Distribuciones verticales de hierro, cobre y cadmio disueltos en el canal de Ballenas, golfo de California*

 

Vertical distribution of dissolved iron, copper, and cadmium in Ballenas Channel, Gulf of California**

 

JA Segovia–Zavala¹*, F Delgadillo–Hinojosa¹, ML Lares–Reyes², MA Huerta–Díaz¹, A Muñoz–Barbosa¹, E Santamaría del Ángel³, EV Torres–Delgado¹, SA Sañudo–Wilhelmy⁴

 

¹ Instituto de Investigaciones Oceanológicas, Universidad Autónoma de Baja California, Km. 103 Carretera Tijuana–Ensenada, Ensenada 22860, Baja California, México.

² Departamento de Oceanografía Biológica, Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Km. 107 Carretera Tijuana–Ensenada, Ensenada 22860, Baja California, México.

³ Facultad de Ciencias Marinas, Universidad Autónoma de Baja California, Km. 103 Carretera Tijuana–Ensenada, Ensenada 22860, Baja California, México.

⁴ Department of Biological Sciences, University of Southern California, 3616 Trousdale Parkway, AHF 206, Los Angeles, CA 90089–0371, USA.

 

*Autor para correspondencia:
E–mail: jsegovia@uabc.edu.mx

 

Received March 2011;
accepted October 2011.

 

RESUMEN

Se registraron concentraciones de hierro, cobre y cadmio disueltos para los primeros 450 m de la columna de agua en el canal de Ballenas, golfo de California. Se identificaron dos masas de agua: el Agua del Golfo de California y el Agua Subsuperficial Subtropical. La isohalina de 34.95 se elevó desde los 400 m hasta los 250 m de profundidad, lo que sugiere un aporte de agua profunda. A nivel superficial (50–60 m), las isotermas de 26 y 27 °C, e isohalinas de 35.45 y 35.65 se elevaron hasta la superficie. Las imágenes de la temperatura superficial del mar para el periodo de estudio mostró que el agua del canal de Ballenas es relativamente más fría (1.5 a 2.0 °C) que el agua de la región entre las Grandes Islas. La distribución vertical de hierro y cobre disueltos presentó perfiles mixtos (tipo remoción y tipo nutrientes) con concentraciones altas en la superficie (Fe = 3.58 y Cu = 3.29 nM), que enseguida disminuyeron con la profundidad (Fe = 0.88 y Cu = 1.16 nM; tipo remoción) para luego incrementarse hacia el fondo (Fe = 1.90 y Cu = 1.69 nM; tipo nutrientes). El cadmio exhibió un perfil vertical de tipo nutrientes con concentraciones bajas en la superficie (0.75 nM) que aumentan con la profundidad (1.12 nM). Las concentraciones de los tres metales disueltos son más altas en relación con las zonas altamente productivas dentro del golfo de California y la corriente de California. Los cálculos preliminares sugieren que el hierro y el cobre disueltos (76 y 70%, respectivamente) son aportados por la advección vertical y el resto por la advección superficial y el aporte atmosférico. En contraste, el cadmio disuelto (80%) se atribuye al aporte por advección vertical y el resto parece ser removido de la capa superficial por fotosíntesis.

Palabras clave: metales, hierro, cobre, cadmio, golfo de California.

 

ABSTRACT

Dissolved iron, copper, and cadmium data are reported for the upper 450 m of the water column in Ballenas Channel, Gulf of California. Two water masses were identified: Gulf of California Water and Subtropical Subsurface Water. The 34.95 isohaline moved upward from 400 to 250 m depth, suggesting deep–water upwelling. Similarly, at surface level (50–60 m), the 26 and 27 °C isotherms and 35.45 and 35.65 isohalines moved up to the surface. Sea surface temperature imagery showed that Ballenas Channel surface water was relatively cooler (1.5–2.0 °C) than the water of the Midriff region during the study period. The vertical distribution of iron and copper showed mixed profiles (scavenging and nutrient types) with high concentrations at the surface (Fe = 3.58 and Cu = 3.29 nM), which immediately decrease with depth (Fe = 0.88 and Cu = 1.16 nM, scavenging type) and subsequently increase towards the bottom (Fe = 1.90 and Cu = 1.69 nM, nutrient type). Cadmium showed a nutrient–type vertical profile with low surface concentrations (0.75 nM) that increase with depth (1.12 nM). The dissolved concentrations of these three metals are higher in relation to highly productive areas in the Gulf of California and California Current. Preliminary estimates suggest that dissolved iron (76%) and copper (70%) are mostly generated by vertical advection and the rest by surface advection and atmospheric contributions, whereas 80% of cadmium enrichment is the result of vertical advection and the rest seems to be removed from surface water by photosynthesis.

Key words: metals, iron, copper, cadmium, Gulf of California.

 

INTRODUCCIÓN

El golfo de California (GC) es uno de los mares marginales más productivos del mundo donde se ha realizado un considerable número de estudios sobre productividad y nutrientes (Álvarez–Borrego et al. 1978, Álvarez–Borrego y Lara–Lara 1991, Santamaría del Ángel et al. 1994, Gaxiola–Castro et al. 1995, Delgadillo–Hinojosa et al. 2001). Dentro del GC, el canal de Ballenas (CB) se considera como una de las zonas con mayor productividad biológica (Álvarez–Borrego y Lara–Lara 1991) atribuida a surgencias de agua fría y profunda. Esta agua es responsable de la temperatura superficial relativamente baja en la cuenca y del aporte de nutrientes a la superficie en condiciones de alta mezcla (López et al. 2006). Consecuentemente, al CB se le puede considerar como una provincia biogeoquímica importante; sin embargo, no ha sido estudiado desde la perspectiva de la biogeoquímica y el aporte de metales traza bioactivos como el Fe, Cu y Cd (Delgadillo–Hinojosa et al. 2001; Segovia–Zavala et al. 2009, 2010), que son importantes cofactores para el control de la productividad primaria.

Hasta donde se tiene conocimiento, no existen antecedentes de trabajos que hayan estudiado la dinámica de los metales traza en la fase disuelta en el CB. Los únicos estudios sobre la biogeoquímica de los metales traza disueltos en el GC se han limitado al Cd, Mn y Fe, y han mostrado que el agua del GC en la región de las Grandes Islas está enriquecida con Cd, Mn y Fe en relación con el océano Pacífico adyacente (Delgadillo–Hinojosa et al. 2001, 2006; Segovia–Zavala et al. 2009, 2010). Este enriquecimiento se debe a que existen fuentes externas, como la depositación eólica de los desiertos circundantes y la removilización béntica, que influyen en las distribuciones de Mn y Fe disueltos dentro del GC. Los perfiles de estos metales disueltos son denominados de remoción debido a que sus concentraciones son altas en la superficie y disminuyen con la profundidad (Bruland y Lohan 2004). En contraste, el enriquecimiento de Cd y Fe se debe al surgimiento de aguas intermedias con alta concentración de estos elementos (Delgadillo–Hinojosa et al. 2001; Segovia–Zavala et al. 2009, 2010). Al sur de la región de las Grandes Islas, el Fe y el Cd disueltos presentan perfiles que indican que sus distribuciones están estrechamente asociadas al proceso de fotosíntesis y a la remineralización de la materia orgánica (Delgadillo–Hinojosa et al. 2001; Segovia–Zavala et al. 2009, 2010). Por lo tanto, el Fe y Cd disueltos muestran perfiles del tipo nutriente (Bruland et al. 1978, Bruland y Lohan 2004). El único estudio referente a metales traza en el CB es sobre algas marinas, y señala que el Fe, el Mn y el Cu en macroalgas están enriquecidos posiblemente por la mezcla vertical frente a la isla Ángel de la Guarda (Huerta–Díaz et al. 2007).

Recientemente, se ha mostrado que la circulación profunda a través de los umbrales al sur de la isla San Lorenzo y al norte del CB propician un flujo de aguas profundas hacia adentro del CB (convergencia) y un flujo hacia afuera en la superficie (divergencia) en ambos extremos (López et al. 2006, 2008). Esta circulación implica una advección vertical constante del Agua Subsuperficial Subtropical profunda en el CB y tiene una velocidad comparable con las de otras regiones de surgencias en el mundo (López et al. 2006). Este proceso en el CB podría jugar un papel en el control y distribución vertical de la concentración de elementos con perfiles del tipo nutriente como el Fe, Cu y Cd. El presente trabajo se orienta a conocer, de manera preliminar, la distribución vertical de las concentraciones de Fe, Cu y Cd disueltos en el CB para inferir los procesos que las determinan. Además, se comparan estos resultados con los encontrados en otras partes del océano para realizar un esquema general de la distribución de estos elementos.

Descripción del área de estudio

El CB tiene una profundidad máxima de ~1600 m (Shepard 1950) y está aislado de la parte central del GC por una cordillera submarina y por la isla Ángel de la Guarda. El agua del CB es una mezcla de aguas superficiales y aguas provenientes de la base de la cordillera (Álvarez–Borrego y Lara–Lara 1991). Aunque en el resto del GC se presenta una estacionalidad clara en la productividad primaria, esto no ocurre en el CB (Santamaría del Ángel et al. 1994), que es una de las regiones del GC con mayor productividad biológica (Álvarez–Borrego y Lara–Lara 1991). Además de lo descrito por López et al. (2006), lo anterior también puede ser consecuencia de una fuerte mezcla de la columna de agua que se ha atribuido a la interacción de corrientes por mareas fuertes con una batimetría compleja (Badan–Dangon et al. 1985). La alta productividad biológica en el CB también ha sido atribuida a los eventos locales de vientos fuertes (Marinone y Lavín 2003).

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se realizó un crucero oceanográfico durante el verano tardío de 2004 a bordo del B/O Francisco de Ulloa. Se muestrearon tres estaciones hidrográficas (7, 8 y 9; fig. 1) el 5 de septiembre. Sólo en la estación 8 se muestreo agua para el análisis de metales traza disueltos debido a que en la zona central se esperaba que el aporte vertical de agua fuera más evidente.

El procedimiento de recolección y procesado de las muestras de metales traza se llevó a cabo mediante técnicas de "ultra limpieza" (Bruland et al. 1979). En el barco se instaló un laboratorio (cuarto limpio de plástico, área ~6 m²) prefabricado y equipado con una campana de flujo laminar portátil (Environment Class 100) para crear una atmósfera positiva y un ambiente libre de polvo (Segovia–Zavala et al. 1998).

La recolección de muestras se realizó con botellas Go–Flo de 5 L, recubiertas de teflón, montadas en una roseta. La roseta se trató previamente con pintura epóxica y se recubrió con cinta adhesiva de plástico (Segovia–Zavala et al. 2009, 2010). Para minimizar la contaminación debida a los ánodos de sacrificio de zinc y a la roseta, la toma de la muestra se realizó disparando las botellas Go–Flo cuando la roseta ascendía a una velocidad de 5 m min^–1 (Cullen y Sherrell 1999). En general, las muestras de agua se recolectaron a 10, 20, 50, 75, 100, 200 y 450 m de profundidad. Los perfiles de temperatura, salinidad y oxígeno disuelto se obtuvieron mediante un CTD SeaBird.

Análisis de metales

Para la determinación de los metales, el agua de las botellas Go–Flo se filtró en el cuarto limpio. Se filtraron de 1 a 5 L de agua de mar a través de membranas de policarbonato (poro de 0.45 µm, 47 mm de diámetro), mediante un sistema de filtración "en línea" que incluyó tubería de Teflón y una bomba peristáltica (Delgadillo–Hinojosa et al. 2001). Los filtros de membrana fueron, previamente, lavados con ácidos, enjuagados con agua desionizada, secados y pesados (Cullen y Sherrel 1999). La fase disuelta se definió como todo el material que pasa a través del filtro de 0.45 µm. Las muestras se guardaron en botellas de polietileno de baja densidad de 1 L, mismas que fueron enjuagadas previamente cinco veces con la muestra, luego llenadas y acidificadas a pH <2, mediante la adición de 1 mL de HNO₃ Ultrex por litro de agua de mar. Las muestras se almacenaron en doble bolsa de plástico y en una cubeta de plástico hasta su análisis posterior en el laboratorio.

Medición del metal en la fase disuelta

El análisis de los metales se llevó a cabo por la extracción orgánica y preconcentración con quelantes orgánicos (pirrolidin–ditiocarbamato de amonio, APDC) en una campana de flujo laminar bajo condiciones de atmósfera positiva (Bruland et al. 1979). La determinación de los metales se realizó mediante la técnica de espectrometría de masas de alta resolución con plasma acoplado por inducción (Finnigan Element II High Performance High Resolution ICP–MS). El límite de detección (tres veces la desviación estándar de 10 réplicas de los blancos analíticos) fue de 0.036 nM, 9 pM, y 6 pM para el Fe, el Cd, y el Cu, respectivamente. La exactitud del análisis se cuantificó con el análisis de un estándar de referencia de agua de mar de origen costero (CASS–4). Los valores medidos para Fe, Cu y Cd fueron de 12.56 ± 0.89, 10.15 ± 0.96 y 0.24 ± 0.038 nM, respectivamente. Estos valores no presentaron diferencia significativa (95%) con los valores de los estándares de Fe, Cu y Cd de 12.76 ± 1.04, 9.31 ± 0.86 y 0.23 ± 0.026 nM, respectivamente.

Variables hidroquímicas

La salinidad se determinó por medio de un CTD Seabird, calibrado con un salinómetro GuildLine 8400B. El oxígeno disuelto (O₂) se analizó por el método microWinkler (Carpenter 1965). Los nitratos oxidativos (NO^–_3ox), fosfatos oxidativos (PO^3–_4ox) y la utilización aparente de oxígeno (UAO) se calcularon de acuerdo con Redfield et al. (1963).

 

RESULTADOS

Masas de agua

Se identificaron dos de las cuatro masas de agua reportadas para el GC (Álvarez–Borrego y Schwartzlose 1979, Bray 1988, Torres–Orozco 1993) (fig. 2). Las masas de agua, identificadas de acuerdo con Torres–Orozco (1993), fueron la Masa de Agua del Golfo de California (AGC; S ≥ 35 y T > 12 °C) y el Agua Subsuperficial Subtropical (ASsSt; 34.5 < S< 35.0 y9°C ≤ T < 18 °C). El AGC ocupó toda la capa superficial del área estudiada (fig. 3a). El grosor de la capa del AGC fue de 175 m en la sección del norte (estación 7), 160 m en la sección central (estación 8) y 200 m en la sección sur (estación 9). Abajo del AGC, entre 160–500 m de profundidad, se observó la masa del ASsSt.

La temperatura superficial (fig. 3b) no presentó variación importante. En relación con la profundidad, las isotermas estuvieron muy estratificadas (fig. 3b); sin embargo, a partir de los 50 m (estación 7), las isotermas de 27 y 28 °C, ubicadas entre las estaciones 8 y 9, se elevaron ligeramente hacia la superficie.

Concentración y distribución de metales

En general, los perfiles mostraron dos patrones de distribución. El Fe y Cu disueltos presentaronn perfiles mixtos (tipo remoción y tipo nutriente), con concentraciones altas en la superficie (Fe = 2.84–3.58 nM y Cu = 2.243.29 nM), que disminuyeron con la profundidad (Fe = 0.88 nM y Cu = 1.16 nM) y luego incrementaron hacia el fondo (fig. 4a). El Cd presentó un perfil del tipo nutriente (fig. 4a), con concentraciones bajas en la superficie (< 0.8 nM) que fueron aumentando con la profundidad hasta los 450 m (1.12 nM). Sin embargo, a los 200 m de profundidad la concentración de Cd disminuyó ligeramente (0.88 nM) y luego se incrementó a valores relativamente altos (> 1.00 nM, fig. 4a); no queda claro si esto se debió a las técnicas del muestreo o a otras causas.

 

DISCUSIÓN

Masas de agua

En el presente estudio el diagrama de temperatura y salinidad, y la distribución horizontal de salinidad (figs. 2, 3) mostraron la presencia de dos masas de agua (AGC y ASsSt). El AGC se presentó en toda la capa superficial del área de estudio y mostró un gradiente de salinidad con altas concentraciones en la parte norte, que fueron disminuyendo hacia el sur del área de estudio (fig. 3a). Este resultado indica que el AGC, que se origina en la región norte (Lavin et al. 1995, López 1997), está siendo advectada superficialmente hacia el sur.

Por debajo del AGC, el ASsSt se observó desde los 160 m de profundidad (fig. 3a). La localización del ASsSt es congruente con lo reportado por López y García (2003), quienes proponen que esta masa de agua fluye al interior del GC, pasa por encima del Umbral de San Esteban, a través de la cuenca Tiburón, la cuenca Delfín y finalmente llega al CB (fig. 1).

Nuestros resultados no presentan evidencias de un flujo profundo hacia adentro en el norte y sur del CB (convergencia) y un flujo hacia fuera en la superficie en ambos extremos (divergencia), como ha sido reportado por López et al. (2006); sin embargo, se muestran ligeros elevantamientos superficiales (50–60 m) de la isotermas de 26 y 27 °C, e isohalinas de 35.45 y 35.65 (fig. 3a, b). No obstante, la isoha–lina de 34.95 se elevó desde los 420 m (estación 7) hasta los 250 m de profundidad (estación 8, fig. 3a). Lo anterior sugiere que hubo un importante flujo vertical de agua profunda en el CB, la cual posteriormente fue estratificada en la superficie. De acuerdo con una imagen de temperatura superficial del mar (fig. 5), se puede observar que el agua del CB es relativamente más fría (1.5 a 2.0 °C) que el agua de la región entre las Grandes Islas del GC. Por lo tanto, se sugiere que hubo un aporte más intenso de agua fría a la superficie en el CB que en la zona entre las Grandes Islas. Lo anterior es congruente con lo registrado por López et al. (2006), quienes afirman que en el CB se presenta un bombeo por mareas durante las mareas vivas, que provoca la convergencia y divergencia de agua que induce al surgimiento de agua fría a la capa superficial. Sin embargo, los valores negativos y bajos de UAO (–16 a 11 (oM) calculados para los primeros 20 m superficiales indican que de este nivel a la superficie el agua tuvo intercambio de aire con la atmósfera o, en su defecto, hubo un incremento de O₂ disuelto por fotosíntesis en una columna de agua estratificada (fig. 3). Para el CB, se han reportado valores altos de UAO (62 ± 27 µM) en aguas superficiales (0–50 m), atribuidos a aguas subsuperficiales recién transportadas hacia la superficie (Hernández–Ayón et al. 2007). Por lo tanto, en este estudio se muestreó días después de que el agua fría había subido a la superficie, ya que se había calentado y se había transformado a AGC durante el periodo de marea muerta y el fitoplancton se había reproducido.

Concentración y distribución de metales

Distribución de Fe

La concentración promedio del perfil de Fe disuelto de 2.04 ± 0.82 nM es relativamente más alta que las reportadas para el océano Pacífico Nororiental y similar a lo encontrado en el sistema de surgencias de la costa de California (Landing y Bruland 1987, Martin y Gordon 1988, Bruland et al. 2001, Johnson et al. 2003). Asimismo, esta concentración promedio se encuentra en el intervalo de las registradas por Segovia–Zavala et al. (2009, 2010) para la región central del GC: 0.13–1.32 nM y 5.57–7.21 nM para el sur y para el norte, respectivamente, de las Grandes Islas.

El perfil de Fe disuelto con una distribución mixta (fig. 4a), del tipo remoción en la superficie y del tipo nutriente en aguas más profundas, fue registrado recientemente para el GC (Segovia–Zavala et al. 2009, 2010). La concentración mayor en la superficie y luego la disminución hacia el fondo indican que la fuente de Fe disuelto es superficial (fig. 4a). Entonces, el máximo superficial de Fe disuelto en la región del CB es el resultado de la combinación de la entrada atmosférica, el transporte superficial proveniente del norte del GC (fig. 3a) y posiblemente los procesos de fotoreducción, lo que ya ha sido sugerido por Segovia–Zavala et al. (2009, 2010). Este enriquecimiento superficial produce una mayor concentración integrada de Fe de 1.60 nM en toda la columna de agua, respecto a la de 1.17 nM que registró Segovia–Zavala et al. (2010) para el agua que entra por la parte sur del umbral de San Esteban (fig. 1); estas concentraciones son mayores que las de las aguas del Pacifico Nororiental Tropical frente a las costa de Jalisco, México (Landing y Bruland 1987, Segovia–Zavala et al. 2010). Consecuentemente, se observa que el AGC y el ASsSt (en menor grado) en el CB tienen un mayor enriquecimiento de Fe disuelto con relación a la parte sur del umbral de San Esteban. Lo anterior sugiere que los procesos que afectan la concentración superficial y subsuperficial de Fe disuelto en el CB son más intensos que los que afectan a ambas masas de agua al sur del umbral de San Esteban (fig. 1).

La distribución de Fe del tipo nutriente que se presenta por debajo de los 100 m de profundidad (capa inferior del AGC y toda la capa del ASsSt) es probablemente el producto de la mineralización de la materia orgánica. La mineralización es observada por la asociación del Fe con el NO^–_3ox y el O₂ (fig. 4b), que presentan una relación positiva (r de Pearson = 0.99) y negativa (r de Pearson = –0.94), respectivamente. En contraste, se descarta la liberación de Fe disuelto por las condiciones reductoras, ya que la concentración mínima de O₂ (450 m) fue de 60 µM (fig. 4a). Segovia–Zavala et al. (2010) documentaron que al sur del umbral de San Esteban se presentan condiciones suboxicas (O₂ < 20 µM) que generan concentraciones altas de Fe disuelto (3.15–5.73 µM) en la zona del mínimo de oxígeno. Se ha registrado que en el CB no se presentan los mínimos de O₂ característicos de la zona sur del GC (Álvarez–Borrego 2008). Entonces, la correlación del Fe con NO^–_3ox y PO^3–_4ox, sustancias nutritivas esenciales, sugiere el acoplamiento de Fe con el ciclo biológico oceánico (Martin et al. 1989, Measures y Vink 2001).

Distribución de Cu

La concentración promedio del perfil de Cu disuelto (1.80 ± 0.70 nM) es similar a las registradas para el Pacífico Norte (0.43–1.46 nM, Coale y Bruland 1990) y para aguas costeras del Pacífico (0.90–1.90 nM, Sañudo–Wilhelmy y Flegal 1996). Al igual que el Fe disuelto, el perfil de Cu presentó una distribución del tipo remoción a nivel superficial (fig. 4a), misma que ha sido señalada para el Pacifico Norte, la corriente de California y el mar Mediterráneo, con concentraciones superficiales de 3.0, 1.7 y de 3.6 nM, respectivamente (Boyle et al. 1977, Bruland et al. 1979, Boyle et al. 1985). Estas concentraciones son similares a la registrada en el presente estudio. El enriquecimiento superficial de Cu disuelto ha sido atribuido al aporte por ríos, a la difusión de sedimentos de la plataforma, al aporte de partículas atmosféricas y a fuentes antropogénicas (Boyle et al. 1985). De todas estas posibles fuentes a la capa superficial del CB, la más plausible es la fuente eólica, ya que Segovia–Zavala et al. (2009) reportaron que el flujo atmosférico de partículas totales al GC es mayor durante la temporada de verano (> 65 mg m^–2 d^–1). Como en el caso del Fe, las altas concentraciones superficiales de Cu disuelto se pueden atribuir al transporte superficial de Cu proveniente del norte del GC, donde el aporte eólico de partículas es más evidente debido a la ubicación de los desiertos de Baja California y Sonora que rodean la parte norte del GC. En cambio, se pueden descartar las fuentes por ríos porque el CB está muy alejado (cientos de kilómetros) de las desembocaduras de los ríos en Sonora y Sinaloa, y, además, está separado por la barrera física de las islas Tiburón y Ángel de la Guarda (fig. 1); adicionalmente, la temporada de lluvias en la zona de estudio no es en el verano (4.5 mm mes^–1; Ruiz–Corral et al. 2006).

La distribución vertical del tipo nutriente del Cu disuelto que se presenta por debajo de los 100 m de profundidad (capa inferior del AGC y toda la capa del ASsSt), al igual que la del Fe, es producto de la mineralización de la materia orgánica. La liberación del Cu disuelto por mineralización es sugerida por la asociación entre el Cu y el NO^–_3ox y el O₂ (fig. 4b), que presentan una relación positiva (r de Pearson = 0.70) y negativa (r de Pearson = –0.70), respectivamente.

La concentración integrada del perfil de Cu (1.44 nM) en el CB es más alta que la concentración integrada del perfil de la corriente de California de (0.53 nM, Bruland et al. 1979). Lo anterior sugiere que los procesos que influyen en el enriquecimiento de Cu dentro del CB, como son el aporte atmosférico y la remineralización de la materia orgánica, son más intensos que en la zona productiva de la corriente de California.

Distribución de Cd

La concentración promedio del perfil de Cd disuelto (0.92 ± 0.14 nM) es mayor que las registradas para aguas superficiales durante las surgencias al sur de las Grandes Islas en el GC (0.52–0.64 nM, Bruland et al. 1978), en el Pacífico Norte (0.04–0.16 nM, Bruland 1980) y en la zona de surgencia de la costa noreste del Pacífico (0.14–0.16 nM, Segovia–Zavala et al. 1998). También es mayor que las concentraciones más altas de las aguas superficiales de la región de las Grandes Islas del GC (0.21–0.35 nM, Delgadillo–Hinojosa et al. 2001) y relativamente mayor que la del perfil localizado a la entrada del umbral de San Esteban (0.68 ± 0.26 nM, Delgadillo–Hinojosa et al. 2001). Por lo tanto, se presenta un enriquecimiento de Cd disuelto en el CB con respecto a las aguas de la región sur de las Grandes Islas. Este enriquecimiento se puede comparar cuantitativamente debido a que la concentración integrada del perfil del CB (0.90 nM) es mayor que la registrada para el perfil del umbral de San Esteban (0.80 nM, Delgadillo et al. 2001). Lo anterior sugiere que los procesos internos en el CB están influyendo en mayor grado en la distribución y el enriquecimiento de Cd disuelto que en la entrada sur del canal.

A diferencia del Fe y el Cu disueltos, el Cd disuelto presentó un perfil del tipo nutriente (fig. 4a), donde se presentó una asociación positiva con los PO^3–_4ox (r de Pearson = 0.88) y negativa con el O₂ (r de Pearson = –0.70). Lo anterior indica que en aguas superficiales, el Cd disuelto y el PO^3–_4ox están siendo consumidos por la fotosíntesis y el O₂ es producido. En contraste, en aguas más profundas, el Cd y el PO^3–_4ox disueltos son liberados y el O₂ es consumido por la oxidación de la materia orgánica. Delgadillo–Hinojosa et al. (2001) registraron la distribución del tipo nutriente del Cd desde la región central hasta la boca del GC. Estos autores señalan que cuando el agua superficial enriquecida del GC es advectada hacia el sur, el Cd y el PO^3–_4ox son removidos de la fase disuelta y luego incorporados al tejido orgánico particulado, lo que sugiere una gran influencia de los procesos biológicos de fotosíntesis y remineralización de la materia orgánica en la biogeoquímica del Cd disuelto. Entonces, se sugiere que en el CB los procesos físicos (advección vertical) y biológicos (fotosíntesis y remineralización) deben estar presentándose en un mayor grado, al registrar una mayor concentración de Cd disuelto que los estudios previos dentro y fuera del GC.

Aporte vertical de metales disueltos

De acuerdo con la figura 5, se puede observar que el agua del CB es relativamente más fría (1.5 a 2.0 °C) que el agua de la región entre las Grandes Islas del GC. Lo anterior sugiere que hubo un aporte de agua fría a la superficie más intenso en el CB que en la zona entre las islas grandes. Según los resultados de López et al. (2006), los aportes verticales al CB se deben a la entrada de ASsSt profunda que proviene de ambos extremos del canal y surge a partir de ~470 m de profundidad (promedio). Considerando que el flujo vertical se identifica por la isopicna de 26.3 (50 km de longitud), que surge desde los 200 m hasta por arriba de los 100 m subsuperficiales y a todo lo ancho del canal de 20 km (López et al. 2006), se determina que el área de advección vertical es de 1 x 10⁹ m². Si la advección vertical se multiplica por la velocidad de surgencia de 5.8 m d^–1 (López et al. 2006), se estima un flujo vertical de agua en el CB de 5.8 x 10⁹ m³ d^–1. Finalmente, si el flujo vertical es multiplicado por las concentraciones promedio de metales disueltos entre los 200 y 450 m de profundidad (Fe = 1.71 ± 0.17 nM, Cu = 1.42 ± 0.27 nM y Cd = 1.04 ± 0.13 nM; fig. 4a), se obtendría el flujo vertical de metales. Por lo tanto, se calcula preliminarmente que se aportan a la capa superficial 556 ± 55, 553 ± 99 y 676 ± 84 kg d^–1 de Fe, Cu y Cd disueltos, respectivamente; sin embargo, las concentraciones promedio de Fe, Cu y Cd en la capa superficial (0–100 m) fueron de 2.24 ± 0.45, 2.02 ± 0.80 y 0.846 ± 0.07 nM, respectivamente. Entonces, se estima que los flujos de Fe, Cu y Cd disueltos en la capa superficial son de 728 ± 146, 744 ± 294 y 551 ± 45 kg d^–1, respectivamente. De la comparación de ambas capas se puede deducir que el Fe y el Cu disueltos en la capa superficial están excedidos en 24% y 30%, respectivamente, mientras que para el Cd disuelto se tiene un déficit de un 20%. Estos resultados preliminares sugieren que para el caso del Fe y Cu disueltos, el aporte vertical explica el 76% y 70%, respectivamente, y el resto podría ser resultado de la advección superficial y el aporte atmosférico. En contraste, se sugiere que el Cd disuelto se explica en un 80% por el aporte vertical, mientras que el 20% restante se propone que es removido de la capa superficial por la fotosíntesis.

 

CONCLUSIONES

La distribución vertical de Fe y Cu disueltos presentaron perfiles mixtos (tipo remoción y tipo nutriente), con concentraciones altas de Fe y Cu en la superficie (3.58 y 3.29 nM, respectivamente), que enseguida disminuyen con la profundidad (0.88 y 1.16 nM, respectivamente; tipo remoción) para luego incrementarse hacia el fondo (1.90 y 1.69 nM, respectivamente; tipo nutriente). El Cd disuelto presentó unperfil del tipo nutriente, con concentraciones bajas en la superficie (0.75 nM) que aumentan a un máximo (1.12 nM) con la profundidad. Las concentraciones de los tres metales disueltos son más altas en relación con las zonas altamente productivas dentro del mismo GC y de la corriente de California. El enriquecimiento superficial del Fe y Cu disueltos se debe al aporte atmosférico, a la advección superficial y a la advección vertical, mientras que el enriquecimiento del Cd disuelto es por advección vertical.

Los cálculos preliminares sugieren que el aporte de Fe (76%) y Cu (70%) disueltos es por advección vertical y el resto es resultado de la advección superficial y el aporte atmosférico. En contraste, el 80% de Cd disuelto se atribuye al aporte vertical y el 20% faltante se propone es removido de la capa superficial por fotosíntesis.

 

AGRADECIMIENTOS

Este estudio fue financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT, proyecto número SEP–2004–C01–46576) y la Universidad Autonóma de Baja California (UABC, proyecto interno número 565). Se agradece a los revisores anónimos que, con sus comentarios y sugerencias, enriquecieron este trabajo.

 

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NOTA

*Descargar versión bilingüe (Inglés–Español) en formato PDF.

** English translation by Christine Harris.