, W. 1971. Condiciones oceanográficas estivales frente a la costa de Chile. Rev. Biol. Mar. 14 (3) : 45-84. FONSECA, T. 1977. Proceso de surgencia en Punta Curaumilla con especial referencia a la circulación. Tesis para optar al título de Oceanógrafo. Universidad Católica de Valparaíso. 89 p. IFOP. 1983. Prospección de recursos pelágicos Zona Talcahuano. Verano 1983. Informe Interno. 28 p. O'BRIEN, J. 1972. Models of coastal upwelling. En Pro- ccedings of NAS "Symposium on Numerical Models of Ocean Circulation". 24 p. SILVA, N. 1973. Variaciones estacionales de temperatura, salinidad y contenido de oxígeno en la zona costera de Valparaíso (septiembre 1969-agosto, 1970). Inv. Mar. 4 (3) :89-112. SMITH, R.L. 1968. Upwelling. In Oceanogr. Mar. Biol. An. Rev. 6 :11-47. H. Barnes Editor. Londres. SMITH, R. L., C. K. MOOERS y D. ENFIELD. 1971. Mesoscale studies of the physical oceanography in two coastal upwelling regions : Oregon and Perú. En Fertility of the Sea 2 :513-535. J. Costlow editor. Gordon and Breach. New York. ULLOA, A. 1974. Condiciones bio-oceanográficas de la agujilla Scomberesox equirostrum (Le Seur 1821). Tesis. Esc. Pesq. y Alim. Universidad Católica de Valparaíso. 80 p. YOSHIDA, K. 1955. Coastal Upwelling off the California coast. Rec. Oceanogr. Wks. Japan 2 (2) :1-13.