Nota de investigación

 

Caracterización textural de la arena de playa del Golfo de California, México: Implicaciones para los procesos costeros y el relieve

 

Textural characterization of beach sands from the Gulf of California, Mexico: Implications for coastal processes and relief

 

JJ Kasper-Zubillaga*, A Carranza-Edwards, E Morales De la Garza

 

Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México. Geología Marina y Ambiental, Circuito Exterior s/n, México 04510 DF, México. *E-mail: kasper@icmyl.unam.mx.

 

Recibido en mayo de 2006;
Aceptado en diciembre de 2006.

 

Resumen

Se realizaron determinaciones del tamaño de grano para 54 muestras de arena de playa de las costas oeste (n = 25) y este (n = 29) del Golfo de California, México. El objetivo fue establecer las relaciones entre procesos costeros, relieve y parámetros del tamaño de grano para ambas costas con base en las distribuciones del tamaño de grano. Esto se realizó debido a que ambas costas están controladas por procesos marinos y la geomorfología costera ya que los ríos son incipientes en la distribución de la arena. En general, la arena de la costa oeste es gruesa, moderadamente clasificada, con distribuciones simétricas y leptocúrticas a muy leptocúrticas. Las correlaciones entre los parámetros del tamaño de grano en la costa oeste están controladas por menos selección en los procesos costeros para concentrar fracciones en un tamaño de grano, una planicie costera estrecha y diferencias composicionales debido a la litología heterogénea y la presencia de conchas. La arena de la costa este es media, moderadamente bien clasificada, con distribuciones casi simétricas y mesocúrticas a leptocúrticas. Las correlaciones entre los parámetros del tamaño de grano en la costa este están controladas por corrientes litorales en dirección noroeste y una planicie costera más amplia comparada con la costa oeste.

Palabras clave: tamaño de grano, clasificación, asimetría, curtosis, arena de playa, Golfo de California, México.

 

Abstract

Grain size determinations were carried out for 54 beach-sand samples from the western (n = 25) and eastern (n = 29) coasts of the Gulf of California, Mexico, in order to establish the relationship among coastal processes, relief, and grain size parameters for both areas based on grain size distributions. This was done because both coastal areas are controlled by marine processes and the geomorphology of the coast, since fluvial discharges are negligible in the distribution of sands. In general, sands from the western coast are mainly coarse, moderately sorted, near-symmetrical with leptokurtic and very leptokurtic distributions. Correlations between grain-size parameters for the western coast are controlled by less selectivity in the coastal processes to concentrate fractions in a specific range of sizes, a narrow coastal plain, and compositional differences in the sands due to the heterogeneous lithology and the presence of carbonate shells. Eastern coast beach sands are medium, moderately well sorted, near-symmetrical with mesokurtic to leptokurtic distributions. Correlations between grain size parameters for the eastern coast are controlled by longshore current drifts in a northwestern direction and a wider coastal plain compared to the western coast.

Key words: grain size, sorting, skewness, kurtosis, beach sands, Gulf of California, Mexico.

 

Introducción

Las determinaciones del tamaño de grano en sedimentos de río y playa han sido ampliamente utilizadas para establecer las relaciones entre el relieve y los procesos costeros (Friedman 1961, Komar 1976, Emery 1978, Folk 1980, Potter 1986, Ibbeken y Schleyer 1991, Carranza-Edwards et al. 1998, Kasper-Zubillaga y Carranza-Edwards 2003, Delgado-González et al. 2005). La fricción y el transporte fluvial selectivo son mecanismos que producen tamaños de grano finos (Ibbeken y Schleyer 1991). Además, los cambios en la distribución del tamaño de grano de arenas en zonas costeras se determinan a través de la geomorfología costera, olas, transporte litoral, vientos, regímenes mareales, descargas fluviales cerca de la playa y la composición de la arena, entre otros factores (Shepard y LaFond 1940, Sevon 1964, Komar e Inman 1970, Carranza-Edwards 2001, Kasper-Zubillaga y Dickinson 2001, Abuodha 2003, Kasper-Zubillaga y Carranza-Edwards 2003). Por ejemplo, las arenas de grano fino y las mejor clasificadas pueden heredarse de procesos selectivos tales como el transporte por largas distancias y los patrones de vientos asociados con una amplia planicie costera. Por tanto, existen varios mecanismos físicos y químicos que producen distribuciones del tamaño de grano distintivas que pueden ser reconocidas y usadas para interpretar los factores que caracterizan un depósito de arena.

El objetivo de este trabajo fue establecer la relación entre el tamaño de grano y la geomorfología y los procesos costeros, en ambas costas del Golfo de California. Esta región resulta particularmente interesante ya que la planicie costera de la costa oeste es estrecha, mientras que la de la costa este es ancha. Procesos marinos como las corrientes litorales y los regímenes de marea en la costa norte, y el oleaje en la costa sudeste del Golfo de California, junto con la planicie costera establecen grupos de playas relacionados con la distribución del tamaño de grano de los sitios costeros. Por otro lado, las descargas fluviales en ambas costas parecen jugar un papel menor en la distribución del tamaño de grano de las arenas debido a su carácter intermitente (costa oeste) y a la intervención humana mediante la construcción de presas (costa este).

 

Área de estudio

El área de estudio comprende las costas oeste y este del Golfo de California, México. La longitud de la costa oeste es de aproximadamente 1300 km, mientras que la de la costa este es de 1500 km hasta la boca del golfo (fig. 1).

En el Alto Golfo de California, las mareas son semidiurnas con una amplitud media de 10 m, generando corrientes con velocidades de 1.5 a >3 m s^-1 (Thompson 1968). Las corrientes litorales en verano e invierno fluyen en sentido contrario a las manecillas del reloj, con una dirección neta hacia el sureste en la costa oeste y hacia el noroeste en la costa este. Las direcciones de las corrientes litorales en invierno son similares a las observadas en verano y, durante ambas estaciones, las velocidades medias varían de 8 a 10 cm s^-1 (Fernández-Eguiarte et al. 1990a, b).

Las olas en la parte norte del golfo son de poca altura (~0.30 m), en la parte central miden de 0.60 a 0.90 m y en la parte sur de 1.50 a 1.80 m (Buoy Weather 2005). Los vientos dominantes en la costa oeste soplan hacia la costa del norte y noreste con velocidades de 2 a 6 m s^-1, mientras que en la costa este soplan hacia la costa del suroeste y noroeste con velocidades de 2 a 4 m s^-1 (Pérez-Villegas 1990).

El clima es seco a lo largo de ambas costas en las partes norte y central del Golfo de California, así como en la costa este en la boca. Más al sur prevalece un clima tropical, con lluvias estivales y una temperatura anual media de 20°C y 24°C para las costas oeste y este, respectivamente (Kóeppen 1948, Tamayo 2002). La precipitación anual media es de 200 mm en ambas costas del golfo, pero incrementa hacia el sur en la costa este, alcanzando valores de 400 a 1200 mm (Tamayo 2002).

Las principales unidades geomorfológicas de la costa del Golfo de California son la costa occidental de California y la planicie costera oriental (Tamayo 2002). La costa oeste muestra un alto relieve con elevaciones de 200 m a más de 2000 m, mientras que la costa este muestra un relieve plano con elevaciones de 0 a 200 m (Tamayo 2002). Las costas oeste y este son angosta y amplia, respectivamente. Además, las pendientes son estrechas y empinadas en la costa oeste y relativamente planas en la costa este. La plataforma continental es, en promedio, somera y estrecha (200 m) enfrente de la costa oeste y somera pero más amplia enfrente de las partes norte y sur de la costa este.

Los ríos son insignificantes a lo largo de la costa oeste, mientras que los sistemas fluviales en la costa este son de tipo anastomótico incipiente. En general, las descargas hacia el mar de la red fluvial están controladas por la ocurrencia ocasional de tormentas o lluvias fuertes y por intervención humana principalmente debido a la construcción de presas y el uso de los ríos para propósitos de irrigación, lo que puede reducir el transporte de sedimentos hacia la costa.

 

Material y métodos

Se recolectaron 54 muestras de arena de las costas oeste (n = 25) y este (n = 29) del Golfo de California, de la porción de playa entre los límites de la pleamar y la bajamar, tomando el centímetro superior para evitar el efecto de heterogeneidad en las arenas que puede incrementar los valores de clasificación (Pettijohn et al. 1972). Las muestras fueron colocadas en una bolsa de plástico, etiquetadas y sometidas a análisis de tamaño de grano. Se lavaron con agua destilada para eliminar las partículas de sal y se tamizaron a intervalos de 0.25 Φ utilizando un RopTap (estándares de EUA) para obtener los parámetros texturales (tamaño de grano, clasificación, asimetría y curtosis) y los percentiles resultantes de las fórmulas de Folk (1980).

Los resultados del tamaño de grano fueron presentados como perfiles litorales para ambas costas a fin de observar las variaciones en los perfiles de los parámetros texturales (fig. 2). La pendiente de la playa fue medida con una mira taquimétrica de la zona de "swash" (zona en la que, después de romperse la ola, la lámina de agua llega a la línea de costa y asciende por la pendiente de playa [run-up] y posteriormente desciende por efecto de la gravedad [run-down]) hacia la berma. El número de perfiles fue el mismo que el número de sitios de muestreo y, según el ancho de la porción de playa entre los límites de la pleamar y bajamar y la berma, se construyeron los perfiles. Esto se realizó para hacer una correlación entre la distribución del tamaño de grano y la geomorfología de la playa. Los datos en bruto se encuentran en el Instituto de Ciencias del Mar y Limnología (UNAM) y algunos perfiles se muestran en el trabajo de Carranza-Edwards et al. (1998). Se establecieron por separado las correlaciones entre los parámetros texturales y la pendiente de la cara de la playa para la arena de las costas oeste y este usando la paquetería Statistica. También se realizaron correlaciones entre los parámetros texturales mediante diagramas bivariantes (Friedman 1961, Khalaf 1989). Se llevó a cabo un análisis de agrupamiento para los sitios de arena de playa de ambas costas del Golfo de California.

 

Resultados

Arena de playa de la costa oeste

Para la arena de playa de la costa oeste, el tamaño medio de grano fue 0.88 Φ, la clasificación fue 0.83 Φ, la asimetría fue -0.06 y la curtosis fue 0.15, lo que corresponde a una arena principalmente gruesa, moderadamente clasificada, con distribuciones casi simétricas y leptocúrticas a muy leptocúrticas (Folk 1980). La pendiente en promedio es de 7°.

El perfil litoral desde Cabo San Lucas hasta el delta del Río Colorado indica que las muestras 6 a 17 describen un cambio abrupto en todos los parámetros del tamaño de grano del perfil (figs. 1, 2a-b). Las muestras 6 a 17 son ligeramente más gruesas que las demás, son de moderadamente a pobremente clasificadas y con asimetría hacia los granos gruesos. También son más leptocúrticas en su distribución, lo que sugiere que concentran los granos gruesos en la parte central de la curva bien pronunciada, dejando los granos más finos en los extremos (Folk 1980).

En la arena de la costa oeste se observaron correlaciones pobres entre la pendiente de la cara de la playa y el tamaño de grano, la clasificación, la asimetría y la curtosis (fig. 3a, b). A pesar de presentar un valor de correlación bajo, la única relación significativa parece existir entre la pendiente de playa y la clasificación.

El análisis de agrupamiento de la arena de la costa oeste mostró que las muestras 4 a 6, que corresponden a la Bahía de La Paz (fig. 1), se agruparon en una sección del lado izquierdo del dendrograma, con cierto traslapo con otros sitios. Las muestras 8 a 9 y 11 a 16 se agruparon en el lado derecho del dendrograma con cierto traslapo con los demás sitios (fig. 4a). Éstas corresponden a las muestras de arena que en el perfil litoral se encuentran al norte de Bahía de La Paz, cerca de Bahía Concepción, mostrando un patrón diferente al que presentan los demás sitios (figs. 1, 2).

La arena de playa de la Bahía de La Paz es de mediana a fina, moderadamente clasificada, con asimetría hacia los granos finos y distribuciones mesocúrticas.

Arena de playa de la costa este

Para la arena de playa de la costa este, el tamaño de grano en promedio fue 1.8 Φ, la clasificación fue 0.65 Φ, la asimetría fue -0.07 y la curtosis fue 1.08, que corresponde a una arena principalmente mediana, moderadamente bien clasificada, con distribuciones casi simétricas y mesocúrticas a leptocúrticas (Folk 1980). La pendiente media de playa es 4°.

En el perfil litoral, la muestra 31 indica un patrón diferente al resto de los sitios (figs. 1, 2a-b). La arena en este lugar es gruesa, pobremente clasificada, con asimetría hacia los granos finos y distribuciones mesocúrticas.

Para la arena de la costa este sólo se encontraron correlaciones significativas entre la pendiente de la cara de la playa, el tamaño medio de grano y la clasificación (fig. 3a); sin embargo, se puede observar que hay tres correlaciones significativas entre los parámetros del tamaño de grano (fig. 5a, b).

El análisis de agrupamiento de la arena de la costa este mostró que las muestras 31 y 33 a 42 se agruparon en el lado izquierdo del dendrograma, con cierto traslapo con otros sitios (fig. 4b). Éstas, sin embargo, corresponden a la planicie costera relativamente más amplia de la costa este en comparación con los demás sitios de la misma área (fig. 1). Las muestras en el lado izquierdo del dendrograma no muestran un grupo bien definido (fig. 4b). Las muestras 48, 50 y 51 corresponden a la zona norte de Bahía Banderas.

 

Discusión

Arena de playa de la costa oeste

De acuerdo con Shepard (1973), las pendientes de playa de 7° concentran arenas gruesas debido a la inclinación producida por el efecto "swash", y las corrientes litorales en la cara de la playa como consecuencia de, entre otros factores, la erosión de riscos y rocas en una planicie costera estrecha y la poca selectividad de las corrientes litorales para proveer tamaños más finos.

Los perfiles litorales sugieren que el efecto de una larga residencia de las fracciones gruesas en las arenas con poco aporte de tamaños más finos probablemente sea resultado de la baja velocidad de las corrientes litorales en esta área en comparación con otras zonas costeras de la parte oeste del Golfo de California, especialmente de donde provienen las muestras 6 a 17. Además, los sitios en esta área están menos expuestos a la energía del oleaje y las olas altas debido a la presencia de bahías pequeñas e islas cerca de la costa (fig. 1). La contribución de nuevo sedimento hacia el mar podría ocurrir sólo durante episodios de lluvias fuertes o tormentas.

La relación significativa entre la pendiente de la cara de la playa y la clasificación puede ser resultado de la concentración de arenas de bien a moderadamente clasificadas en la costa oeste, de 0.4 a 1.0 Φ en pendientes de 4° a 14°, lo que implica que las playas de pendiente alta están compuestas de arenas gruesas y mejor clasificadas. Esto ya se había encontrado en otros estudios de arena de playa (Krumbein y Graybill 1965, McLean y Kirk 1969). Esta observación también es sustentada por lo informado para otras regiones costeras estrechas, como California, Nueva Zelanda y el suroeste de México, donde se encuentran arenas de medias a gruesas y moderadamente clasificadas (Bascom 1951, Carranza-Edwards 2001, Kasper-Zubillaga y Dickinson 2001).

Se puede observar la falta de una correlación significativa entre los parámetros del tamaño de grano (fig. 5a-c). El tamaño de grano y la clasificación sólo reflejan la dispersión de las fracciones de grano en la arena de la costa oeste probablemente debido a: (a) una menor selectividad en los procesos costeros para concentrar fracciones en un intervalo de tamaños específico; (b) una planicie costera estrecha; y (c) diferencias composicionales en la arena a causa de la litología heterogénea en la Península de Baja California, representada por la presencia de conchas de carbonato con abundancias de 31% en la arena de la costa oeste (Carranza-Edwards et al. 1998). Esto mismo corresponde a los valores de asimetría y curtosis de la dispersión que muestran patrones litorales irregulares en sus perfiles (fig. 2b).

La correlación entre los parámetros del tamaño de grano y la pendiente de la cara de la playa en la planicie costera estrecha del lado occidental del golfo sugiere que las playas de pendiente alta se componen de arenas gruesas y mejor clasificadas. Además, las correlaciones entre los parámetros del tamaño de grano en esta planicie costera estrecha están controladas por un transporte menos selectivo y una composición diferente, especialmente restos biogénicos que afectan la arena. En regiones costeras estrechas con elevaciones mayores de 1000 m, como Calabria (Italia), se ha observado que una disminución en el tamaño de grano corresponde a una reducción en asimetría, lo que indica una alta variabilidad en los parámetros del tamaño de grano debido a un alto relieve, entre 5° y 40°, en el área (Ibbeken y Schleyer 1991). En Calabria la arena también se compone de fracciones de grava que reflejan la inmadurez textural de los sedimentos, comparable con la inmadurez textural de la arena de la costa oeste del Golfo de California, asociada con una costa estrecha y empinada.

Arena de playa de la costa este

El tamaño medio de grano y los valores de clasificación de la arena de la costa este son similares a los encontrados en la costa sur del Golfo de México (Carranza-Edwards 2001), donde hay una planicie costera ancha. Esto sugiere que una planicie costera ancha y las olas, especialmente en la costa del sureste del Golfo de California, pueden generar afinidades de distribución del tamaño de grano entre zonas costeras amplias. Las pendientes de la cara de playa de 4° se caracterizan por arenas de medias a finas (Shepard 1973), probablemente a causa del efecto de acumulación de granos más finos transportados durante el ascenso de la ola (run-up) en las planicies costeras amplias.

En el caso particular de la muestra 31, su impredecible comportamiento en el perfil litoral puede atribuirse a la presencia de una planicie costera muy estrecha en la zona que impide el transporte y la redistribución de la arena (Carranza-Edwards et al. 1998). Cerca del sitio de Bahía Banderas, sin embargo, las muestras 47 a 54 también muestran cambios significativos en los parámetros del tamaño de grano en comparación con los demás sitios (figs. 1, 2). La arena es una mezcla de granos de gruesos a medianos, pobremente clasificados, con colas hacia los tamaños finos y gruesos y distribuciones platicúrticas y leptocúrticas, indicando que los mecanismos marinos y los rasgos geomorfológicos son los que determinan la distribución de la arena de la playa. Esto es sustentado por: (a) las corrientes litorales de 10 cm s^-1 dirigidas al noroeste que ejercen un control en la redistribución de la arena, y (b) una planicie costera angosta y una bahía protegida en comparación con la planicie costera en el norte.

La influencia marina puede generar arenas con diferentes "picos" en sus distribuciones del tamaño de grano (fig. 2a). Esto es porque las descargas de los ríos en la costa este controlan, en menor grado, la distribución del tamaño de grano de la arena de playa debido a la construcción de presas y el uso de los tributarios de los ríos para propósitos de irrigación. En contraste, el resto de las localidades presentan arenas medianas y moderadamente clasificadas, con distribuciones casi simétricas y platicúrticas a leptocúrticas a causa del mayor transporte en una planicie costera más ancha (fig. 2b).

La correlación significativa entre la pendiente de la cara de la playa y el tamaño de grano probablemente se deba a la redistribución de la arena en una planicie costera ancha, lo cual genera arenas más finas y mejor clasificadas que las de la costa oeste. Esta interpretación es sustentada por la correlación observada en la costa del Pacífico de la Península de Baja California, donde se encuentra una planicie costera amplia y donde la arena se restringe a un intervalo de tamaño de grano específico (Carranza-Edwards et al. 1998). Además, cuando hay poca mezcla de los intervalos de tamaño de grano se observan mejores correlaciones entre la pendiente de playa, el tamaño de grano y la clasificación (Komar 1976).

Las buenas correlaciones entre el tamaño de grano, la clasificación y la asimetría son resultado de una mejor selección de las arenas durante el transporte litoral y del oleaje en una planicie costera ancha. Se observan relaciones similares en arenas de playa donde existe transporte selectivo, reduciendo los intervalos de tamaño de grano y proporcionando arenas moderadamente bien clasificadas con curvas leptocúrticas (Carranza-Edwards 2001). Asimismo, se ha encontrado una buena correlación entre la clasificación y la asimetría en la arena de playa en planicies costeras anchas del suroeste de España (Anfuso et al. 1999). La correlación entre la pendiente de la cara de la playa y los parámetros del tamaño de grano en zonas con una planicie costera amplia sugiere una mejor distribución y mayor transporte de la arena de playa. La correlación entre los parámetros del tamaño de grano en una planicie costera ancha es controlada por la mayor selectividad de la arena durante el transporte litoral y por el oleaje.

En este estudio, los sedimentos más finos y mejor clasificados tienen los valores más altos de asimetría negativa para la arena de la costa este (fig. 5a, b). Estos resultados concuerdan con los resultados de los parámetros texturales para arenas de playa de Chile, donde la mayoría de las pendientes de playa van de 2.7° a 7.5° (Pino y Jaramillo 1992) y están dentro del intervalo de los valores medidos para la costa este de la Península de Baja California.

Análisis de agrupamiento para la arena de playa de las costas oeste y este

El análisis de agrupamiento sugiere que la distribución del tamaño de grano podría estar controlada por las corrientes litorales con velocidad media de 10 cm s^-1 en la boca del Golfo de California. En contraste, las muestras de arena de Bahía Concepción (al norte de la Bahía de La Paz) son más gruesas que las de Bahía de La Paz, de moderadamente a pobremente clasificadas y con asimetría hacia los granos gruesos. Esto sugiere que las corrientes litorales cerca de Bahía Concepción ejercen poco control en la distribución y el transporte de la arena de playa, lo que es sustentado por la baja velocidad de la corriente litoral en la zona en comparación con la de la boca del golfo.

El análisis muestra que los parámetros del tamaño de grano de las muestras que se agrupan al lado izquierdo del dendrograma están asociados con una planicie costera amplia, mientras que los de las pocas muestras agrupadas del lado derecho están relacionados con los procesos costeros cerca de la boca del golfo. El análisis de agrupamiento provee información adicional que sustenta las tendencias del tamaño de grano y las correlaciones entre los parámetros del tamaño de grano.

Utilidad de los diagramas bivariantes para los parámetros texturales

De este estudio se puede establecer que las gráficas de mayor utilidad entre los parámetros texturales y la pendiente de la cara de la playa para una planicie costera ancha son las que contrastan pendiente de playa, tamaño medio de grano y clasificación. Diagramas similares han mostrado su efectividad para la arena de costas amplias en el noroeste de México (Carranza-Edwards et al. 1998) y de playas con granos medianos y bien clasificados con promedios de pendiente entre 4° y 5° (Shepard 1973).

 

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado por el Instituto de Ciencias del Mar y Limnología (UNAM) a través del proyecto titulado "Sedimentología de playas mexicanas". Agradecemos a G Bocanegra, A Galán, A Aguirre, S Santiago, M Mendelewics, y J Reyes su ayuda durante los viajes de campo y en el laboratorio.

Traducido al español por Christine Harris.

 

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