Evaluación morfológica y sedimentológica de campos de dunas submarinas en la costa de Yucatán, México

Morphological and sedimentological assessment of submarine dune fields on the coast of Yucatan, Mexico

Eduardo Cuevas¹*, María de los Ángeles Liceaga-Correa¹, Luis A Rincón-Sandoval¹, Guadalupe Mexicano-Cíntora¹, Leonardo Arellano-Méndez¹, Jorge I Euán-Ávila¹, Héctor Hernández-Núñez¹, Sandor Mulsow²

¹ Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional, Unidad Mérida, Km. 6 Antigua Carretera a Progreso, CP 97310, Mérida, Yucatán, México. * Corresponding author. E-mail: ecuevas@mda.cinvestav.mx

Received May 2012,
received in revised form October 2012,
accepted November 2012.

RESUMEN

En la costa del estado de Yucatán existen áreas con campos conspicuos de depósitos sedimentarios que forman dunas submarinas bien estructuradas y sobresalientes, aledaños a los puertos de Dzilam de Bravo, San Felipe y El Cuyo. El objetivo de este trabajo fue evaluar la morfología y las características sedimentológicas de estas dunas sumergidas. Para esto, se obtuvieron perfiles sismológicos del subfondo y se realizaron análisis sedimentológicos estandarizados de muestras recolectadas en los tres sitios de estudio. Tanto la altura de las dunas como su longitud de onda fueron diferentes entre los tres sitios, donde se registraron dunas de entre 0.84 y 2.28 m de altura y con longitudes de onda promedio entre 98 y 330 m. La mayoría de las dunas mostró una asimetría bien marcada, que está relacionada con el sentido en que se mueven. En su composición granulométrica dominó el sedimento superficial del tipo arena media moderadamente bien clasificada. Este trabajo sienta bases para el monitoreo sistemático de estos ecosistemas peculiares, incluyendo información para considerarse en la evaluación del papel ecológico que desempeñan en el sistema.

Palabras clave: campos de dunas, morfología de dunas, perfiles del subfondo, sedimentología.

Conspicuous sedimentary deposits forming well-structured and prominent submarine dunes are found on the coast of Yucatan (Mexico), close to the ports of Dzilam de Bravo, San Felipe, and El Cuyo. The objective of this study was to evaluate the morphological and sedimentological features of these submarine dunes. Sub-bottom seismologic profiles were obtained and standardized sedimentological analyses were performed on sediment samples collected at the three study sites. Both the height and wavelength of dunes were different between the three sites, mean heights ranging from 0.84 to 2.28 m and mean wavelengths from 98 to 330 m. Most of the dunes showed a well-marked asymmetry, which is related to the direction of their movements. Their granulometric composition was dominated by medium, moderately well-sorted sand. This study provides bases for future systematic monitoring of these peculiar ecosystems, including information to be considered for the evaluation of their ecological role in the marine system.

Key words: dune field, dune morphology, sub-bottom profiles, sedimentology.

INTRODUCCIÓN

Los depósitos sedimentarios marinos sumergidos han sido objeto de estudio por décadas, abordándose temáticas como su disposición espacial (Aliotta y Perillo 1987), morfología y estructura interna (Todd 2005), composición granulométrica y su relación con el medio en que se encuentran (Bartholdy et al. 2005), dinámica y comportamiento de los depósitos sedimentarios (Xu et al. 2008, Gómez et al. 2010), interacción con praderas de pastos marinos (Daniell et al. 2008) y modelaje paleoclimático (Peterson et al. 2010). Su descripción y seguimiento se han realizado con equipos oceanográficos activos (multihaz [multibeam] y sonar de barrido lateral). Por muchos años se recurrió a la extracción de núcleos para el estudio de su estructura interna (Murdoch y Azcue 1995). En la última década ha cobrado mayor auge el uso de técnicas de reflexión sismológica (Gómez et al. 2010).

Alrededor del mundo, se ha enfatizado la relevancia de estas estructuras sumergidas por los efectos directos e indirectos que tienen sobre las líneas de costa adyacentes (Le Bot et al. 2000). Para México, el único estudio encontrado es una breve descripción de dunas submarinas frente a Quintana Roo por Tucker y Wright (1990). Dada la vocación turística de playa del estado de Yucatán, así como la importancia ecológica, social y económica de la zona costera en esta región, la ubicación y caracterización de los campos de dunas sub-marinas son aspectos trascendentales por su vínculo con la costa arenosa, la cual actualmente presenta serios problemas de degradación erosiva en numerosos segmentos (Cuevas-Jiménez y Euán-Ávila 2009).

El objetivo fue evaluar la morfología y las características sedimentológicas de tres campos de dunas submarinas en los puertos de Dzilam de Bravo, San Felipe y El Cuyo, ubicados al oriente del estado de Yucatán, México. La información sedimentológica y morfológica del fondo marino presentada en este estudio contribuirá a la parametrización de futuros modelos hidrodinámicos y de transporte sedimentológico en la región.

MATERIALES Y MÉTODOS

El estado de Yucatán se ubica en la parte septentrional de la península de Yucatán, al sureste de México. La península es una plataforma amplia conformada mayormente por rocas sedimentarias depositadas sobre un basamento Paleozoico (Lugo-Hubp et al. 1992). Ésta es una de las estructuras más jóvenes del territorio mexicano y se distingue principalmente por un desarrollo cárstico. Entre sus unidades morfológicas se encuentra una planicie costera, ubicada en la porción norte desde cabo Catoche hasta Celestún (fig. 1), que se caracteriza por una franja estrecha de depósitos marinos recientes de origen carbonatado biogénico y un litoral de acumulación. Debido a la ausencia de un sistema fluvial superficial, en esta zona no se presentan sedimentos de origen terrígeno (Lugo-Hubp et al. 1992).

El área de estudio presenta oleaje de baja energía y un transporte litoral de sedimentos principalmente de este a oeste (Capurro et al. 2002, Cuevas-Jiménez y Euán-Ávila 2009, Enríquez et al. 2010). El régimen de lluvias marca el patrón climático. La temporada de secas es de marzo a mayo, la de lluvias es de junio a octubre y la de nortes es de noviembre a febrero (Álvarez-Góngora y Herrera-Silveira 2006), con vientos del norte y noreste a velocidades de entre 5 y 9 m s^–1 (Enríquez et al. 2010). También existe una temporada de tormentas y huracanes que ocurre de agosto a septiembre (Capurro 2000), y los vientos en este tiempo provienen del este y noroeste a velocidades de entre 2 y 10 m s^–1.

Morfología de las dunas

A pesar de la amplia gama de estudios realizados alrededor del mundo sobre este tema, existe controversia sobre el establecimiento de una nomenclatura estandarizada que se aplique para nombrar a los diferentes depósitos sedimentarios. Entre los mayores avances hacia una estandarización se encuentran las compilaciones hechas por Ashley (1990) y Perillo (2001), quienes expresan el consenso de especialistas por adoptar la palabra "duna" como término único estandarizado para referirse a las formas de depósitos sedimentarios transversales.

Para las dunas, se han definido los siguientes elementos morfológicos: cresta (punto más elevado de la duna), rampa (flanco de la duna ubicado corriente arriba de la cresta, pendiente de menor inclinación), talud (flanco de la duna ubicado corriente abajo de la cresta, pendiente pronunciada), línea de seno (punto donde se puede inferir un cambio en la pendiente que suele indicar el inicio o fin de la duna) y longitud de onda (distancia entre senos de la duna) (Allen 1980, Perillo 2001). Una característica relevante para la evaluación morfológica de las dunas submarinas es la asimetría, que es un indicador confiable de su sentido de traslación e indicador indirecto de la dirección de transporte neto sedimentario (Perillo 2001).

Para la evaluación morfológica en el presente estudio, se recolectaron datos sismológicos en octubre y noviembre de 2010 con un perfilador sismológico de fuente acústica tipo Chirp, modelo Strata Box (Syqwest, Inc.), 10 kHz, montado en una embarcación con motor fuera de borda. Se recorrieron transectos de longitud variable sobre las áreas de dunas, de forma perpendicular y longitudinal a la costa, a profundidades de entre 2 y 5 m. Los datos fueron analizados con el software Kingdom Suite 8.5 (Seismic Micro-Technology, Inc. 2009), aplicando un filtro pasabanda de 1 a 7 kHz a cada línea de datos.

Se midió la longitud de onda de las dunas (λ) y su altura (h) utilizando las imágenes sismológicas. A partir de los valores de estas características morfológicas y toda vez que los supuestos de normalidad y homoscedasticidad de los datos fueron cumplidos (P > 0.05), se realizaron pruebas de análisis de varianza para evaluar diferencias morfológicas entre las tres localidades de estudio.

Flemming (2000) reconoce que la profundidad del sitio en que se encuentran las dunas y el tamaño del grano de sedimento que las conforman son factores de primer orden que delimitan su desarrollo final. Con base en esto, se utilizó la ecuación H_max = 0.16λ^0.84 propuesta por Flemming (2000) para la estimación de una altura teórica máxima de referencia y comparación con las alturas reales medidas, teniendo como límites 9 m (para dunas formadas por sedimento con valor D50 = 126–250 μm) y 24 m (para dunas formadas por sedimento con valor D50 = 251–500 μm).

Considerando que el sentido de traslación de la duna está correlacionado con la asimetría y la dinámica de transporte de sedimento sobre las dunas (Perillo 2001, Xu et al. 2008), se derivó un índice simple de asimetría. La asimetría se cuantificó mediante la relación h/(λ1 – λ2), donde λ₁ y λ₂ corresponden a la distancia de la cresta a la línea de seno de los lados izquierdo y derecho, respectivamente, de cualquier duna, considerando como referencia central el punto de su cresta proyectado sobre la base de cualquier duna registrada en un perfil sismológico. Valores de este índice cercanos a cero indican una alta asimetría, mientras que valores mayores (negativos o positivos) indican una fuerte simetría. El signo del valor refiere el sentido del movimiento de la duna; el signo negativo indica movimiento hacia la costa y el positivo, hacia mar adentro.

Finalmente, se clasificaron las dunas por sus tipos morfológicos (erosivo o deposicional) utilizando como base los criterios expuestos y utilizados por Palomino et al. (2009).

Análisis sedimentológico

En cada una de las tres localidades estudiadas (Dzilam de Bravo, San Felipe, and El Cuyo) se definieron tres sitios para la toma de muestras de sedimento en las crestas de igual número de dunas (nueve sitios en total) (fig. 1). Para la recolecta, se utilizó un nucleador de PVC de 60 cm de longitud y 5 cm de diámetro. Debido a que a simple vista no se observó una estratificación marcada en los núcleos, éstos se dividieron transversalmente para obtener dos submuestras de aproximadamente 8 cm de longitud (cantidad de sedimento requerido para completar el gramaje necesario en el análisis granulométrico), diferenciando de esta forma el sedimento superficial y el de subfondo.

Para el análisis granulométrico se siguió la técnica estandarizada de Folk (1980); se utilizaron muestras de 50 g (±0.001) y un tren de siete tamices (φ: –1, 0, 1, 2, 3, 4 y 5) y un tiempo de tamizado de 15 min.

A partir de los datos de procesamiento de las submuestras, se estimaron los siguientes parámetros estadísticos gráficos: tamaño promedio de grano, desviación estándar, grado de asimetría y medida de curtosis. Con estos parámetros se elaboraron gráficas bivariantes de dispersión, y se aplicaron las funciones discriminantes (Y₂ y Y₃) propuestas por Sahu (1964) para caracterizar el escenario de depósito de las localidades estudiadas.

RESULTADOS

Morfología de dunas

Tanto en Dzilam de Bravo (DBR) como en San Felipe (SFE) (fig. 1), se observaron dunas de extensión variable, y aquellas más cercanas a la costa fueron las de mayor altura. En El Cuyo (ELC) (fig. 1) se registró un depósito sedimentario que conforma un conjunto de dunas interconectadas entre sí, y su espesor disminuyó hacia el norte con el incremento de la profundidad.

Los valores teóricos referenciales de alturas máximas potenciales para estas localidades variaron de 8 m en DBR (D50 = 126–250 μm) a 17 y 20 m en SFE y ELC (D50 = 251–500 μm), respectivamente.

La mayoría de las dunas identificadas en DBR fueron asimétricas, con un sentido de movimiento predominantemente hacia el noroeste (fig. 3). En SFE, se encontró una mayor variabilidad en el sentido de movimiento de las dunas, con traslaciones hacia el sur y noroeste. En esta zona se registraron dunas aparentemente erosionadas y otras fusionadas con asimetrías convergentes (fig. 4). En ELC no se registró una clara dominancia del rumbo de movimiento de las dunas, definiéndose dunas con movimiento en sentido norte y sur, aunque en algunas zonas sí se observó un solo sentido de movimiento de todas las dunas (fig. 5).

Más del 50% (n = 52) del total de dunas analizadas en las tres localidades en conjunto (N = 96) se desplazó hacia zonas más profundas y el resto en sentido contrario (fig. 6). En DBR el 66% (n = 33) del total de dunas (N = 50) se desplazó hacia zonas de aguas más profundas, y el 34% (n = 17) en sentido contrario (–0.54 ≤ h/(λ₁ – λ₂) ≤ 0.13). En SFE el 70% (n = 14) del total de dunas (N = 20) se movió hacia aguas más profundas y el 30% (n = 6) en sentido contrario (–0.12 ≤ h/(λ₁– λ₂) ≤ 0.68). En ELC el 19% (n = 5) del total de dunas (N = 26) se movió hacia aguas más profundas y el 81% (n = 21) en sentido contrario (–0.11 ≤ h/(λ₁ – λ₂) ≤ 0.22) (fig. 6).

Se registró un comportamiento incierto respecto a la dirección del movimiento de las dunas y la distancia a la costa, particularmente en DBR y SFE, donde se observó un cambio del sentido de asimetría conforme se alejaban de la línea de costa (fig. 6).

Todas las dunas fueron clasificadas como depósitos del tipo morfológico deposicionales, predominantemente de tipo asimétricas.

Análisis sedimentológico

Los sedimentos recolectados en las tres localidades presentaron arena media y fina principalmente. Se observó un ligero incremento en la proporción de material grueso en las muestras del subfondo, especialmente en sitios al oeste de cada localidad (fig. 7).

No se registró una estratificación clara en las muestras recolectadas. No obstante, el valor medio de φ de los sedimentos indicó la presencia de material ligeramente más fino a nivel de superficie que en el subfondo en DBR y ELC, mientras que el valor fue similar en ambos niveles en SFE. La desviación estándar indicó sedimentos con clasificación moderada en la superficie y el subfondo para DBR y SFE, y pobre clasificación en ELC, principalmente en el subfondo (tabla 2).

En DBR la distribución de los datos del sedimento tendió a cambiar de asimétrica negativa en superficie a simétrica en el subfondo, mientras que en ELC la tendencia fue inversa y en SFE la distribución presentó asimetría negativa en ambos niveles. En DBR y SFE dominó el sedimento con características mesocúrticas en la superficie y el subfondo; en contraste, para ELC se registró una mayor distribución leptocúrtica en la superficie y platicúrtica en el subfondo.

Finalmente, según las funciones discriminantes, la mayoría de las muestras (N = 15) se clasificaron en un escenario marino somero agitado (Y₂ > 65.365, Y₃ > –7.419), y sólo tres muestras del subfondo se ubicaron en un ambiente fluvial agitado, una en cada localidad (DBR: Y₂ = 125, Y₃ = –9.7; SFE: Y₂ = 95, Y₃ = –8.1; y ELC: Y₂ = 152, Y₃ = –15.2).

DISCUSIÓN

Morfología de dunas

Las dunas en ELC presentaron, en general, las mayores alturas y longitudes de onda, aun cuando los valores se traslaparon en alguna proporción con los observados para SFE. Las dunas en DBR fueron completamente diferentes.

Se observó que el campo de dunas en ELC es un sitio con gran disponibilidad de sedimento no consolidado, dunas anchas y capas sedimentarias de altura variable entre ellas, y sin vegetación subacuática; se sugiere que este campo de dunas es fijado y consolidado por las condiciones hidrodinámicas específicas en el área (Daniell et al. 2008). En ambientes como ELC, las condiciones particulares de rugosidad del fondo hacen suponer una hidrodinámica particular que los hace hostiles para comunidades vegetales como las fanerógamas marinas. Estos ambientes altamente energéticos no permiten el establecimiento de semillas de las plantas (Ryan et al. 2007, Daniell et al. 2008), lo que explicaría la ausencia de vegetación.

En casos opuestos, se sugiere que la presencia de espacios sin sedimento, con o sin vegetación entre las dunas, indica escasez de sedimento o que está en movimiento constante (Daniell et al. 2008) como es el caso de DBR. Las praderas de pastos marinos entre las dunas de DBR y SFE están sujetas a una dinámica de cambio constante por traslación de las dunas que cubren temporalmente los pastos mientras cruzan sobre ellos. Una vez que la duna los ha cruzado por completo, vuelven a florecer. Se han registrado períodos de hasta un año para esto (Daniell et al. 2008).

Tucker y Wright (1990) registraron dunas de forma elongada, transversales a las corrientes y asimétricas frente a Quintana Roo. Su longitud de onda varió de 10 a 400 m y su atlura de 1 a 3 m, a profundidades de entre 5 y 6 m. Se sugiere que los valles entre dunas se estabilizan por pastos marinos (Thalassia testudinum) y macroalgas. Estas características morfológicas y estructurales son similares a las encontradas en la costa de Yucatán y son explicables con base en el origen calcáreo común, así como por la hidrodinámica provocada por el canal de Yucatán, aunque con diferentes magnitudes por su ubicación geográfica (Enríquez et al. 2010). Dada la hidrodinámica en la región (Enríquez et al. 2010), es factible que parte del sedimento depositado en la costa de Yucatán provenga de depósitos sedimentarios en el Caribe mexicano (zona de Cabo Catoche), con características comparables a las aquí descritas.

El sentido del movimiento de las dunas en DBR y SFE es congruente con la dirección del transporte sedimentario (de este a oeste) en la costa de Yucatán (Enríquez et al. 2010). En ELC la traslación sería congruente con la teoría del movimiento por saltos de las dunas (Flemming 2000), acercándose a manera de lengua de arena a la línea de costa.

Análisis sedimentológico

El sedimento más grueso en ELC y SFE sugiere condiciones de energía hidrodinámica moderada en esos sitios (Nicholas 2003). En DBR se presentaron condiciones de menor intensidad de energía y sedimentos más finos, lo que podría asociarse con los patrones de circulación y transporte sedimentario costero de este a oeste (Bartholomä y Flemming 2007).

En este sentido, Ruíz (2010) señala que las playas de Yucatán presentan partículas inestables con tendencia al tipo hojuela, susceptibles al movimiento, y con valores bajos del factor de forma (parámetro dimensional del grano, que varía de 0 a 1). En particular, para DBR, este autor registró la arena más fina de las costas de Yucatán, con un factor de forma alto (>0.7), lo que implicaría poca probabilidad de movimiento para los sedimentos de ésta localidad. En contraste, en la isla de Holbox (ubicada cerca de ELC) se presentó un tamaño de grano mayor y un factor de forma bajo (partículas menos equidimencionales), lo que facilitaría el transporte de estas partículas por la línea de costa.

Con base en esta información, se sugiere la presencia de dos regímenes en las áreas de estudio: uno con poca fluctuación de energía hidrológica, así como transporte y deposición selectivos, asociado a sedimentos con clasificación moderada (DBR y SFE), y otro de alta turbulencia, con variaciones en la energía hidrodinámica, con pulsos extremos en intensidad y duración que actúan sobre el sedimento con poca selectividad, asociado a sedimentos con pobre clasificación (ELC) (Martins 2003).

La distribución mesocúrtica observada en DBR y SFE confirma el indicio de un sistema con energía moderada, donde el oleaje y las corrientes fragmentan, disuelven y arrastran los materiales. Por otro lado, en ELC fuertes oscilaciones de energía provocarían una sedimentación variable, poca selectividad en superficie (distribución leptocúrtica) y mezcla de diferentes tamaños de grano (distribución platicúrtica) en el subfondo (Santiago y Sambrano 2007).

Finalmente, las características granulométricas encontradas en las dunas submarinas son consistentes con descripciones de la arena en las playas de Yucatán (Nolasco-Montero y Carranza-Edwards 1987, Cuevas-Jiménez y Euán-Ávila 2009, Ruíz et al. 2010), sugiriendo aportación de sedimento al margen costero por estos depósitos sedimentarios.

La información integral (sedimentológica y morfológica) proporcionada acerca de estos ambientes marinos permite establecer líneas base para el entendimiento de procesos oceanográficos más complejos, permitiendo un manejo adecuado de los ecosistemas ligados a los depósitos sedimentarios costeros en la región. La valoración ecológica de estos depósitos sedimentarios es crucial para el completo entendimiento de la función que éstos desempeñan como hábitat, barrera contra tormentas y huracanes, así como depósitos de material sedimentario para la conservación del litoral arenoso en Yucatán.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan su agradecimiento al Fondo Mixto CONACYT-Gobierno del Estado de Yucatán por el financiamiento (proyecto #108960). También agradecemos a la empresa IHS Global, Inc. por su aportación con el software utilizado en este estudio, y al Laboratorio de Oceanografía Física y Procesos Costeros, en espacial a I. Mariño (Centro de Investigación y de Estudios Avanzados, Instituto Politécnico Nacional) por las facilidades brindadas para los análisis sedimentológicos.

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