Variación espaciotemporal del fósforo y el efecto de las corrientes locales en su distribución en la Bahía de Petacalco, Guerrero, México
Spatiotemporal variation of phosphorus and the effect of local currents on its distribution in Petacalco Bay, Guerrero, Mexico
Guadalupe de la Lanza-Espino1*, Iván Penié-Rodríguez2 y Salvador Hernández-Pulido1
1 Instituto de Biología, UNAM. Apartado 70-153 México, CP 04510, México, DF. * E-mail gdlle@servidor.unam.mx
]]> 2 Posgrado en Ciencias del Mar y Limnología, UNAM Circuito Exterior s/n México, CP 04510, DF.
Recibido en marzo de 2003;
aceptado en enero de 2004.
Resumen
Los aportes de aguas continentales hacia la zona costera son uno de los impactos más significativos que reciben los ecosistemas a nivel mundial. Las aguas continentales aportan nutrientes en diferente magnitud y su distribución está condicionada por la dinámica de circulación marina local y la estacionalidad de los aportes fluviales. El Río Balsas, uno de los más importantes de México, descarga sus aguas hacia la Bahía de Petacalco, con un considerable contenido de nutrientes. En el presente trabajo se estudia la variabilidad espaciotemporal del contenido de ortofosfatos y fósforo total y se analiza su relación con otros parámetros como salinidad, turbiedad y circulación costera. En la bahía se registraron contenidos máximos de ortofosfatos de 19.56 µM en abril-mayo, 10.50 µM en febrero y 9.31 µM en agosto. Para el fósforo total sobresalieron 40.98 µM en abril-mayo y 20.54 µM en agosto que indicaron un ambiente costero eutroficado, resultado de las descargas de actividades industriales asentadas en el estuario del río y dispersadas a toda la bahía a través de las corrientes locales. En la mayoría de los meses estudiados (febrero, junio, agosto, octubre y diciembre), hacia la porción centro-oriental de la bahía se registró una acumulación del agua proveniente del Río Balsas, con pequeños giros ciclónicos-anticiclónicos superficiales frente al Estero de Petacalco que en ocasiones conservaron su sentido a 10 m de profundidad o se invirtieron en abril y diciembre, con un desplazamiento hacia el E-NE que permitió justificar la difusión del fósforo.
Palabras clave: eutroficación costera, efecto de corrientes.
Abstract
]]> The contribution of continental water to the coastal zone has a significant impact on ecosystems worldwide. Continental waters provide nutrients in different concentrations and their distribution is conditioned by local marine circulation dynamics and seasonality of river inputs. The Balsas River, one of the most important in Mexico, discharges its water into Petacalco Bay, with a considerable nutrient content. This work studied the spatiotemporal variability of the orthophosphate and total phosphorus contents and their relation with salinity, turbidity and coastal circulation. Maximum orthophosphate concentrations in the bay were 19.56 µM in April/May, 10.50 µM in February and 9.31 µM in August. The high total phosphorus contents were 40.98 µM in April/May and 20.54 µM in August, indicating an eutrophied coastal environment, result of the wastewaters discharged by the industries established along the river's estuary and dispersed throughout the bay by the local currents. An accumulation of water originating from the Balsas River was recorded in the central-eastern portion of the bay. There were small cyclonic and anticyclonic superficial gyres off the Petacalco Estuary during most of the months studied (February, June, August, October and December) that had the same direction at 10 m depth or were inverted in April and December, with a displacement toward the E-NE, allowing us to verify the diffusion of the phosphorus.Key words: coastal eutrophication, current effects.
Introducción
El aumento en la demanda de agua de la cuenca del Río Balsas por los asentamientos urbanos, la industria y el turismo, cuyas descargas son acarreadas por el río hacia la Bahía de Petacalco, ha condicionado el incremento del impacto antrópico en la zona costera (Montano-Ley et al., 1989). Una de las consecuencias de dichas descargas ha sido la aparición de mareas rojas como las referidas por Ronson-Paulin (1999) en el Pacífico tropical mexicano. La naturaleza del citado impacto en la zona costera es básicamente el reflejo de la interacción entre los aportes terrestres y la capacidad de los procesos dinámicos marinos de circulación para su redistribución (Morales de la Garza et al., 1989).
De la Lanza-Espino (2001) estableció que a nivel superficial en el litoral del Pacífico mexicano, los ortofosfatos pueden alcanzar como máximo una concentración de 1.5 µM. Lechuga-Deveze et al. (1999) encontraron en la Bahía de Petacalco niveles de hasta 3 µM, atribuyendo dicho enriquecimiento a eventos de afloramiento de aguas subsuperficiales, sin considerar la dinámica de circulación superficial costera.
En la zona oceánica adyacente existe una circulación local superficial del agua. Las corrientes oceánicas son: una rama de la Corriente Norecuatorial, en abril y de julio a diciembre; sobre la bahía y más próxima a la costa fluye la Corriente Costanera de Costa Rica (ahora llamada Corriente Mexicana), con dirección NO que generalmente excede los 25 cm/s de velocidad (Pacheco-Sandoval, 1991; Badan-Dangon, 1998).
Estas corrientes, combinadas con la topografía y geomorfología costera (Salas-Colunga, 2001) y el forzamiento del viento (Pacheco-Sandoval, 1991), le confieren a la Bahía de Petacalco características dinámicas de circulación particulares que influyen sobre el tiempo de permanencia y la difusión de los materiales provenientes del Río Balsas. Dado lo anterior, en el presente trabajo se analiza la variabilidad espaciotemporal de ortofosfatos y fósforo total en la Bahía de Petacalco y su relación con la turbiedad, salinidad del agua y la circulación costera durante un año.
Área de estudio
]]> La Bahía de Petacalco se ubica entre 17°54' N-102°01' W y 17°59' N-102°11' W del Pacífico tropical mexicano, en la provincia fisiográfica Sierra Madre del Sur (fig. 1). Esta provincia se caracteriza por una llanura estrecha en la que predominan áreas montañosas y acantilados con pendientes prominentes. La plataforma continental es angosta, ensanchándose en el delta del Río Balsas debido a su transporte de sedimentos y la profundidad umbral es de 4000 a 4562 m (Carranza-Edwards et al., 1975).Hay cuatro subambientes geomórficos marinos en el área: (1) delta del Río Balsas, (2) plataforma continental, (3) cañón de Petacalco y (4) talud continental. Con base en la distribución de las clases texturales existen cinco subambientes sedimentarios, cuatro relacionados con los subambientes geomórficos, y el otro lo constituye el producto de erosión en la playa de Petacalco cuya área es pequeña y cercana a la costa. Al mismo tiempo, la dinámica marina actual se refleja en la otra zona con procesos erosivos en la región, la cual se localiza frente a la playa de Petacalco al oeste del estero (Salas-Colunga, 2001).
La región litoral es de tipo mixta, incluyendo lagunas costeras, pantanos, estuarios, humedales, dunas costeras, manglares, pastos marinos y arrecifes coralinos, entre otros hábitats. En la región oceánica adyacente, la corriente marina dominante es la Norecuatorial (Botello et al., 2000), la cual fluye en dirección SE paralela a la línea de costa. No obstante, en las aguas litorales existe una compleja circulación local debida a la interacción de dicha corriente con la geomorfología costera particular, las aguas continentales provenientes del Río Balsas y los vientos.
El incremento en la actividad antropogénica hacia esta región costera ha causado un impacto negativo en las condiciones fisicoquímicas naturales (Botello et al., 2000). Por esta causa las aguas que fluyen desde ambos brazos del Río Balsas introducen hacia la bahía abundante contenido de materia en suspensión y nutrientes.
Metodología
Para discriminar los cambios producidos por las descargas industriales de las condiciones fisicoquímicas registradas por otros autores antes de los asentamientos humanos en la Bahía de Petacalco, se realizaron seis campañas (entre noviembre de 1999 y diciembre de 2000) en las que se determinó la temperatura del agua (termómetro convencional +0.5°C), salinidad (salinómetro de inducción), turbiedad (atenuación de la luz a través del disco de Secchi), ortofosfatos (PO4) y fósforo total (PT) según técnicas de Strickland y Parsons (1972), en superficie y a 10 m de profundidad en 27 estaciones (fig. 1). Las mediciones a esa profundidad se realizaron ya que, en un estudio prospectivo, a esa profundidad la fisicoquímica fue semejante a la de mar abierto. La densidad se calculó con base en los datos de temperatura y salinidad. El porcentaje de turbiedad fue referido con relación a la profundidad. Los resultados obtenidos se integraron por campaña y se elaboraron isolíneas para el análisis.
La información sobre corrientes fue tomada de CFE (1990), obtenida por tres sensores electromagnéticos de registro continuo entre 1984 y 1985, con mediciones de la velocidad y dirección. Con el objeto de contar con mejores bases en cuanto a la dirección de las corrientes, dada la diferencia en tiempo con el presente trabajo, se calculó el gradiente de distribución de la densidad a través de vectores horizontales, para de esa manera estimar la variación de masa y, en consecuencia, la dirección y magnitud del transporte.
Resultados y discusión
]]> La salinidad, además de estar asociada con las descargas fluviales de ambos brazos del Río Balsas y con las de la planta termoeléctrica de la Comisión Federal de Electricidad, dependió de la época del año. A pesar de una marcada oscilación, los niveles superficiales más bajos (10-20 ups) se registraron en época de lluvias y, como era de esperarse, los más altos (35 ups) se registraron en la época de sequía. En las estaciones más alejadas de las descargas y a 10 m de profundidad se registraron máximos medios de 34.8 ups, semejantes a los determinados por otros autores e identificados como Aguas Superficiales Tropicales (Gardfield et al., 1983).Las concentraciones de PO4 y PT registradas fueron altas, comparables con las determinadas en sistemas lagunares como Pabellón-Altata que se encuentra bajo la influencia de actividades agroindustriales (de la Lanza-Espino, 1994) y además posee una dinámica de aguas reducida y menos comunicación con el océano abierto.
Los contenidos de PO4 superan incluso en más de tres tantos (12.49 µM registrado en agosto) lo determinado entre 1993 y 1994 (hasta 3 µM) por Lechuga-Deveze et al. (1999) en esta bahía, y en general contrastan con los máximos superficiales de 1.5 µM (de la Lanza-Espino, 2001) señalados para el litoral del Pacífico mexicano, con base en una consulta bibliográfica de contenidos de PO4 para esa vertiente (de la Lanza-Espino y Hernández-Pulido, 1992).
La amplia variación de PO4 y PT (figs. 2, 3) puede estar asociada a la intensidad y frecuencia de las actividades industriales que no siempre son las mismas (Programa Maestro de Desarrollo de Puerto Lázaro Cárdenas, 1996), y el aumento registrado de agosto puede deberse no sólo a éstas sino también a la época de lluvias.
Frente al poblado de Petacalco en ciertos meses se observó, tanto para PO4 como PT, un gradiente de concentración que se incrementaba de la línea de costa hacia mar adentro y que se invirtió a los 10 m de profundidad, es decir, que disminuía hacia la costa. Sin embargo, la distribución más obvia fue el gradiente decreciente de las dos bocas del río hacia el NE o la localidad de Peñitas. En un estudio hecho por el Centro de Investigaciones Biológicas del Noroeste (CIBNOR, 1995) en 1992-1993 frente al poblado de Petacalco se registraron contenidos de PO4 desde un nivel mínimo indetectable hasta un máximo de 5.0 µM, intervalo que cae dentro del registrado en este trabajo, específicamente frente al mismo poblado siete años después.
El comportamiento anual de los contenidos medios de PO4 y PT confirman el incremento de estos compuestos, originado probablemente de una fuente externa (tabla 1). Particularmente en dos meses se determinaron los niveles más altos de ambas formas; el contenido máximo de fósforo total superó dos veces al de ortofosfatos en mayo-abril a los 10 m de profundidad y el mínimo 6.5 veces en agosto a nivel superficial.
La distribución de PO4 y PT indica que la mayor concentración se encontró en las inmediaciones de la desembocadura del Río Balsas, especialmente por los afluentes Boca Melchor Ocampo (Boca Derecha) y Boca San Francisco (Boca Izquierda), durante todo el período de estudio. La distribución horizontal de PO4 y PT ejemplifica este comportamiento hacia la mitad noroccidental de la zona de estudio (figs. 2, 3), donde se alcanzaron niveles altos de PT de 10.80 µM en febrero, 40.98 µM en abril-mayo, 10.70 µM en junio, 20.54 µM en agosto, 16.72 µM en octubre y 10.03 µM en diciembre, ubicados en alguno de los dos extremos del delta del Río Balsas definiendo un ambiente hipereutrófico. A partir de ambas bocas se estableció un gradiente de concentración en dirección NE, más definido en los meses de agosto y octubre (figs. 2, 3).
En agosto la concentración de PO4 y PT fue superior a la de los otros meses (figs. 2, 3) posiblemente por las actividades industriales de fertilizantes. A partir de febrero la concentración de PO4 disminuyó alcanzando niveles mínimos en junio (de indetectable en superficie a 3.7 µM a 10 m de profundidad), lo que denota la intermitencia de las descargas del área industrial percibida en los muestreos.
La transparencia al disco de Secchi definió una zona con mayor turbidez en la desembocadura del río. Casi en todos los meses se obtuvo una fuerte correlación lineal negativa entre la concentración del fósforo y el porcentaje de transparencia (tabla 2).
Con base en las distribuciones de los isogramas de PO4 y PT (figs. 2, 3) se hizo evidente que la principal fuente de fósforo en la bahía fue el Río Balsas, en particular el Brazo Melchor Ocampo donde se encuentran diversas industrias como la de fertilizantes. Salas-Rodarte (2003) registró anteriormente un comportamiento semejante.
]]> Lo anterior indica una fuerte influencia de las descargas de aguas fluviales y antropogénicas (urbanas e industriales particularmente del Brazo Melchor Ocampo) en la zona de estudio. Según el Programa de Desarrollo de Puerto Lázaro Cárdenas, Michoacán (1996), se registraron en las márgenes del Brazo Melchor Ocampo, además de los asentamientos urbanos, las industrias del acero (SICARTSA), de fertilizantes (FERTI-MEX), petrolera (PEMEX) y de autopartes (NKS), un parque industrial de mediana industria, además del puerto de altura y un almacén de granos. Otra zona que puede estar viéndose afectada es la localizada en el centro de la bahía, cerca del Estero de Petacalco, ya que pueden estar arribando a ella volúmenes importantes de escurrimientos costeros por las descargas de la planta termoeléctrica de la Comisión Federal de Electricidad (CFE). Esto puede constatarse en las distribuciones horizontales de salinidad (fig. 4). No obstante, las correlaciones menos significativas a nivel superficial entre dicho parámetro y el fósforo hacen pensar que el enriquecimiento es menos importante en esta zona.La correlación entre nutrientes y salinidad tradicionalmente ha sido empleada para evaluar las intrusiones de agua dulce al medio marino (Kempt et al., 1982), y en la Bahía de Petacalco ésta fue comprobada sólo en ciertos meses como junio, agosto y diciembre en que las correlaciones fueron más significativas (tabla 2) (α < 0.05). El gradiente de nutrientes decreciente del W al NE se puede asociar al patrón de circulación costera (fig. 5), tomando como punto de partida las direcciones y velocidades calculadas por CFE (1990). Al oeste del Estero Petacalco la dirección de la corriente predominante fue hacia el centro de la bahía y al NE-NNE (fig. 5).
Según CFE (1990), las velocidades más frecuentes van disminuyendo de oeste a este. Esta información, aunque limitada por el número de equipos de medición empleados, aporta elementos importantes acerca del patrón de circulación hacia la zona central de la bahía (fig. 5). Sin embargo, Badan-Dangon (1998) señala que no existen mediciones directas de la Corriente Costanera de Costa Rica.
En el presente trabajo la densidad se utilizó para corroborar la dirección y magnitud de las corrientes, vectores que aparecen superpuestos (fig. 6) denotando en general el desplazamiento hacia el NE. En la figura 6 se puede apreciar un flujo superficial mar adentro en la región occidental, mismo que es compensado por otro flujo hacia la costa a 10 m de profundidad. Ambos flujos son más fuertes en los meses cálidos junio, agosto y octubre (época de lluvias con mayor descarga fluvial). También destaca en dichas figuras que en tales meses se verifican los principales flujos en dirección NE y E. El hecho de que el eje principal de circulación marina sea W-NE (fig. 5) presupone que los aportes antrópicos que salen hacia la plataforma marina por el Río Balsas son transportados en ese sentido hacia la zona central de la bahía. La existencia de gradientes de concentración horizontales del fósforo son en este mismo sentido (figs. 2, 3).
Estacionalmente se registró una asociación entre la variación de PO4 y PT, y la densidad del agua para junio, agosto y octubre (tabla 2). En la época de lluvias la variación de estos nutrientes se relacionó con el aporte de aguas continentales, y su dispersión por prácticamente toda la bahía fue a través de la circulación costera.
Con base en la distribución de la densidad y sus vectores, se registraron pequeños giros anticiclónicos superficiales frente al Estero de Petacalco en la mayoría de los meses estudiados (febrero, junio, agosto, octubre y diciembre) y, ocasionalmente, éstos conservaron el sentido a 10 m de profundidad o se inviertieron como en abril o diciembre, con un desplazamiento hacia el E-NE. Este fenómeno ayudó a explicar la distribución concéntrica de PO4 y Pt, y su difusión en esa dirección .
Cabe destacar que la formación de giros ciclónicos y anticiclónicos alternos, resultante del aporte del río, las descargas de la termoeléctrica y el esfuerzo del viento, condiciona ascensos y descensos de masas de agua a pequeña escala de profundidad, como en este caso sucedió hasta los 10 m (David Salas, Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM, com. pers.), de diferente posición y con desplazamiento hacia el ENE. Por su parte, Lechuga-Deveze et al. (1999) atribuyen el incremento superficial de PO4 a las surgencias de agua subsuperficial. Sin embargo, es más probable la ascensión de agua a través de los giros ciclónicos, ya que en la Bahía de Petacalco, históricamente no se han registrado surgencias en imágenes de satélite (Artemio Gallegos, Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, UNAM, com. pers.).
La reducción de la velocidad de las corrientes marinas de oeste a este puede condicionar el aumento relativo del tiempo de residencia sobre la porción central de la bahía de las aguas que provienen de la zona industrial ubicada al occidente. En este sentido, el predominio de las direcciones NE, ENE y NNE en la parte central de la bahía puede conducir al acarreo tangecial a la línea de costa de un volumen de agua mayor justo entre el Estero de Petacalco y el poblado Las Peñitas. Este mayor volumen puede provocar la descomposición de los vectores de corrientes y formar giros estacionales de diferente magnitud que permiten igualmente la permanencia de aguas con mayor contenido de fósforo sobre esta porción de la plataforma (fig. 6), lo que también puede explicar la presencia de contenidos más altos de fósforo o bajos de salinidad hacia la zona central del litoral en la mayoría de los muestreos.
Destaca de lo anterior, que los principales aportes de orto-fosfatos y fósforo total en la Bahía de Petacalco se dieron sobretodo a través de los estuarios Boca Melchor Ocampo y Boca San Francisco del Río Balsas, pero principalmente a través del primero. Especialmente en agosto (época de lluvias), las altas concentraciones de estos compuestos definieron un medio eutroficado, alcanzando en estaciones puntuales contenidos 10 veces más altos (asociados a la zona industrial) que los registrados en mar abierto. Su difusión a toda la bahía fue a través de la dirección de la corriente (NE, ENE), con una distribución concéntrica compleja que resulta de un sistema de giros superficiales ciclónicos y anticiclónicos que se invierten en posición a 10 m de profundidad.
]]> En la porción centro-oriental de la bahía se registró una acumulación de agua proveniente de las descargas del poblado de Petacalco y del Río Balsas asociadas significativamente, lo que es demostrado por la distribución de densidad del agua, así como por la concentración de fósforo y la turbiedad al disco de Secchi.
Agradecimientos
Los autores agradecen a la Comisión Federal de Electricidad por facilitar los datos del proyecto Monitoreo de Calidad del Agua en la Bahía de Petacalco, al Dr. Alfonso V. Botello y a Ma. Eugenia Zamudio por la elaboración del mapa base para los isogramas.
Referencias
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