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CAPITULO I ESTUARIOS Y SISTEMAS ESTUARINOS.

ESTUARIOS: DEFINICIÓN, SIGNIFICADO E IMPORTANCIA La gran mayoría de corrientes de agua dulce desembocan en ríos los cuales a su vez desembocan al mar. Alrededor de esta desembocadura, en donde el río y el mar se encuentran, prevalece un ambiente especial y distintivo. Esta zona (que es un ecotono) entre el agua dulce y el agua marina, pero a su vez entre los ecosistemas terrestres y ellos acuáticos de río y mar se denomina Estuario, el cual presenta características de transición entre dichos ecosistemas. Los estuarios son interfaces inestables en los cuales el drenaje de agua dulce se mezcla con el mar abierto. Por esta razón son muy variables en sus características físicas químicas y biológicas. Esta variabilidad y la salinidad normalmente baja tienen fuertes efectos tanto en tanto en la composición como en la dinámica de la biota. Los estuarios están habitados por una fauna y flora características que están bien adaptadas en su fisiología y ecología a las condiciones estuarinas. Cambios estacionales y a veces impredecibles en los patrones del clima ejercen efectos particularmente fuertes en los estuarios debido a su acople incompleto con la circulación en el mar abierto. Un intercambio restringido permite que ocurran rápidos cambios en salinidad temperatura nutrientes y carga de sedimentos (Levington 1982). Definiciones Para el lenguaje cotidiano la palabra estuario puede significar muchas cosas poco uniformes: la desembocadura mareal de un río, el choque del curso de un río con la marea, un brazo marino que entra hacia tierra o un terreno bajo al lado de un brazo de mar, estas acepciones tienen como dificultades la vaguedad e imprecisión y las diferencias entre lugares. En Colombia, por ejemplo, se asocia a los manglares con los estuarios pero esto no siempre se cumple: Estuarios hay en todas las latitudes del mundo mientras que los manglares están asociados a las franjas tropicales y subtropicales, en aguas en las que la temperatura superficial del mar promedio anual no descienda de 20 °C. En general se pueden resumir ambos conceptos así: Estuario: Palabra asociada con agua salobre, con desembocaduras de ríos con aportes de elementos nutritivos (nutrientes), y con cambios. El estuario es un lugar supremamente variable. En el Pacífico colombiano y en otras partes existe la palabra Estero para referirse en general a varios conceptos que implican el concepto de estuario: brazos de mar rodeados por manglares, brazos de río que desembocan al mar etc. Manglares: Esta palabra está asociada con árboles, fauna, suelos inestables, productividad, asociación, dominancia, incubadoras, sucesiones, adaptación. Aun cuando hay que clarificar que son conceptos diferentes, tienen puntos de unión; por ej: la presencia de nutrientes permite que los manglares en estuarios actúen como sitios donde se desarrollen las formas larvales de muchos organismos, razón por la cual se consideran como ecosistemas incubadores. Sin embargo en varios lugares del mundo hay estuarios que no tienen nada que ver con manglares y viceversa.

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La variabilidad del uso de la palabra estuario y su mezcla con otros conceptos creo la necesidad de lograr una definición científica que pudiera generalizar las diferentes formas de estuarios y que pueda ser utilizada ampliamente. A pesar de estos esfuerzos existe un número relativamente elevado de definiciones científicas de estuario pero todas implican el concepto básico de variabilidad en las condiciones ambientales que presentan tanto en sus características fisico-químicas como biológicas. Históricamente la definición aceptada de estuario ha tenido una evolución que muestra la complejidad del concepto. Las principales son las de los siguientes autores: 1951 Ketchum: Estuario es todo el espectro de agua de mar diluida por el drenaje terrestre mientras que la salinidad se halle por encima de 0.00 o/oo. El concepto de partes por mil (o/oo) ha desaparecido como escala para la medición de la salinidad desde 1998, habiendo sido convertido en la escala o unidades práctica (s) de salinidad (Practical Salinity Scale or Units PSS o PSU), la cual no tiene unidades. Esta definición es sumamente generalista, dado que cualquier parte del mar donde cae agua dulce cabría en dicho concepto. 1963 Pritchard y Cameroon coincidieron que: Estuario es todo cuerpo de agua costero semicerrado, con libre conexión con el mar abierto en la cual el agua de mar aunque esté diluido es medible presentándose una mezcla de agua (balance hídrico). Esta es la definición que ha sido más aceptada por oceanógrafos, biólogos y geólogos. Tiene como ventaja que elimina las partes de los ríos donde el agua de mar no es medible, y los bordes costeros abiertos como ciertas bahías donde el drenaje de agua dulce es muy pequeño para diluir el agua marina, o en aquellas en que pudiendo ser diluidas la fauna y la flora son típicamente marinas. También excluye los mares (Mar Báltico, Mar Negro)y lagos salados interiores, debido a que "el cuerpo de agua debe ser costero". También excluye a las lagunas costeras y represas naturales al exigir "la presencia de una conexión libre con el agua marina circundante". Finalmente también excluye las lagunas y lagos salados donde la única fuente de agua dulce es la lluvia, debido a que exige que "el agua dulce proviene del drenaje terrestre". 1965 Caspers: completó ese concepto con la siguiente afirmación: "El agua de mar medible está sujeta a cambios periódicos, Con este concepto se introdujo la idea de la variabilidad en las condiciones de la mezcla del agua estuarina. Esta variabilidad periódica puede originarse por las mareas altas y bajas, por los mareas vivas y muertas y por las épocas climáticas Aunque está definición ha sido aceptada siempre, debido sobre todo a su precisión (McLusky 1971) está limitada debido a que es difícil materializar físicamente a un estuario en el campo debido a que los límites del estuario son muy dinámicos. De todas las definiciones se desprende que en ese sistema se encuentran varios factores y procesos que no se encuentran en otros ambientes acuáticos y que se combinan para ofrecer el ambiente tan particular y tan variable que constituyen.

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Esta variabilidad ha hecho que cerca al año 1990 se han buscado definiciones y conceptos más funcionales, en las cuales se ha buscado resaltar las características tan dinámicas que presentan. En primer lugar, es un sitio donde existe una "lucha de fuerzas" (o corrientes) desiguales que se oponen, una fuerza aparentemente más débil y uni-direccional que es el río y una fuerza muy poderosa y oscilante llamada marea. Estas dos fuerzas se encuentran y ejercen considerables y complicados efectos sobre las características físicas de las aguas, sobre la sedimentación y estos a su vez influyen fuertemente sobre la biota. En segundo lugar, la mezcla de agua dulce con agua salada produce un ambiente químico diferente al del mar o un río. En tercer lugar, el cambio de las condiciones con la marea o con el clima puede requerir un ajuste fisiológico de los habitantes de la comunidad. Las variaciones presentadas en los estuarios son mayormente en la forma y grado de ella. Tal variación es atribuible a las características locales. Por ejemplo la cantidad y distribución del agua salada dentro de un estuario son funciones del influjo de agua dulce, corrientes maréales y de otros tipos que operan dentro del estuario y de la topografía del área. Todas estas características varían dependiendo del sitio geográfico (Reid 1961) Por ejemplo, en Buenaventura

Marea Ríos 26000 m3/s 500 m3/s MAREA SUBIENDO

Marea Ríos 26000 m3/s 500 m3/s MAREA BAJANDO Son dos fuerzas en equilibrio que varían con el clima (que afecta el flujo del río), de la hora de la marea, del tipo de marea que haya etc. A su vez, la topografía del área influye sobre ese intercambio de aguas. PREGUNTAS DE DISCUSIÓN: ¿Cuáles características serán afectas durante los cambios maréales?, ¿Cómo serán afectadas?, Cuáles serán afectadas por las épocas climáticas? Cómo serán afectadas? Cuáles serán afectadas por la topografía? Cómo serán afectadas

SISTEMAS ESTUARINOS Las definiciones anteriormente citadas, y en particular la más aceptada, pueden ser aplicadas fácilmente a situaciones ideales en las cuales uno las puede observar directamente o a través de exámenes químicos y físicos de muestras de agua. Sin embrago, en la realidad muchos

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ecosistemas costeros exhiben las características estuarinas mezcladas en conjunto con otras características. A este conjunto de condiciones se ha llamado sistemas estuarinos (Davies et al. 1973). De acuerdo con este autor, existe un continum de tipos de sistemas estuarinos (Day et al. 1989). En un lado de este amplio espectro (fig. 1.1) se encuentran las lagunas costeras. Estas son producidas por procesos de dominancia marina (acción de las olas) se encuentran detrás de una barrera y poseen principalmente sedimentos arenosos. En el extremo opuesto se encuentran los deltas, los cuales son formados por procesos de dominancia fluvial. Estos sobresalen por una cuenca receptora y están compuestos por sedimentos muy finos (lodos) provenientes del drenaje terrestre. Entre estos dos extremos se encuentran las lagunas estuarinas, los verdaderos estuarios y los deltas estuarinos, los cuales representan una mezcla y un gradiente entre los dos ambientes costeros extremos. Se trata de procesos dinámicos y es posible que una disminución de la energía de las olas, en conjunto con un aumento en el caudal del río y de los sedimentos de origen fluvial, pudiera cambiar un sistema lagunar a un ecosistema deltáico. Correa y Restrepo (2000) plantean que la principal diferencia entre estuarios y deltas está dada por el sitio donde se produce la mezcla de aguas, siendo en el delta, el área marina adyacente al río, y en el estuario, la parte final y más ancha del río. Teniendo en cuenta la existencia de esta variedad de ambientes dentro de los cuales se pueden presentar fenómenos de tipo estuarino, Kjerve (1989) propusó una definición funcional de los sistemas estuarinos: Un sistema estuarino es una indentación costera que tiene una conexión restringida con el océano y que permanece abierta al menos intermitentemente. Un sistema estuarino puede estar dividido en tres regiones (fig. 1.2). a. Una zona fluvial mareal caracterizada por la falta de salinidad oceánica pero sujeta al

aumento y disminución del nivel del mar por acción de la marea. b. Una zona de mezcla (el estuario propiamente dicho) caracterizada por la mezcla de masas

de agua y la existencia de fuertes gradientes en los factores físicos químicos y biológicos. Se extiende desde la zona fluvial mareal en dirección hacia el mar hasta las barras de la desembocadura o delta de un río, visibles durante la marea baja.

c. Una zona costera del mar abierto que presenta alta turbidez como consecuencia de la

desembocadura del río desde la zona de mezcla de aguas dulce con salada hasta el borde marino de la pluma turbia.

Esta definición difiere considerablemente de otras propuestas porque reconoce un componente marino costero, como parte de la definición, el cual debe ser considerado en el tratamiento integral de la dinámica física, química y ecológica de un sistema estuarino. La existencia de varias corrientes de agua dulce desembocando a un mismo cuerpo de agua marina o al menos más salado puede generar estuarios complejos (fig. 1.3).

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Figura 1.1. Tipos de sistemas estuarinos

Figura 1.2. Definición funcional de estuario

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Figura 1.3. Tipos de estuarios según su complejidad

TIPOS DE ESTUARIOS

Dada la naturaleza y el conjunto de factores que actúan sobre las características estuarinas, existen diferentes posibilidades de clasificación (Elliott y McLusky 2002). Las principales son: 1. CLASIFICACIÓN SEGÚN EL BALANCE HÍDRICO: a. Estuarios positivos “verdaderos”: Son aquellos en los cuales la cantidad de agua dulce que llega es mayor que la pérdida por evaporación. En esta forma el balance hídrico se ve favorecido por el agua dulce, la salinidad tiende a ser baja a pesar de la importancia de la fuerza marina, El factor climático altera la salinidad del sistema (lluvias>evapotranspiración) por lo que se crea un gradiente de salinidad de la parte interior (cabeza) a la boca del estuario (0 en la cabeza y 30 en la boca) El agua dulce tiende a salir del sistema y el agua marina a entrar y aún en marea baja se mantiene en alguna medida un gradiente. b. Estuarios negativos “falsos”: En estos estuarios el agua dulce proveniente del drenaje terrestre es menor que la que se pierde por evaporación. Generalmente la evaporación es alta y la cantidad de lluvias es baja (lluvias<evapotranspiración). El gradiente formado es al contrario. En algunos momentos puede ser positivo, por ejemplo en épocas de invierno. Se presenta de manera frecuente en las zonas tropicales y subtropicales de Australia. c. Estuarios Neutros:

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Todo el estuario tiene las mismas condiciones de evapotranspiración y de las lluvias (lluvia=evapotranspiracion). Solo quedan las fuerzas del mar y del río. Aquí desaparecen las bombas climáticas que cambian las condiciones de las aguas. La salinidad tiende a ser similar en toda la extensión del estuario. 2. CLASIFICACION POR GEOMORFOLOGIA

a. Planos costeros (Antiguos valles fluviales inundados): Han sido formados por aumento del nivel del mar que ha inundado antiguos cursos de los ríos, hasta cierto puntos donde la presencia de diferencias en la topografía ha impedido la inundación quedando como un sistema semiencerrado orientado (fig. 1.4a) en forma normal a la costa (por esto también se forman pequeños islotes). Las glaciaciones disminuyen el nivel marino. b. Estuario de barra: Es una forma especial del tipo anterior. Una barra es una zona de deposición de sedimentos (dependiendo de la densidad de las partículas, la viscosidad del medio, la densidad del mismo y de las corrientes) que se puede convertir en barrera para la circulación del agua marina. Las barras pueden ser de tipo arenoso o fangoso dependiendo de partículas que traiga el río. Estas barras restringen su conexión directa con el mar) creando las condiciones para la mezcla entre el agua marina y el agua dulce (fig. 1.4a). c. Fiordos: Brazo de mar costero, cuyo proceso de formación se debe a la acción erosiva de los glaciales sobre la zona costera o en la plataforma continental. El agua al congelarse crea unas fracturas, formando un valle sumergido que presenta forma de "U". Se caracteriza por su gran profundidad (superior a 50 m, pero alcanzando en algunos casos hasta 1200 m Fiordo Delo) con una constricción más superficial llamada "Sill" que es generalmente un lecho rocoso expuesto. Se presentan en zonas templadas y zonas tropicales y subtropicales influenciadas por glaciaciones, la deposición de sedimentos se da sobre el fondo, pudiéndose presentar en verano condiciones anóxicas y producción de H2S (fig. 1.4b). Cuales son las diferencias de nuestros esteros con los fiordos? Son: a. Procesos de formación, b. Sustrato, c. Profundidad, d. Zonas de erosión. d. Estuarios tectónicos: En este grupo se clasifican los estuarios que existen por procesos tectónicos como emersión, subducción y erosión. En estos estuarios los procesos geológicos (control tectónico) como un levantamiento (anticlinal) de la tierra a nivel costero que limita la conexión con el mar o un hundimiento (sinclinal) en la zona terrestre costera dan origen al cuerpo estuarino. En estos estuarios, la erosión costera es muy importante puesto que modifica la morfología del estuario. En esta categoría se encuentran algunas bahías grandes y abiertas (fig. 1.4c) sujetas a la acción de las mareas, de los ríos y de los vientos. e. Laguna costera:

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Son zonas de represamiento costero, generadas por un proceso sinclinal, o por un levantamiento del nivel del mar, quedando separada del océano por una barra arenosa y orientada paralelamente a la costa. Están conectadas, al menos intermitentemente con el océano por uno o más "pasajes" o "estrechos". La profundidad que presentan es muy pequeña y los vientos son importantes (fig. 1.4d. Dada la predominancia marina no tienen mucho drenaje terrestre y al contrario presentan alta evapotranspiración y en consecuencia hipersalinizacion. Lo único que causa movimiento son las olas que logran entrar del mar abierto y las olas formadas por viento. Existen tres tipos grandes de estas lagunas (fig. 1.4e): a. Lagunas obstruidas ("Choked") en las cuales existen olas altamente energéticas en la costa, pequeña amplitud mareal y abundancia en aportes de arenas; b. Lagunas restringidas ("Restricted") en las cuales la energía de las olas es intermedia, las mareas también y existe un limitado aporte de arenas, y finalmente c. Las lagunas abiertas ("Leaky") en la cuales el rango mareal es amplio, no hay aportes de arena, al contrario hay erosión de ella y existe baja energía en las olas costeras. f. Ríos mareales En estos se presenta agua predominantemente dulce, con un límite de la intrusión del agua salada y un límite mas interno de efecto en el nivel del agua como consecuencia de la marea, el cual puede alcanzar varios kilómetros río arriba (fig. 1.4f). Presenta corrientes de marea reversas en las regiones bajas del estuario. Poseen un hidroperiodo de inundación muy importante ecológicamente. Una condición similar se presenta en los estrechos naturales que unen dos cuerpos de agua ("esteros") y en los canales hechos por el hombre para navegación (fig. 1.4g) g. Otras condiciones Las lagunas costeras pueden ser hiperhalinas (fig. 1.4h) como en México, Brasil y norte de Africa como consecuencia del clima árido de la región (estuarios negativos). También se encuentran los planos salados (salitrales) como consecuencia del clima árido, fuertes olas y amplios cinturones arenosos costeros, como por ejemplo algunas regiones de Australia y Ecuador (fig. 1.4i). Finalmente en zonas de fuertes precipitaciones se presentan pantanos de agua dulce (algunas zonas de Brasil y Colombia) (fig. 1.4j).

EL ORIGEN DE LOS ESTUARIOS La fisiografía de las costas se debe principalmente a los procesos de emergencia y de sumergimiento de la tierra a causa de: 1. los movimientos tectónicos y 2. Los cambios en el nivel promedio del mar durante los períodos glaciares e interglaciares. Las masas continentales pueden elevarse o hundirse al chocar dos placas tectónicas debido al movimiento de la corteza terrestre. Durante los períodos glaciares, la temperatura promedio de la tierra disminuye considerablemente y el nivel promedio del mar desciende en varios metros. Durante los periodos interglaciares sucede el proceso contrario y el nivel del mar aumenta. Todos los continentes del mundo experimentan variaciones en su línea costera dependiendo del nivel del mar. Un ejemplo muy claro de este fenómeno ocurre en Florida en que los cambios del nivel del mar han producido variaciones en la línea costera y muy probablemente los seguirán produciendo (Fig. 1.5).

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b.

c.

d.

Figura 1.4 Diferentes tipos de estuarios: a. Estuario del tipo antiguo valle fluvial inundado, con barra arenosa (ba), b. tipo Fiordo, c. Tectónico, d. laguna costera

a

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e.

Figura 1.4. (Continuación): Diferentes tipos de estuarios e. Lagunas costeras: (A. Laguna obstruida o Choked, B. Restringida, C. Abierta o Leaky, f. Río mareal que desemboca a un cuerpo de agua marino con fuertes mareas, g. Estrechos y canales que unen dos cuerpos de agua h. Laguna hipersalina, 1.5 i. Plano de sal (Salitral), j. Pantanos de agua dulce

j

i h

g

f

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Los estuarios pueden ser formados tanto por procesos de emersión como de sumersión de las zonas costeras (Reid 1961), pero el origen de los estuarios es controlado principalmente a través de eventos climáticos que determinan los cambios eustáticos en el nivel mar (por ejemplo: cambios mundiales en el nivel del mar que resultan de cambios en el volumen de agua o en la capacidad de las cuencas de los océanos), principalmente las glaciaciones y épocas interglaciares (Schubel y Hirschberg 1978). De los seis tipos de estuarios reconocidos en la sección anterior, se puede apreciar que los primeros, es decir, los formados por la inundación de valles fluviales y los ríos maréales y canales son originados en las épocas en que se presenta el aumento del nivel del mar, es decir, durante las épocas interglaciares. Al contrario los estuarios de fiordos, formados por la erosión glacial son típicos de épocas glaciares siendo inundados por agua cuando vuelve a subir el nivel del mar. Las lagunas costeras y los estuarios de barras son tipos de estuarios en los que existe una fuerte acción de procesos que implican escalas temporales mucho más cortas. La distribución de los estuarios esta determinada por la interacción entre los eventos climáticos y los procesos geológicos regionales y locales. Los estuarios son relativamente grandes y abundantes después de periodos de elevación en el nivel del mar particularmente donde las márgenes continentales son amplias y planas, por ejemplo a lo largo de la costa Atlántica de América. En contraste, los estuarios son pequeños y menos abundantes durante periodos de disminución del nivel del mar y donde los márgenes continentales son estrechos y las costas tienen alto relieve, tales como la costa del Pacifico Americano. La excepción es la costa Pacífica de Colombia donde la presencia de la llanura aluvial permite la existencia de un buen número de estuarios a diferencia de la mayor parte de esta costa. Una vez formados, los estuarios son rápidamente destruidos. En la escala de tiempo geológico, estos son ambientes efímeros y los lapsos de vida se miden en miles a tal vez en unas pocas decenas de miles de años. Por un lado, los estuarios se llenan rápidamente con sedimentos y por otro las fluctuaciones en el nivel del mar son recurrentes de manera que un estuario formado por una elevación en el nivel del mar puede dejar de existir cuando el nivel del mar vuelva a disminuir. Antes del Cuaternario, la duración de los estuarios podría haber sido considerablemente más larga si el nivel del mar había sido relativamente constante o si los periodos de un elevado nivel del mar fueron mas largos. Hasta los años 70 se consideraba que el nivel eustático del mar si bien había sido muy variable a lo largo de las eras geológicas (fig. 1.6), había sido relativamente constante desde hace unos dos millones hasta hace unos 200 millones de años. En los años siguientes se presentaron grandes variaciones. Sin embargo, algunos datos (Vail et al. 1977, Hallam 1981) indican que las fluctuaciones en el nivel del mar pueden haber podido ser del mismo orden que durante el Cuaternario, pero la frecuencia de niveles altos fue menor y la de niveles bajos mayor. Estas condiciones no incrementarían la abundancia ni la persistencia de los estuarios. En los últimos 140000 años el nivel del mar permaneció siempre

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Figura 1.5. Variación en la línea de la costa oriental de los Estados Unidos como consecuencia de las variaciones en el nivel del mar

Figura 1.6. Altura del nivel del mar en las épocas geológicas, con respecto al nivel del mar actual.

Figura 1.7. Nivel promedio del mar en los últimos 140.000 años, con respecto al nivel del mar actual

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por debajo el actual, con lo cual los estuarios de ese periodo debieron ocurrir en la plataforma continental y actualmente están sumergidos (fig. 1.7). Todos los estuarios existentes hoy son muy jóvenes geológicamente. Estos fueron formados durante la más reciente elevación en el nivel del mar, la cual comenzó hace unos 15.000 años (Hamblin 1978; Schubel y Hirschberg 1978) y más seguramente ninguno de los estuarios actuales tiene mas de 6.000 años de vida. En ese tiempo, el nivel del mar estaba aproximadamente entre 95 y 125 m por debajo del presente nivel y la línea costera se encontraba cerca del borde de la plataforma continental. En ese entonces los estuarios eran poco comunes y pequeños, estando confinados a las cabeceras de los valles tallados en la plataforma exterior y en la parte alta de la pendiente continental. A medida que los glaciares se retiraron, el nivel del mar aumentó y avanzó a través de la plataforma continental. Desde hace cerca de 15.000 a 6.000 años (fig. 1.8), el aumento en el nivel del mar fue relativamente rápido, (más de 1 m/siglo). Esta tasa de transgresión permitió la formación de estuarios extensivos en la plataforma, especialmente estuarios de barra como en la plataforma de Louisiana y Texas en el Golfo de México. Los estuarios alcanzaron su máximo estado de desarrollo, tanto en número como en tamaño y en complejidad hace aproximadamente de 3.000 a 5.000 años cuando el aumento el nivel del mar había casi alcanzado su posición actual (Schubel y Hirschberg 1978). De todos los factores que intervienen sobre las características de los estuarios el nivel promedio del mar, es el más importante que controla los procesos a gran escala en los sistemas costeros. Sin embargo existen otras razones para que existan cambios en el nivel del mar, pero en escalas más cortas de tiempo, por lo que no permiten la formación de estuarios (fig. 1.9). Se considera que entre hace 16.000 y hace 6.000 el cambio en el nivel del mar ha sido + 1,4 m/100 años, el actual es + 0,15 m/100 años y el más probable aumento en el futuro es + 0.60 m/100 años. Actualmente las tasa extremas de subida de nivel del mar son en Bangkok, Tailandia + 4,5/ 100 años y en Escandinavia como (resto de la anterior glaciación) - 1.5 m/100 años. Si toda la nieve y el hielo actual se derritiera y la temperatura permanece constante, el nivel del mar subiría 70 m, lo cual implicaría la desaparición total de los estuarios que existen actualmente y la formación de nuevos. El Río de la Plata entre Argentina y Uruguay ofrece un excelente ejemplo de la influencia del nivel del Mar en la formación de estuarios. Hace más de 14.000 años el lecho del actual Río de la Plata era un valle fluvial con múltiples cursos de agua que desembocaban en forma de deltas en la parte externa de la plataforma continental (talud). Con el primer aumento en el nivel del mar entre hace 11.000 y hace 6.000 años se formaron islas barrera y el agua marina empezó a entrar hacia el continente. Hace 6.000 años el estuario fue completamente formado quedando cubierto por agua marina, la cual fue retirada por las aguas dulces de los ríos Paraná y Uruguay en los últimos 4.000 años dejando una planicie costera del lado sur y este del Río, el cual forma un estuario somero de hasta 10 metros de profundidad (fig. 1.10).

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Figura 1.8. Posición del nivel del mar en los últimos 40.000 años

Figura 1.9. Escalas de tiempo de las variaciones en el nivel del mar

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0

m

Segundos 30Tiempo

Olas generadaspor el viento

Tiempo

Tiempo

Tiempo

Tiempo2100

60

-25000

2000 1900

Horas

Días

Julio

1 0

m

60

Mareas astronómicas

1

0

m

RespuestasMeteorológicas de baja frecuencia

1

0

cm

DiciembreEnero

Oscilación estacional (H norte)

1

0

cm

1

0

m Nivel Eustático debido a procesos glaciares e interglaciares

Variabilidad local en el nivel medio del mar

Años PresenteTiempo

A menudo es difícil separar el nivel del mar y los componentes tectónicos de los cambios locales del nivel relativo del mar

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Figura 1.10. Evolución Paleogeográfica del Río de la Plata

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PATRONES DE CIRCULACION

Los tres factores más importantes que operan para generar corrientes en los estuarios son las mareas, el flujo de las corrientes de agua dulce y el viento. Las interacciones entre estas fuerzas, particularmente entre los procesos más o menos antagónicos de las mareas oscilatorias (tanto su rango vertical como su flujo longitudinal) y el flujo unidireccional de las corrientes de agua dulce (tanto su velocidad como su volumen), hacen que en un estuario exista un complejo sistema de corrientes. Adicionalmente, la morfología de la cuenca del estuario y el canal del río modifican la dinámica de las mareas y del río. Además, estas fuerzas no son regulares y constantes. El flujo del río varía estacionalmente con las lluvias, mientras que la altura y el movimiento mareal dependen del efecto gravitacional de la luna y de los efectos del viento. Los vientos pueden aumentar o disminuir el movimiento de las aguas marinas o fluviales, dependiendo de la dirección e intensidad del movimiento de las masas de aire (Reid 1961). La morfología y batimetría del sistema estuarino, la fricción con el fondo, y la rotación de la tierra (Efecto Coriolis) modifican las corrientes en estuarios, su efecto será mayor entre más fuerte sea la corriente. Algunas alteraciones hechas por el hombre como dragado, canalización, construcción de muelles y división de canales también pueden alterar los patrones de circulación en cuerpos de agua costeros como los estuarios (Kjerve 1990). TIPOS DE CIRCULACION Existen tres tipos primarios de circulación en los estuarios, aunque alguno de ellos puede dominar en un determinado estuario, los tres tipos se presentan simultáneamente: Estos tipos son: La circulación gravitacional o clásica, la circulación mareal residual y la circulación dirigida por el viento. 1. Circulación gravitacional o clásica: Se debe a las diferencias de densidad producidas por el encuentro entre las aguas dulces del drenaje terrestre y las aguas marinas de salinidad alta. Las aguas dulces, como son menos densas tienden a quedarse encima en la capa superficial de la masa de agua, mientras que las aguas mas saladas, más densas, quedan en la parte mas profunda, aunque la acción de la marea y el viento tienden a mezclar dichas aguas. La mezcla turbulenta de estas aguas ocasiona intercambios verticales entre las diferentes capas de agua con diferentes salinidades produciendo un gradiente longitudinal y otro vertical de salinidad. Estos gradientes de salinidad corresponden a gradientes de presión en el tiempo los cuales dirigen la circulación gravitacional (Figura 1.11 a-e) El flujo neto es entonces dirigido hacia fuera en las superficie del estuario y hacia adentro en el fondo del estuario. En las profundidades intermedias el potencial gravitacional es constante y las presiones ocurren de forma horizontal y el flujo neto se disipa (desvanece). Este nivel de movimiento cero sube ligeramente por un canal estuarino como resultado de la rotación de la tierra o por curvaturas en el canal. La cantidad de agua

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Figura 1.11. Circulación gravitacional en un estuario: a. Acción de las fuerzas del río y de la marea y el gradiente de salinidad formado, b. Perfil de velocidad de corrientes, c. Perfil de salinidad. d. Corte longitudinal, e. Corte transversal (Sección)

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transportada por la circulación gravitacional es mayor que el aporte de los ríos. Si el río aporta R (m3 s-1), en la boca del estuario el movimiento es de 25 veces R (Schubel y Pritchard 1972) lo cual implica que al río entran por la capa inferior 24 R. El tiempo de flujo es más corto en los sistemas que tienen circulación gravitacional bien desarrollada. La distribución resultante de la salinidad en el estuario es la responsable de los gradientes de densidad. En algunos estuarios con aportes restringidos de agua dulce, la temperatura puede generar gradientes de densidad debidos a sobresalinización de las capas superiores generando una circulación gravitacional inversa y puede tener implicaciones para el desarrollo de manglares. En regiones semiáridas como el Caribe colombiano la salinidad exterior es cercana a 35 y la interior puede alcanzar 90 en las épocas secas, lo cual podría genera corrientes más salinas hacia el interior, pero la realidad es que la mezcla vertical debido al viento impide la formación de los flujos en cualquier dirección. 2. Circulación mareal residual Estas corrientes también son producidas por las corrientes de mareas. Se debe a relaciones no lineales entre las corrientes maréales y la batimetría como resultado de la fricción con el fondo, disminución de la profundidad y cambio en la anchura. La manifestación de estas corrientes es diferencias entre las intensidades de las corrientes máximas de flujo y reflujo mareal. Los efectos no lineales se presentan debido a la variabilidad de la anchura de los canales, diferencias en la profundidad, existencia de planos lodosos y curvaturas de los canales, creando gradientes de velocidad (fig. 1.12). Las corrientes promedias son dirigidas en el reflujo en una dirección y en la otra durante el flujo, en un corte de sección del estuario, particularmente donde existen diferencias importantes en profundidad. Esta corriente también se conoce como circulación lateral y está más relacionada con la curvatura de los canales que con el efecto Coriolis. Esta circulación es más pronunciada en estuarios con aguas poco profundas y rango mareal amplio (superior a 1 m). 3. Circulación dirigida por el viento Este tipo de circulación es importante en lagunas costeras o en grandes estuarios con rangos mareales pequeños. Grandes extensiones de agua, poca profundidad, pequeño rango mareal y bajo aporte de agua dulce son condiciones que favorecen la existencia y dominancia de circulación dirigida por el viento. Generalmente son corrientes que actúan simultáneamente con circulación gravitacional, incrementando o disminuyendo su acción. Este tipo de circulación es el menos conocido pero también es muy importante. En general la meteorología es muy importante en variar el sistema de circulación estuarina y en varios estuarios, en varios lugares del mundo se ha documentado las variaciones en el flujo de agua estuarina durante tormentas o vientos de gran intensidad (fig. 1.13). La circulación estuarina experimenta modos diferentes dependiendo de la interacción entre las fuerzas que determinan las corrientes estuarinas. Elliot (1976) encontró en el río Potomac seis modos de circulación (figura 1.14). 1. Circulación gravitacional con flujo hacia fuera del estuario en la superficie y hacia adentro en el fondo; 2. Circulación reversa con flujo hacia adentro en al superficie y hacia fuera por el fondo; 3. Circulación en tres capas con flujo hacia adentro en la superficie y cerca al fondo y hacia afuera en profundidades intermedias, 4. Circulación reversa en tres capas con flujo hacia fuera en la superficie y el fondo y hacia

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Figura 1.12. Circulación estuarina mareal residual: a. Vista del mar hacia el estuario del corte transversal (sección), b. Vista longitudinal del mar hacia el estuario, c. Circulación cuando las mareas son simétricas, d. Circulación con dominancia del reflujo, e. Circulación con dominancia del flujo

Figura 1.13. Circulación dirigida por el viento en un estuario: a. Perfiles netos de circulación., b. Dirección de la circulación del agua

Figura 1.14. Modos temporales de circulación del agua en estuario.

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adentro en capas intermedias; 5. Circulación de descarga con flujo hacia fuera del estuario en todas las profundidades y 6. Circulación de almacenamiento con flujo hacia el estuario en todas las profundidades. Aunque la mayor parte del tiempo ocurre circulación clásica (43% en ese estudio) el resto del tiempo se reparte entre los otros modos de circulación (21%, 1%, 7%, 6% y 22%, respectivamente). La circulación estuarina no se encuentra nunca en equilibrio estático, sino que presenta continuas y complejas variaciones espaciales y temporales que modifican los modos de circulación, estos incluyen variación en la acción del viento, variaciones en la descarga de aguas dulces, variaciones en la altura y el rango mareal como consecuencia de las pujas y las quiebras, y variaciones debidas a las condiciones del mar que rodea al estuario. Geomorfología de los estuarios y patrones de circulación Una entrada a un estuario estrecha o muy poco profunda puede restringir severamente la altura del rango mareal detrás de la entrada; una entrada poco profunda puede significar que la marea baja es mucho mas alta en el estuario que en el mar, mientras que una entrada estrecha pueda limitar la altura de la marea alta y hacer que el tiempo de la marea alta se retrase considerablemente con respecto a costas marinas adyacentes. Dos ejemplos de modificaciones a la circulación determinadas por la geomorfología del estuario pueden verse en estuarios de valle fluvial inundado (fig. 1.15) y de fiordo (fig 1.16).

En un estuario en forma de embudo, el rango mareal puede ser amplificado por la forma del estuario para producir mareas de mayor amplitud dentro del estuario que fuera de él. En algunos lugares este efecto de embudo causa una ola mareal causada por la retención de la marea inundante durante un tiempo, hasta que el agua finalmente se precipita río arriba en forma de una ola como ocurre en el estuario del Río Severn en Gloucester, Inglaterra, el cual tiene un rango mareal de cerca de 15 m. En el Río Quiantang de China ocurre una ola mareal de 3 m que algunas veces alcanza hasta 7.5 m. El Río Amazonas probablemente posee la extensión estuarina mas grande que es afectada por las mareas. En este, las mareas se pueden medir hasta 800 km arriba de la boca del río, aunque los efectos son pequeños a esta distancia. Las olas maréales que se desplazan río arriba pierden su energía debido a la decreciente profundidad y al flujo del río contra la marea. La ola mareal que se produce en el Amazonas es localmente conocida como "Pororoca" y tiene una altura de 5 m y se mueve a una velocidad de hasta 22 km/h. Otros ríos que presentan este fenómeno son el Petitcodiac en New Brunswick, Canadá y el Sena, en Francia. La estructura física de la circulación de los estuarios consiste principalmente de una corriente que va desde una parte más alta, la boca de un río, hacia abajo en el mar abierto. Esta estructura básica varia en respuesta a la interacción neta del flujo de agua dulce, la fricción y el efecto mezclador de las mareas (Levinton 1982).

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Figura 1.15. Patrones de circulación en un estuario de valle fluvial inundado: a. Circulación, b. perfil de velocidad neta de corrientes, c. perfil de salinidad neta

Figura 1.16. Patrones de circulación en un estuario de fiordio: a. Circulación, b. perfil de velocidad neta de corrientes, c. perfil de salinidad neta

Figura 1.17. Estratificación estuarina: a. Estuario de cuña de agua, salada; b. estuario de flujo en dos capas y mezcla vertical, c. Estuario homogéneo en la vertical.

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Estratificación en Estuarios La estratificación en estuarios es ampliamente debida a las variaciones de salinidad. Desde el punto de vista de la estratificación de las aguas se puede decir que existen tres posibilidades (fig. 1.17): 1. En un estuario altamente estratificado el agua dulce fluye corriente abajo sobre una capa más profunda de agua marina de mayor salinidad. En ausencia de fricción el agua marina se extiende río arriba hasta el nivel promedio del mar. Las fuerzas de fricción entre la capa de agua dulce y la capa de agua marina, sin embargo, tienden a transferir la más densa agua marina hacia la capa de agua dulce que se encuentra encima. Esta transferencia aumenta el transporte hacia mar afuera del agua superficial y crea un lento flujo compensatorio hacia la parte alta del estuario en la capa de agua marina que se encuentra por debajo (Pritchard, 1967). Los estuarios altamente estratificados sólo existen donde el flujo del río domina fuertemente sobre el movimiento mareal, como en río Mississippi. Esto estuarios también son conocidos como estuarios de cuña de agua salada. Con un movimiento mareal moderado, se da una mezcla de aguas en todas las profundidades y ocurre un intercambio vertical tanto hacia abajo como hacia arriba. Esta circulación genera un estuario moderadamente estratificado. La mezcla vertical en ambas direcciones hace que salinidad tanto de la capa superior como de la inferior aumente hacia el mar abierto. En un punto cualquiera dentro del estuario, sin embargo, la salinidad de la capa profunda es mayor que en la capa superficial. El intercambio vertical tiende a llevar un mayor volumen de agua a la superficie que en un estuario altamente estratificado. De esta manera, el flujo de agua superficial hacia mar afuera aumenta con un concomitante aumento en el flujo compensatorio hacia la parte alta del estuario en la capa más profunda. La Bahía de Chesapeake y el estuario del Río Savannah son buenos ejemplos de estuarios estratificados por mareas. Una vigorosa mezcla mareal tiende a homogeneizar el gradiente de salinidad vertical y resulta en un estuario verticalmente homogéneo. Debido a un fuerte control mareal, la salinidad en cualquier punto del estuario cambia radicalmente, dependiendo del estado de la marea. Durante marea baja, la salinidad es dominada por el flujo del río corriente abajo, mientras que durante marea alta el influjo de agua marina determina la salinidad. Solo estuarios de extensión muy pequeña permiten tal dominio por el movimiento mareal. El estuario del Río Pocasset en Massachusetts muestra tales fluctuaciones de salinidad relacionadas con las mareas. La transición entre una situación estuarina de cuña de agua salada a un estuario bien mezclado se puede describir con el llamado Número de Richardson, el cual relaciona la energía de flotación (buoyancy) del río con la energía cinética aportada por las mareas mediante la ecuación: Ri = (Δe/e) g R/WU3

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Donde g= gravedad, R= descarga del río, W= anchura, e= densidad, U= velocidad La transición ocurre cuando Ri se encuentra en el rango entre 0,08<Ri< 0,8. En los estuarios parcialmente mezclados existe un ciclo de estratificación/desestratificación como consecuencia del ciclo mareal: pujas - quiebras (mareas vivas y mareas muertas). Los patrones de circulación estuarina están estrechamente relacionados con una clasificación de los estuarios en tres clases (positivos, negativos, y neutros) de acuerdo al balance entre el influjo de agua dulce proveniente del río y la evaporación en la superficie del estuario, lo cual causa ciertos patrones de circulación estuarina característicos de cada tipo. Un estuario positivo es básicamente equivalente a un estuario moderadamente estratificado, en el cual el agua dulce que sale hacia el estuario fluye por encima del agua salada que entra al estuario, se mezcla un poco con el agua de mar y sale del estuario por la parte más superficial. En este tipo de estuario, el influjo de agua dulce del río es mucho mayor que la evaporación. Estos estuarios son típicos de las zonas templadas. En algunos casos, bajo condiciones tropicales ocurre una extensa evaporación en la superficie del estuario debida al calentamiento del agua superficial de modo que la evaporación es mayor que el influjo de agua dulce. Esto aumenta la salinidad en la superficie del estuario haciendo que aumente la densidad del agua y que por lo tanto se hunda, a pesar de mezclarse con agua dulce. En este tipo de estuario, conocido como estuario negativo, el agua tiende a entrar del mar por la zona más superficial y a salir del estuario por la parte más profunda, produciendo la situación inversa al estuario positivo Raramente el influjo de agua dulce hacia el estuario es igual a la evaporación de agua en la superficie. Bajo estas condiciones se crea un estuario neutro, con un patrón estático de salinidad, el cual es un intermedio entre las condiciones de un estuario positivo y uno negativo Clasificación de los estuarios por la circulación y la estratificación Existe una clasificación dinámica de los estuarios basada en parámetros no dimensionales propuesta por Hansen y Rattray (1966) la cual es muy útil para entender el comportamiento de ellos en cuanto a la mezcla de aguas. Estos parámetros son (Kjerve 1990) (fig 1.18): Circulación = Flujo neto de la superficie/flujo del agua dulce = Us/Uf Flujo neto de la superficie = valor representativo de flujo por corte de sección transversal Flujo del agua dulce = descarga de agua dulce dividido por el área de la sección transversal Estratificación = Diferencia neta de salinidad entre fondo y superficie = ΔS/S0 Salinidad neta del corte de sección transversal La relación entre esos parámetros permite clasificar los estuarios en cuatro clases (fig. 1.19):

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Figura 1.18. Parámetros de circulación estuarina

Figura 1.19. Clasificación de algunos estuarios de acuerdo con la relación entre la circulación estuarina y su estratificación.

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a. Clase 1. Lagunas costeras o estuarios con barras que se pueden dividir en dos subgrupos (Kjerve 1990): 1a: Estuarios bien mezclados verticalmente con sistemas de barras como North Inlet (NI) y Mississippi Sound (MS), 1b: Estuarios con estratificación vertical como el estuario Vellar (VE) en la India. Estos estuarios no presentan circulación gravitacional y el transporte de sales hacia el río ocurre debido a procesos de difusión turbulenta solamente, los cuales incluyen flujo mareal residual y corrientes dirigidas por el viento.

b. Clase 2. Estuarios parcialmente mezclados con circulación gravitacional moderadamente

bien desarrollada y transporte longitudinal tanto por advección como por difusión turbulenta. Incluye planos costeros con estuarios bien mezclados (2a) como los estrechos de Mersey en Inglaterra y débilmente estratificados (2b) como el río James, Virginia, USA

c. Clase 3. Estuarios caracterizados por circulación gravitacional muy fuerte con media a

fuerte estratificación, como muchos fiordos como Silver Bay, Alaska (SB), Himmerfjord en Suecia (HF) y estrechos o canales como el Estrecho de Juan de Fuca, Washington, USA (JF).

d. Clase 4. Estuarios fuertemente estratificados sin circulación gravitacional, la mezcla

vertical se produce por olas internas, como ejemplo está la desembocadura del río Mississippi (MR)

Circulación en estuarios del Pacífico colombiano El flujo mareal hacia dentro y fuera de un estuario del Pacífico colombiano es básicamente semi-diurno, debido a la doble alternancia diaria de las mareas altas y bajas (2 mareas altas y 2 bajas cada 24 h), con variaciones en la altura mareal (Tabla 1.1) y penetración de la marea dentro del estuario de acuerdo al ciclo de mareas de "puja" y "quiebra" cada mes lunar (29.53 d) (McLusky 1971) con un rango máximo (Marea astronómica más alta [HAT] - Marea astronómica más baja [LAT]) de 5,3 m de altura en Buenaventura. Tabla 1.1 Valores promedios para las alturas del nivel del mar con respecto a las mareas en las bahías de Buenaventura y Málaga MAREA BUENAVENTURA MALAGA Marea astronómica mas alta (HAT) +4,7 +4,2 Promedio alto de marea de puja (MHWS) +4,0 +3,6 Promedio alto de marea de quiebra (MHWN) +3,1 +2,9 Nivel promedio del agua (MLW) +1,98 +1,9 Promedio bajo de marea de quiebra (MLWN) +0.9 +0,9 Promedio bajo de marea de puja (MLWS) 0.0 +0,1 Marea astronómica más baja (LAT) -0,6 -0,5 HAT - LAT 5,3 4,7 Las mareas de la costa Pacifica colombiana son semi-diurnas y muy regulares, con un periodo de aproximadamente 12 h 25 min. Las mareas tienen una influencia dominante en las

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corrientes de la Bahía de Buenaventura (Gidhagen 1981) y se estima que la marea en el interior de la Bahía tiene un retraso de entre 10-20 minutos con respecto a la boca. La velocidad de la corriente es mayor en las partes estrechas y más profundas de la bahía, y en su boca la corriente alcanza 1.5 m s-1. El volumen de agua que entra y sale de la bahía durante medio ciclo mareal se ha estimado en 6 y 108 m3, el cual produce un cambio de 4 m en el nivel del mar. Esto resulta en un flujo promedio de aproximadamente 28,000 m3 s-1. El caudal promedio de los ríos que desembocan en la bahía de Buenaventura se ha estimado así: Río Dagua, 127 m3 s-1, Río Anchicayá: 130 m3 s-1 y otros ríos: 170 m3 s-1, para un total de 427 m3 s-1 La gran diferencia que existe entre el flujo producido por las mareas (28.000 m3 s-1) y el caudal de los ríos (427 m3 s-1) sugieren que las mareas deben ser mucho más importantes que el influjo de agua dulce en la determinación de los patrones de circulación en la Bahía de Buenaventura (Gidhagen 1981). La circulación resultante es entonces una suma de la circulación estuarina y la circulación debida a la marea (fig. 1.20). De esta manera la dirección y velocidad de las corrientes varia con la hora e intensidad de la marea. Con la marea bajando toda la columna de agua se mueve hacia a fuera del estuario, cuando empieza a subir la parte superior se dirige al exterior y la inferior hacia adentro y cuando ya se encuentra avanzada la marea subiendo toda la columna va hacia el interior del estuario (fig. 1.21). En la bahía de Málaga, la forma de tajamar determina una corriente de entrada muy fuerte que se divide en dos canales de diferente profundidad después de pasar la parte media de la bahía, la corriente más fuere se dirige por el canal más profundo de la parte norte de la bahía. Similarmente durante la bajamar el agua fluye más rápidamente por los dos canales (fig. 1.22). Taller: La circulación estuarina en el Río de la Plata FACTORES FISICO-QUÍMICOS ESTUARINOS SALINIDAD La salinidad es una de las propiedades más importantes de los estuarios, pues la misma definición de estuario se basa en el patrón de distribución de salinidad a lo largo del estuario. Es claro que la salinidad en un punto dado dentro de un estuario dependerá de 1) la topografía del estuario, 2) el estado de la marea (alta o baja, puja o quiebra), 3) el periodo del año (estaciones de lluvias o sequías en los trópicos y estaciones verdaderas en zonas templadas), y 4) el grado de influjo de agua dulce. Cambios en el influjo de agua dulce pueden influir fuertemente sobre la distribución de salinidad en un estuario. Tanto las variaciones estacionales en pluviosidad y el derretido de la nieve en la primavera en las zonas templadas incrementan el drenaje de agua dulce y causan un desplazamiento de las isohalinas hacia mar afuera. El área drenada por un sistema estuarino con relación al volumen del estuario, determina el grado en que pulsaciones en el influjo de agua dulce pueden alterar la estructura de salinidad

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Figura 1.20. Circulación resultante de la acción de las mareas y la circulación del estuario en la bahía de Buenaventura

75.5

10010010010087.5

65 -0.5

67.549

7081

8.515

-5.0-4.5

02468

10

mZ

Altu

ra d

em

area

s (pi

es)

-83

-99-83

-74.5

-83

-68.5

-69.5-69.5

-54.5

-71.0

-48.5

-75.0

-29.0-33.5

-92.0-34.0

-75.0

2 4048

1216

6 12 18 24Hora

1 56

3

246810

m

1 2 3

4 5 6

Figura 1.21. Corrientes de marea en la bahía de Buenaventura

Figura 1.22. Corrientes de marea en Bahía Málaga: A: Marea subiendo (flujo), B: marea bajando (reflujo)

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de un estuario. En estuarios pequeños las pulsaciones en el influjo de agua dulce pueden causar enormes fluctuaciones en la salinidad en un lapso de unos pocos días. En contraste, se requerirían unas fluctuaciones muy grandes en el influjo de agua dulce para alterar significativamente la estructura de salinidad de un sistema estuarino de gran tamaño (Levinton 1982). Las tormentas tropicales y los huracanes pueden aportar la suficiente cantidad de agua dulce como para cambiar fuertemente la estructura de salinidad de un estuario grande (Hayes 1978). Existe una clasificación de aguas salobres basada en salinidad. Esta clasificación fue adoptada en un Simposio realizado en Venecia en 1950 y se conoce como el Sistema de Clasificación de Venecia para Aguas Salobres. Este sistema se presenta en la tabla 1.2 Tabla 1.2. Clasificación de Venecia para aguas salobres estuarinas ZONA SUBZONA SALINIDAD Río (Limnética) 0 Mixohalina Mixo-Oligohalina 0,5 - 5 Mixo-Mesohalina 5 - 18 Mixo-Polihalina 18 - 30 Mixo-Euhalina 30 pero< mar adyacente Euhalina 30 - 40 Hiperhalina > 40 De acuerdo con esta clasificación se pueden reconocer las siguientes partes de un estuario Tabla 1.3 Tabla 1.3 Clasificación de las zonas de un estuario y los organismos que las habitan de acuerdo con la salinidad. PARTES DEL ESTUARIO RANGO DE SALINIDAD ZONAS CLASIFICACION ECOLOGICA DE LOS ORGANISMOS Río 0 - 0.55 Limnética Limnéticos Cabeza del estuario 0.5 - 5.0 Oligohalina Oligohalinos Región inicial del 5.0 - 18.0 Mesohalina Estuarinos S.S. estuario. Región final del 18.0 - 30.0 Polihalina Estuarinos S.S. estuario. Boca o bocana. 30.0 - 35.0 Euhalina Esterohalinos marinos. Muchos de los animales que viven en los estuarios pasan la mayor parte de sus vidas enterrados en el sustrato y en los depósitos del fondo y estos pueden estar efectivamente aislados del agua que se encuentra por encima. Se ha demostrado que el rango de salinidad del agua atrapada entre los depósitos del fondo de un estuario, es decir el rango de salinidad del

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agua intersticial, se reducía considerablemente en comparación con el rango de salinidad del agua por encima del sustrato. Aunque la salinidad intersticial refleja la salinidad del agua exterior, los cambios en la salinidad intersticial ocurren a una tasa mucho mas lenta, debido a que existe un más lento intercambio de agua entre los sedimentos y el agua exterior (McLusky 1971). Registros de la salinidad intersticial y del agua localizada encima en una planicie lodosa intermareal del estuario de Ythan, cerca de Aberdeen, al norte de Inglaterra, muestra que la salinidad del agua del estuario varia entre 3 y 29, mientras que la salinidad del fango medida en los límites intermareales varia entre 21 y 23 en el limite inferior y entre 25 y 26 en el límite superior (McLusky 1971). En un plano lodoso intermareal, la parte más alta de la playa esta cubierta por aguas de mayor salinidad, la cual es principalmente agua marina traída por la marea alta, mientras que la parte más baja de la playa está cubierta por aguas de baja salinidad, debido al influjo dominante de agua dulce durante la marea baja. De aquí que la salinidad intersticial es generalmente mayor a medida que aumenta la altura intermareal. Este patrón persistente es considerado como una de las propiedades más significativas de los fondos lodosos de los estuarios, y a menudo permite que los animales que viven dentro del sustrato puedan penetrar una mayor distancia hacia el estuario a lo largo de la parte alta del plano lodoso, que los animales que están sujetos a unas mas rápidas fluctuaciones de salinidad en el agua por encima del sustrato. Cambios a largo plazo en la salinidad del agua estuarina causarán cambios en la salinidad intersticial, la cual también puede cambiar después de una prolongada exposición a la lluvia durante marea baja, o de un prolongado periodo de evaporación cuando el plano lodoso está expuesto al sol. Los estuarios pueden ser divididos en varías zonas combinando información sobre salinidad, tipos de sedimentos y sustrato (Carriker en Lauff 1967). 1) Cabecera: En donde el agua dulce entra al estuario (desembocadura del río), y donde con una máxima penetración de sal, la salinidad alcanza 5. Las corrientes están dominadas por el flujo de los ríos. El efecto de la marea se aprecia sólo en la elevación del nivel del agua. 2) Parte alta: Depósitos de fondos lodosos, las corrientes a menudo son despreciables debido a la mezcla de agua dulce con agua salada, y la salinidad varia entre 5 y 10. Se encuentran planos de inundación como consecuencia del desborde de la marea 3) Parte Media: Sustrato lodoso con alguna arena presenta. Corrientes más rápidas y salinidades entre 18 y 25. También se encuentran planos de inundación como consecuencia del desborde de la marea 4) Parte Baja: Sustrato arenoso con algún lodo presente. Corrientes rápidas y salinidades entre 25 y 30. 5) Boca: Sustrato de arena limpia o roca, con fuertes corrientes maréales. La salinidad es igual que en el mar adyacente. Los organismos que habitan en los estuarios también pueden ser clasificados de acuerdo a las salinidades de las regiones del estuario en que se encuentran (Carriker en Lauff 1967):

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1) Organismos limnéticos: Organismos de características fluviales que se encuentran hasta

el límite de influencia de la intrusión de sal. 2) Organismos Oligohalinos: Organismos de agua dulce que se encuentran en aguas con

salinidades de hasta 5. 3) Organismos estuarinos verdaderos: Animales de aguas salobres que solo se encuentran

en estuarios y que ocurren especialmente dentro de un rango entre 2 y 25. 4) Organismos marinos Eurihalinos: Especies marinas que se extienden hasta los estuarios,

unos pocos de los cuales pueden llegar a habitar en salinidades de hasta 5. Son usualmente los organismos más comunes en los estuarios.

5) Organismos marinos estenohalinos: Organismos marinos, a menudo habitantes de la línea costera, los cuales sólo ocurren en salinidades altas.

6) Organismos migratorios: Animales que ocurren temporalmente en los estuarios durante parte de sus migraciones desde el mar hacia el agua dulce (anádromos: viven en mar, se reproducen en río) o viceversa (catádromos: viven en ríos, se reproducen en mar).

2. CALOR Y TEMPERATURA EN EL AMBIENTE ESTUARINO El contenido de calor de las aguas estuarinas es derivado principalmente de la radiación solar, la cual las calienta directamente en la cuenca del estuario. El agua también puede recibir calor indirectamente por el influjo de las corrientes de agua dulce y por el flujo mareal del mar. El efecto de la radiación va a depender de la profundidad puesto que la radiación afecta principalmente las aguas superficiales (a mayor profundidad, tendremos una mayor estratificación) y por lo tanto la cantidad de calor que entra al sistema lo hace principalmente por la superficie. La radiación incidente varia también dependiendo de la zona en que se encuentre el estuario. En una zona latitudinal alta con cuatro estaciones tendremos cambios en la temperatura del agua estacional y diaria. En las zonas templadas varia el volumen del río en verano por deshielo, ello causa una mayor estratificación. Otros factores diferentes que tienen que ver con la temperatura de los estuarios son: volumen de mareas, prima (o cuña), flujo de la marea, volumen de descarga de agua dulce. La forma del estuario define que cantidad de agua se acumula en el sistema (un estuario ancho tendrá un mayor contacto y por tanto una mejor distribución de las propiedades). El régimen de viento puede estar ayudando a disipar calor por convección, En nuestros estuarios el choque térmico con los ríos no produce grandes cambios en la bahía. Por ello la temperatura no es un factor determinante en la vida de los organismos marinos. Si un estuario esta conectado con un mar relativamente profundo, la temperatura de las aguas estuarinas hacia el lado del mar tienden a ser más estables que las temperaturas en las partes altas en donde las temperaturas de las corrientes de agua dulce que entran al estuario pueden fluctuar ampliamente. En las zonas templadas, por el otro lado, las temperaturas de estuarios someros en los cuales desembocan corrientes alimentadas por la nieve que se derrite en primavera pueden exhibir condiciones más estables en la cabecera del estuario (Reid 1961). Debido a que la profundidad de la mayoría de los estuarios es poca, se esperarían observar considerables fluctuaciones diarias y estacionales en las temperaturas superficiales. Tales

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condiciones de temperatura son de hecho muy comunes en los estuarios. Por ejemplo, en East Bay, parte del sistema de la bahía de Galveston, Texas, en julio, el agua se calienta diariamente desde una temperatura de 27° C temprano en la mañana, hasta una temperatura de 33° C en la tarde. La temperatura del aire durante el mismo periodo varía de 28 a 34 °C. Las fluctuaciones estaciónales en la temperatura dependen de la latitud y un número de factores locales tales como la fuente de agua dulce, la morfometría de la cuenca del estuario, los vientos y las mareas. La distribución de temperaturas en los estuarios es principalmente una función de la profundidad junto con los efectos relativos del influjo de agua dulce y del intercambio mareal. En un estuario somero con amplia mezcla las aguas tienden a ser verticalmente homogéneas. Los patrones longitudinales de temperatura pueden variar estacionalmente, principalmente en las zonas templadas. Dependiendo de la morfología de la cuenca de agua dulce, especialmente de la proporción de la superficie al volumen y de la tasa de descargue de agua dulce, las aguas de la parte alta del estuario pueden ser más frías en el invierno y más cálidas en el verano que en la parte baja de los estuarios. En las zonas templadas y en estuarios con suficiente profundidad pueden existir gradientes verticales en temperatura. Durante el verano las aguas superficiales son usualmente más cálidas que las aguas más profundas. Durante el otoño, cuando las temperaturas empiezan a descender, las aguas superficiales se enfrían más rápido que las aguas profundas, causando un revertimiento del patrón y una mezcla del agua (Reid 1961). Las relativamente grandes fluctuaciones de temperatura que se observan en los estuarios juegan un papel importante en la determinación de organismos marinos que son capaces de colonizarlos, debido a que estos provienen de un ambiente térmico relativamente estable. Variaciones extremas en la temperatura pueden causar cambios drásticos en la composición de la fauna que habita un estuario. Por ejemplo el crudo invierno de 1962-1963 en Inglaterra causo una catastrófica mortalidad en los animales de los estuarios y en las zonas costeras (Mclusky 1971). 3. GASES DISUELTOS Y pH Las diferencias considerables entre la química del agua dulce y la del agua marina producen en general relaciones complejas de sustancias disueltas dentro de un estuario. La concentración de materiales disueltos encontrados en las aguas de las corrientes de agua dulce que entren al estuario en su cabecera y en el agua de mar en la boca del estuario. Entre estos dos estados relativamente uniformes existe un gradiente considerable en procesos y condiciones. Los gases disueltos están distribuidos en un estuario de acuerdo con factores de turbulencia y de corrientes, actividad biológica y efectos de temperatura y salinidad. En la concentración del CO2, del Oxígeno y el valor de pH de un estuario intervienen los siguientes factores: • Turbulencia, corriente del flujo de agua mareal o salada y del agua dulce: A medida que

aumenta la velocidad de choque, el límite de CO2 entre las 2 masas de H2O tiende a desaparecer.

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• Actividad biológica: los procesos biológicos tienden a bajar la concentración de CO2 En el fondo hay gran cantidad de organismos. A bajo encontramos niveles muy bajos de oxígeno por lo que los organismos requieren estrategias como un metabolismo anaerobio que da como producto moléculas orgánicas y OH, dichos productos atrapan el oxígeno, disminuyendo su concentración en le medio. Los procesos biológicos suben la concentración del O2 mediante la Fotosíntesis, proceso que depende de la luz que es función de la cantidad de material disuelto y de la profundidad

4. OXIGENO En el agua salada la solubilidad del oxígeno disminuye con un aumento en la temperatura o en la salinidad. Los ajustes de oxígeno disuelto que se dan a lo largo de un estuario se pueden empezar a apreciar al tener en cuenta que generalmente agua dulce relativamente fría entra por la cabecera de un estuario y esta se mezcla con aguas más cálidas y salinas provenientes de la boca del estuario. Menos oxígeno puede ser disuelto en agua salada que en agua dulce. Por ejemplo, en una temperatura de 15 C y con una salinidad de 35 un litro de agua se satura con 5.8 ml de oxígeno, mientras que un litro de agua dulce a la misma temperatura puede sostener 10.3 ml de oxígeno. La importancia de estas relaciones no es solamente la posibilidad de que se den marcados gradientes lineales de oxígeno en un estuario. También existe la posibilidad que hayan fluctuaciones asociadas con las estaciones en que los ríos crecen (por ejemplo aumentan su caudal) y hay un influjo de grandes cantidades de agua dulce, o con las estaciones secas cuando domina el influjo mareal. Debido al influjo regular de agua dulce y de agua salada, generalmente hay una amplia oferta de oxígeno disuelto entrando al estuario, aunque la concentración precisa varia dependiendo de la temperatura y de la salinidad. La oferta de oxígeno puede también ser complementada por la adsorción de oxígeno y también por la absorción de oxígeno de la atmósfera en la superficie del estuario (Mclusky 1971). En estuarios con poca mezcla, la estratificación de salinidad durante el verano a menudo resulta en marcadas diferencias en el contenido de oxígeno disuelto entre las aguas profundas y superficiales. En algunas partes de la bahía de Chesapeake durante el verano la concentración de oxígeno puede variar entre 90 y 100% de saturación en la superficie, mientras que las aguas del fondo muestran entre 40 y 50% de saturación. En estuarios del Pacífico colombiano el contenido de oxígeno disuelto es relativamente alto (+ 4.5 ml/l), aunque se presentan valores más bajo en los fondos, especialmente cerca de los manglares en donde hay una alta tasa de descomposición (Prahl et al 1990). Esta diferencia entre la superficie y la capa profunda disminuye hacia la parte alta del estuario a medida que la profundidad disminuye. En estas zonas poco profundas se da probablemente una mayor mezcla que en la bahía propiamente dicha. El rango de concentración de oxígeno en la bahía refleja la actividad en la zona tropogénica iluminada y el reemplazo relativamente lento del agua salada en el nivel más bajo. También existe a menudo una reducción de la concentración de oxígeno cerca del fondo de los estuarios debido a la respiración de organismos y microorganismos bentónicos.

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Algunas plantas (ejemplo algas), las cuales pueden producir oxígeno por fotosíntesis, frecuentemente son escasas en los estuarios, debido a la falta de substratos firmes apropiados para su fijación y a la frecuente turbidez de las aguas. La oferta de oxígeno en los estuarios pueden no estar disponibles para la macrofauna, debido a la actividad de los microorganismos, especialmente bacterias, los cuales pueden consumir todo el oxígeno disponible. Muchas de estas también producen sulfuro de hidrógeno (H2S), el cual tiende a acumularse en el sustrato lodoso y lo hace inhabitable para la mayoría de los organismos aeróbicos. Característicamente, el oxígeno también varía diariamente y estacionalmente en los estuarios. Los rangos de estas variaciones difieren dependiendo de la naturaleza de la fuente de agua dulce, la morfología de la cuenca del estuario y del efecto de las mareas. En estuarios profundos y turbios que carecen de la contribución de una flora bentónica abundante, los pulsos de oxígeno diarios son relativamente pequeños. En la bahía de Chesapeake, el rango para las aguas superficiales fue cerca 85% de saturación temprano en la mañana hasta cerca de 115% por la tarde. Estuarios de poca profundidad y de aguas claras pueden sostener un crecimiento de algas en el fondo en las que se pueden observar burbujas de oxígeno. En tales aguas el rango de variación diurna entre el mínimo y el máximo puede exceder el 200%. Los efectos del movimiento del agua durante el ciclo mareal puede servir para encubrir las condiciones locales. Estacionalmente, la dinámica del oxígeno en un estuario puede ser influencia por variaciones en la descarga del río, las mareas, la duración del día (en zonas templadas) y efectos biológicos. Se ha encontrado que las aguas superficiales de una parte de la bahía de Chesapeake tenían 143% de saturación de oxígeno en Abril y cerca de 42% en Agosto. Las aguas del fondo de la misma área llegaron a 133% de saturación en octubre y a 24% en Junio (Reid 1961). Los estuarios son frecuentemente usados para la descarga de aguas negras provenientes de ciudades, y las poblaciones bacterianas que prosperan en ellas pueden consumir todo el oxígeno. De hecho, la contaminación causa mucho daño por el agotamiento de oxígeno que ocasiona, que por cualquier acción de envenenamiento directo. Esto puede causar la exclusión de la mayoría de los animales, excepto algunas especies especialmente adaptadas, tales como los gusanos Tubifex (Mclusky 1971), en aguas más dulces y Capitellidae y Cirratulidae en aguas mas salinas. El oxígeno puede tener variaciones en sus concentraciones emn el tiempo estas variaciones pueden ser diarias y anuales. Diarias: Debido a la luz (mañana y tarde) 85% y 115% Aunque en la noche no hay actividad fotosintética hay cierta compensación de gases por disolución debido a las bajas temperaturas. Anuales: Ocasiona variaciones en el fotoperiodo, la temperatura y la salinidad. 5. EL SISTEMA DIOXIDO DE CARBONO Y EL pH

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EL CO2 tiene alta solubilidad en el agua, su concentración en la atmósfera es de 0.13 y 0.03% agua 0.7% (kd alta). Una vez en el agua

CO2 + H2O ------- H2CO3 (Acido carbónico) En el agua de mar hay una gran cantidad de iones que tienden a neutralizar dicho ácido, produciendo bicarbonato y carbonatos. En el agua dulce:

CO2 + H2O ------ H2CO3

Por tal razón es más sensible la cabecera de los estuarios que la boca del mismo a la baja del pH). El agua dulce será más sensible a reaccionar con el CO2 (no tiene sales). Cuando domina el prisma mareal el pH tiende a neutralizarse. El pH será también modificado por el sustrato en suelos orgánicos de bajo pH. La solubilidad del dióxido de carbono en agua estuarinas esta determinada primariamente por la cantidad de agua marina que se mezcla con agua dulce, y secundariamente por la temperatura. El factor más importante es por supuesto la salinidad. La solubilidad del CO2 disminuye a medida que aumenta la salinidad o la temperatura (ver figura basada en la tabla 9.1 de Reid 1961). La alta solubilidad del CO2 es debido a su reacción química con el agua. Aunque parte del CO2 en el agua esta presente en forma de gas libre y como ácido carbónico, mucho más esta presente en forma de bicarbonatos y carbonatos. Esta condición resulta del hecho de que el agua marina contiene radicales alcalinos en exceso de radicales ácidos, lo cual hace que se formen carbonatos y se reduzca la concentración de CO2 libre. La presencia de bases en exceso en le agua de mar sirve como amortiguador (buffer) para el agua y evita grandes cambios en el pH que podrían resultar de la adición de ácidos o bases. Por esto el pH del agua superficial es muy estable, generalmente varia entre 8,1 y 8,3. Debido a que los ríos contienen menos exceso de bases que el agua de mar, se espera que el contenido del CO2 libre sea menor que en loa boca del estuario que en la parte alta. De igual manera, debido a que los ríos generalmente no están amortiguados (buffer), la concentración de CO2 libre y el pH son más variables en la parte del estuario dominada por aguas dulces. 6. COMPOSICION IONICA EN LOS ESTUARIOS La composición química y actividad y distribución de iones en los estuarios representa el resultado final del encuentro de agua dulce con el agua marina. La composición química de las aguas fluviales es muy diferente a la del agua marina. La siguiente tabla (Tabla 1.4) muestra los porcentajes de composición iónica para dos corrientes de agua dulce que forman estuarios y para el agua marina. Tabla 1.4. Composición en porcentaje de iones para dos corrientes de agua dulce y agua marina (Reid 1961).

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ION RIO DELAWARE RIO GRANDE MAR (New Jersey) (Texas) Na 6.70 14.78 30.4 K 1.46 0.85 1.1 Ca 17.49 13.73 1.16 Mg 4.81 3.03 3.7 Cl 4.23 21.65 55.2 SO4 17.49 30.10 7.7 CO3 32.95 11.55 0.35 (+HCO3) La composición iónica en aguas estuarinas generalmente refleja la composición iónica del agua salada diluida, estando dominada por sodio y cloruro. El nitrógeno y el azufre, generalmente en forma de nitratos provenientes de desechos agrícolas, y sulfuros de hidrógeno proveniente de la descomposición bacteriana están generalmente presentes en los estuarios, especialmente aquellos expuestos a contaminación. Aun en estuarios limpios, nitratos y fosfatos provenientes de drenajes terrestres pueden estar presentes en considerables concentraciones y pueden jugar un papel importante en el control del crecimiento de plantas. En salinidades diluidas, la oferta de calcio puede, como en el agua dulce, limitar la formación de esqueletos y conchas de algunos animales 7. ELEMENTOS NUTRITIVOS. En los estuarios se encuentran concentraciones altas de nutrientes (fósforo, nitrógeno y sílice), los cuales son principalmente transportados por las corrientes de agua dulce o aportados por la remoción de ellas en el fondo debido al efecto de "microsurgencias" que se produce por la acción de las corrientes de marea sobre los sedimentos del fondo de los estuarios, principalmente en las zonas intermareales o poco profundas. Otra fuente de nutrientes en los estuarios son los efluentes domésticos o industriales de zonas continentales, los cuales se acumulan en los estuarios. Debido a la alta cantidad de partículas en suspensión los nutrientes disueltos tienden a adsorverse a partículas de arcilla. Cuando el río desemboca al estuario, la corriente disminuye y las partículas con sedimentos se precipitan. El estuario puede funcionar como una trampa de nutrientes. Si la circulación es típica, con agua oligohalina saliendo por las capas superiores y las aguas eurihalinas entrando por la parte baja, las partículas de nutrientes que están sedimentándose y las que se están liberando del fondo son llevados hacia el interior del estuario donde se acumulan. 8. PROCESOS DE SEDIMENTACIÓN EN ESTUARIOS La mayoría de los estuarios están dominados por una región central de sedimentación, en donde las corrientes disminuyen y dejan caer su carga de sedimentos. Evidencia obtenida a través del análisis de sedimentos en estuarios europeos sugiere que los sedimentos depositados en los estuarios pueden provenir principalmente del mar, transportados por las corrientes del fondo, aunque en algunos estuarios los sedimentos son principalmente de origen fluvial. Por

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ejemplo, en los estuarios holandeses, especialmente los del río Rhin y el río Ems y el estuario del Sena en Francia, están todos dominados por sedimentos marinos. En el río Támesis hay un considerable transporte de material sedimentario del mar, tal como se reveló cuando se descubrió que material dragado del estuario, el cual había sido botado en el mar, estaba siendo devuelto hacia el estuario. En estuarios de Bretaña la mayoría de los sedimentos son derivados de los bancos del estuario, y en el Ródano y el Loira la mayoría del material; es depositado por los ríos. Se considera que hay dos tipos principales de sedimentos: 1. Sedimentos cohesivos (ejemplo, lodo) cuyas partículas son de un tamaño menor de 125

micras y tienen una área de superficie grande relativa a su masa. Estos están caracterizados por minerales arcillosos abundantes, tienen una estructura cristalina en capas normalmente poseen una carga eléctrica negativa sobre su superficie. Estas cargas causan una repulsión entre partículas, pero ésta es suprimida cuando están en un medio electrolito débil como el agua marina, lo cual causa la cohesión de las partículas por atracción entres los minerales arcillosos. Esta cohesión mineral es reforzada por cohesión orgánica, la cual resulta del ligamiento de partículas por secreciones mucosas de organismos.

2. Sedimentos no cohesivos (ejemplo: granos de arena sueltos), con características básicamente opuestas a las de sedimentos cohesivos.

El movimiento de los sedimentos estuarinos consiste de un ciclo que consta de cuatro procesos: 1) erosión, 2) transporte, 3) deposición y 4) consolidación del sedimento depositado. Estos procesos dependen fuertemente de la dinámica del flujo y de las propiedades de las partículas (tamaño, forma, densidad y composición). La deposición de sedimentos está controlada por la velocidad de las corrientes y el tamaño de las partículas de sedimento. En general, las partículas pequeñas se hunden más lentamente que las partículas grandes. Por ejemplo, una partícula de 60 micras se hunde a 0.25 cm/s, mientras que una partícula de 2 micras se hunde a 1 cm/h (Mclusky 1971). El efecto de las velocidades de la corriente y el tamaño de las partículas sobre la deposición, transporte y erosión de sedimento se muestra en la figura 1.23. Con base en este diagrama se puede ver que una partícula pequeña de 5 micras será depositada si la velocidad de la corriente es menos de 10 cm/, y transportada si esta, esta entre 10-30 cm/s. Por encima de esta velocidad ocurriría la erosión de depósitos compuestos de partículas no consolidadas de este tamaño. Sin embargo, si las partículas se encuentran en depósitos consolidados, la erosión ocurrirá a 500 cm/s. Una partícula grande (103 micras) será depositada en corrientes por debajo de 50 cm/s. Las partículas pequeñas pueden flocularse, o unirse entre si, lo cual puede acelerar su deposición (Mclusky 1971). Con base en este análisis, se puede ver que a medida que una corriente mareal entra al estuario y disminuye su velocidad, primero depositará grava, luego arena, y finalmente cieno (sedimento), el cual se acumulará como yodo. De manera similar, una corriente de un río primero depositará partículas gruesas y arena , y solo depositara el cieno cuando la corriente es detenida al encontrar el influjo de agua marina. De esta manera se puede entender como un

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Figura 1.23. Procesos de movimiento de sedimentos en estuarios estuario con área central calmada esta dominada por planicies de lodo, mientras que los bancos de arena y las playas se encuentran comúnmente en la boca de los estuarios (Mclusky 1971). Por último, la consolidación comienza por el asentamiento y acumulación de sedimentos y se desarrolla por el peso de las capas de sedimentos depositados superiores sobre las inferiores, causando la liberación de agua del sedimento y aumentando gradualmente la concentración y densidad de los sedimentos. La deposición de los sedimentos ocurre en zonas muy bien definidas de los estuarios dependiendo de la lucha de fuerzas, estarán ubicadas las zonas de acumulación de sedimentos. El principal factor que determina la sedimentación es la relación A/V = relación área/volumen de la partícula. El tipo de sedimento acumulado depende de la masa de agua dominante. Los otros factores que afectan la sedimentación son: a. Tamaño de partícula, en un medio no iónico flotan con mayor facilidad. Cohesivos: orgánicos, 125μ A/V alta flotan. Su polaridad actúa con la del agua, formando conglomerados de limos y arcillas que flotan durante largo tiempo. No cohesivos: Mayor que 125μ inorgánicos, arenas, silicio, calcio. b. Densidad de partícula c. Densidad de fluido d. Viscosidad (capacidad que tienen las moléculas del fluido de oponerse al movimiento) por

que es una característica del medio. Todo lo anterior está relacionado por la ecuación de Stokes:

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Vsed. = g (δp - δp)γ μ Una partícula de 60μ se sedimenta a una velocidad de 0.25 cm/s Una partícula de 2μ se sedimenta a una velocidad de 1 cm/h

FACTORES FÍSICOS Y QUÍMICOS DE LOS ESTUARIOS DEL PACIFICO COLOMBIANO

1. CLIMA Toda la cuenca del Pacífico colombiano se encuentra dentro de la región de bajas presiones atmosféricas, conocida como concavidad ecuatorial de bajas presiones, en donde convergen los vientos Alisios de cada hemisferio para formar la zona de convergencia intertropical (ZCIT) (fig. 1.24). En esta zona, convergen masas de aire con diferencias térmicas y gradientes de humedad, las cuales ascienden sobre esta zona en forma de una banda nubosa por procesos de convección. Esta zona se caracteriza por vientos variables y débiles (zona de calmas ecuatoriales), temperaturas del aire relativamente altas, por una alta pluviosidad. La banda nubosa que forma el cinturón de convergencia, puede sufrir fluctuaciones latitudinales dependiendo de la actividad de otros sistemas, pero en términos generales se puede decir que ocasiona lluvia a principios del año en el sur del país y el frente de mal tiempo avanza gradualmente hacia el norte (empujada por los vientos), hasta alcanzar los 8º N, para luego retornar de norte a sur, a partir de septiembre-octubre (fig. 1.25). En las montañas (vertiente occidental de la Cordillera Occidental) existen además circulaciones regionales que evolucionan de acuerdo con las diferencias térmicas locales, producidas por la transformación de la radiación. Esto facilita el intercambio de masas de aire en sistemas verticales cerrados, cuya extensión depende de la configuración topográfica y de la estructura vertical del aire. Por lo tanto en zonas de ascenso, el enfriamiento de las masas de aire provoca la condensación y por consiguiente la formación de nubosidad y de precipitaciones (Trojer, 1958). Esto también determina que en las laderas altas, por la reducción de la insolación debida a la alta nubosidad diurna, disminuyan las temperaturas máximas, mientras que en la llanura costera, el aumento del contenido de vapor de agua, disminuya la irradiación nocturna y por consiguiente el enfriamiento. Esta reducción de las condiciones de radiación se refleja en una oscilación muy pequeña de la temperatura alrededor de las medias anuales de 25 a 27o C al nivel del mar, como por ejemplo en zonas como Tumaco y Buenaventura y con un ligero aumento en los valles medios del río San Juan y Patía, de 26 a 28o C. Esta diferencia se debe a un leve aumento de la insolación, que hace más calientes los valles que otras localidades de la misma altura. En cuanto a la distribución horaria de las precipitaciones, se puede presentar una acumulación de las lluvias hacia las horas de la tarde, la cual se debe principalmente al efecto de la

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1.24. Posición del Cinturón de Convergencia intertropical (ZCIT)

Figura 1.25. Distribución de precipitaciones promedio en la costa Pacífica colombiana a lo largo de un año.

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circulación local diurna. También se puede presentar la circulación contraria, cuando el aire frío de las montañas fluye hacia los valles y planicies, determinando precipitaciones nocturnas. Según la localización del área puede predominar uno u otro sistema de circulación (Trojer, 1958). El desplazamiento de la banda nubosa del cinturón de convergencia intertropical determina una variación de las precipitaciones en la zona norte-central y meridional de la cuenca del Pacífico Americano. Así, la zona norte-central, que se encuentra hacia el norte y sur de la hoya hidrográfica del río San Juan, se caracteriza por dos períodos de precipitaciones, din que se pueda hablar de una verdadera época seca (Cantera 1993). Durante los meses de abril a septiiembre hay una temporada de lluvias abundantes, en la cual se recibe aproximadamente el 70 % de la precipitación anual. La otra temporada es menos lluviosa y corresponde a los meses de diciembre a marzo (cuando el cinturón nuboso se ha desplazado al sur) y en el cual se registran promedios porcentuales mensuales que fluctúan entre 5 y el 8 %. En esta zona se detectan precipitaciones de alrededor de 8.000 mm/año, lo que determina que sea la hoya hidrográfica con mayor precipitación de la cuenca del Pacífico colombiano. La zona centro donde se encuentran las bahías de Buenaventura y Málaga, se pueden distinguir dos períodos de abundantes precipitaciones correspondientes el primero a los meses de abril y mayo y el segundo a los meses de octubre, noviembre y diciembre. También se observa un período de menor precipitación en los meses de enero, febrero y marzo y una estación relativamente seca en los meses de julio y agosto (fig. 1.26). En junio y septiembre se detectan períodos de transición. La zona es altamente lluviosa, habiendo precipitación casi todos los días (fig. 1.27). La zona conformada por las cuencas medias y bajas de los ríos Patía e Iscuandé se caracterizan por un período de altas precipitaciones en los meses de enero a junio, seguido de otro menos lluvioso durante los meses de julio a diciembre. En la parte montañosa de la zona meridional se distinguen dos períodos de precipitaciones abundantes, Los ríos que conforman esta cuenca , se caracterizan por ser de tramos relativamente cortos y de alto caudal, con excepción de las hoyas de los ríos Patía y San Juan, que son relativamente largos (más de 200 km), con una hoya de 22.497 km2 y 15.189 km2 respectivamente (Ramirez y Bustos, 1977). El alto caudal de esta cuenca determina un considerable arrastre de sedimentos, unos 350 x 109 m3/año, que se deposita normalmente frente a las costas, formando un complejo sistema de barras y bajos sumergidos e intermareales, planos de lodo, playas arenosas y fango-arenosas permitiendo el desarrollo de amplios cinturones de manglares. El fenómeno de la Niña (ENSO) de los años 1999-2000 aumento fuertemente las lluvias en los estuarios del Pacifico colombiano y en particular en la bahía de Buenaventura particualremnte en los meses de febrero y marzo y junio y julio (fig. 1.28)

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Figura 1.26. Precipitación pluvial promedia entre 1964 y 1999 en la región central de la costa Pacifica de Colombia: Bahías Málaga y Buenaventura.

Figura 1.27. Días de lluvia por mes en la región central de la costa Pacifica de Colombia: Bahías Málaga y Buenaventura entre 1964 y 1999.

Figura 1.28. Cantidad de lluvia caída en el año 2000, durante el fenómeno de la Niña en comparación con el promedio histórico

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. 2. MAREAS. Los estuarios del Pacífico colombiano se caracterizan por estar fuertemente influenciados por la acción de las mareas, las cuales son de tipo semi-diurno con un período aproximadamente de 12:25 horas. El rango mareal promedio de la costa Pacífica es de 3.7 m. (Tabla 1.5). Esta gran amplitud tiene mucha influencia sobre las comunidades litorales de las cuales deben estar adaptadas a períodos muy largos de emersión., Debido a su amplia relación con las fases lunares y con la acción de gravitación de sol, durante las épocas de cuarto creciente y cuarto menguante se presentan las mareas de rangos estrechos, durante las cuales la marea sube menos y baja menos, y se conocen localmente como "quiebras". En este momento el sol y la luna se encuentran situados en ángulo recto con respecto a la posición de la tierra, Durante la época de luna llena y luna nueva, cuando el sol y la luna están ubicados en línea recta, la acción de la marea se incrementa produciendo rangos amplios de marea, "pujamar" o "pujas" (Gidhagen, 1981). 3. CORRIENTES. Las corrientes dentro de los estuarios son principalmente corrientes de mareas. La geomorfología y la topografía de los estuarios son muy importantes en la circulación de las aguas. La oscilación mareal en la zona costera del Pacífico colombiano provoca entrada y salida de grandes volúmenes de agua marina a los estuarios (se calcula que el volumen del cambio mareal a nivel de la bocana de la Bahía de Buenaventura es de 600 millones de m3 de agua el cual entra con un flujo de 28.000 m3 /seg ) (Gidhagen, 1981). Esta inyección de agua a un lugar semiencerrado produce corrientes de agua con diferentes velocidades, dirigidas hacia el interior del estuario durante la pleamar y hacia el exterior durante la bajamar. La velocidad de las corrientes en el interior del estuario será mayor en los estuarios de bocas estrechas y menor en aquellos con bocas anchas. Igualmente la velocidad será mayor en los estuarios bordeados por paredes rocosas en forma de acantilados y menor en estuarios de bordes constituidos por acumulaciones de sedimentos. En el interior de los estuarios la velocidad y la dirección de las corrientes se ven afectados por la topografía submarina. En general, las corrientes son débiles (con velocidades inferiores a 0.5 m/s) pero en algunas bahías relativamente profundas pueden alcanzar 1 a 2 m/s, como ocurre en la bahía de Málaga. Estas altas velocidades de corrientes se presentan en las zonas centrales de los estuarios donde hay menos fricción, mientras que en las zonas cercanas a los bordes se presentan corrientes débiles o remolinos, que se acentúan cuando se presentan accidentes geomorfológicos costeros como islas, penínsulas, cayos y pequeñas bahías. En la confluencia de corrientes con velocidad o dirección diferentes se forman los "hileros", que se pueden identificar algunas veces por acumulación de basura flotando en la superficie. 4. TEMPERATURA DEL AGUA. La temperatura superficial del agua en los estuarios del Pacífico colombiano varía generalmente entre 24 y 29º C. Los cambios son un poco más marcados en las zonas cercanas a las desembocaduras de los ríos, en donde las temperaturas son más bajas. Ese es el caso de

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las bahías de Buenaventura y Málaga donde la temperatura presenta variaciones de acuerdo con la distancia a la apertura de cada bahía (fig. 1.29). En la desembocadura de los ríos, la situación es inversa, puesto que el agua de estos es más fría, debido a su circulación a través de zonas altas y sombreadas. La temperatura en la bahía de Buenaventura varia entre 27,6 y 28,9 º C, con los menores valores en la parte interna de la bahía donde la influencia de los ríos en mayor (fig. 1.30). En la bahía de Málaga (fig. 1.31), la parte interior presenta temperaturas elevadas cercanas a 29 º C, como consecuencia de la baja profundidad y la poca incidencia de corrientes de agua dulce, enfriándose un poco hacia la apertura (cerca de 28 º C) y fuertemente hacia los ríos y quebradas (25,5º C en la Quebrada Agujeros y 26,4º C en el río La Sierpe). Verticalmente, las temperaturas varían poco dentro de los estuarios. No existe estratificación clara aunque en general se presenta una lógica disminución con la profundidad. (fig. 1.32).

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Figura 1.29- Variaciones de la temperatura del agua a lo largo de dos estuarios complejos: A.: Málaga. B: Buenaventura.

Figura 1.30. Valores de temperatura del agua en la bahía de Buenaventura.

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Figura 1.31. Valores de temperatura del agua en Bahía Málaga.

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Figura 1.32. Distribución vertical de la Temperatura en estuarios

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5. SALINIDAD. La salinidad de las aguas costeras del Pacifico colombiano varían inversamente en relación a la cantidad de lluvias que cae. El caudal de los ríos está determinado por la cantidad de precipitación que ocurre. El promedio anual de precipitación en Buenaventura es de 6374.6 mm. Existe un periodo de menor precipitación en los tres primeros meses del año con una precipitación mensual entre 250 y 400 mm. El resto del año el relativamente lluvioso con precipitaciones mensuales por encima de los 500 mm, siendo octubre el más lluvioso con aproximadamente 800 mm (West 1954). Durante el periodo de lluvias, entre Abril y Diciembre, las salinidades son relativamente bajas y existe una estratificación vertical no muy desarrollada. Durante los meses de menores lluvias la estratificación es mucho mas pronunciada y, en los días de lluvia, se crean fuertes gradientes de salinidad (Gidhagen 1981). En general, se dan tras patrones de estratificación vertical de salinidad en la Bahía de Buenaventura: 1) Estratificación poco desarrollada: En épocas de lluvia, cuando la salinidad es en general

baja. 2) Estratificación continua: Especialmente después de una lluvia, en épocas de baja

pluviosidad, cuando las salinidades generales son altas, y hay un alto aporte de agua dulce en la Bahía.

3) Estratificación concentrada en la capa superficial: Se observa en la desembocadura de los ríos Dagua y Anchicayá en la época de menores lluvias.

Al contrario de la temperatura, la salinidad en los estuarios del Pacífico colombiano varía fuertemente, pudiendo fluctuar desde casi 0 en la zona de las cabeceras de los estuarios hasta salinidades cercanas a 30 o más en las zonas externas de las bocas de los estuarios. Esto quiere decir que se establece en ellos un gradiente espacial de distribución de la salinidad que facilita la división del estuario en las zonas citadas anteriormente. En la figura 1.33 se aprecia la variación de salinidad a lo largo de dos cuerpos de agua estuarinos complejos, las bahías de Málaga y Buenaventura, en ambas bahías se puede ver que la salinidad varía fuertemente en cada punto dependiendo de las épocas de lluvia y las mareas. En la bahía de Málaga la parte interior presenta salinidades más o menos altas con promedios superiores a 15 y valores variables en la parte externa ocasionados por las desembocaduras de los ríos La Sierpe y Agujeros. La región central presenta poca variación y salinidades altas. En Buenaventura las salinidades son menores con grandes variaciones y valores muy bajos hacia la parte interna de la bahía y menor variabilidad y valores más altos en la boca de la Bahía. En el estuario simple de la desembocadura del Río Dagua, la salinidad varía entre 0 y 18 variando los valores con el ciclo mareal y con las épocas de lluvia. Durante el fenómeno ENSO La Niña del año 2000 (fig. 1.34) la salinidad bajo mucho más de lo normal registrándose variaciones con la marea entre 1 y 10.

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Figura 1.33. Distribución horizontal de la salinidad en dos estuarios complejos, A: Málaga, B: Buenaventura

Figura 1.34. Variación de la salinidad en el estuario del Río Dagua durante el fenómeno de la Niña 199-2000. Si se eliminan los valores de salinidad tomados en las zonas vecinas a las desembocaduras de los ríos y las bocas del estuario, el promedio de salinidad de los estuarios varía sólo entre 10 y 20 lo cual lo sitúa dentro de cuerpos de agua mixohalinos de acuerdo con la clasificación de Venecia. Buenaventura presenta salinidades muy cambiantes con las mareas, con valores cercanos a 0 en la parte interior y cercano a 20 en la parte exterior durante las mareas bajas y

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entre cerca de 15 a 30 en marea alta (fig. 1.35). En Bahía Málaga la variación como consecuencia de las mareas es menor, y solo en las partes mas internas baja por debajo de 10 (fig. 1.36). En algunas épocas puede presentarse un baja de la salinidad en el borde externo como consecuencia de al recepción de aguas de la desembocadura del río San Juan. La salinidad estuarina se ve afectada por muchos agentes resultantes de la acción combinada de los factores climáticos (viento, iluminación solar y precipitaciones) y de factores hidrológicos (caudal de los ríos, corrientes y mareas) de tal forma que en épocas de lluvias, este aporte de aguas dulces caídas directamente del estuario o a través de los ríos provoca una disolución de agua marina y en consecuencia provoca una disminución de la salinidad. Igualmente la salinidad es baja durante la marea baja, cuando predomina el efecto de los caudales de los ríos y el agua de escorrentía y se hace mayor durante la marea alta cuando predomina el efecto del mar. Verticalmente la salinidad varía relativamente menos que horizontalmente en los estuarios de la costa Pacífica colombiana. El cambio es generalmente pequeño a excepción de las zonas cercanas a las desembocaduras de los ríos donde las zonas profundas presentan salinidades superiores en más de 10 a las zonas superficiales. En áreas de influencia exclusivamente marina la diferencia entre la salinidad superficial y la salinidad a 10 m de profundidad es menor de 5 (fig. 1.37). Estas diferencias de gradientes de salinidad con la profundidad en zonas marinas y la existencia de esos gradientes en zonas cercanas a los ríos indican claramente la existencia del denominado "efecto de Cuña" que consiste en que el agua salada penetra en el fondo debido a su mayor densidad y se produce entonces un acumulación del agua dulce en zonas superficiales, durante algunos momentos del ciclo mareal. 6. TURBIDEZ, OXIGENO DISUELTO Y pH Las aguas de los estuarios del Pacífico colombiano se caracterizan por su alta turbidez lo que se traduce en un factor limitante para la existencia de organismos productores en las zonas profundas; a pesar de esto los datos actuales que se tienen para varios estuarios del Pacífico colombiano, se puede ver que el contenido de oxígeno disuelto es relativamente alto (cercano a 4,50 ml/l). Este valor ocurre en las aguas de los estuarios, presentándose valores mucho más bajos en las áreas de fondos cercanos a los manglares donde la alta tasa de descomposición ocasionan la existencia de zonas prácticamente anóxicas o muy pobres en oxígeno. La concentración de oxígeno disuelto varía con la marea. En marea baja el oxígeno se encuentra estratificado con mayor abundancia en las partes altas, debido a la descomposición cerca al sustrato. En marea alta las aguas se mezclan y el oxigeno se distribuye uniformemente en la columna del agua aumentando su concentración (fig. 1.38). Los fondos de algunas regiones de los estuarios son pobres en oxígeno y en ellos se desarrollan algunas especies de organismos resistentes a las bajas cantidades de oxígeno. En la zona interna de la Bahía de Buenaventura en el lugar conocido como playa Basura se encuentran Políquetos de las familias Cirratulidae y Capitellidae. Con el pH sucede lo mismo, este es alto para zonas acuáticas de los estuarios (cercano a 6) pudiéndose bajar en zonas de alta descomposición a 4,5. En los estuarios del pacifico colombiano se han detectado valores de pH un poco más bajos y variables. En zonas de aguas abiertas estuarinas el pH es de cerca de 6, aunque en zonas donde hay una lata descomposición el pH tiende a ser ácido y puede bajar a 3. También se ha

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Figura 1.35. Variación de la salinidad a lo largo de la bahía de Buenaventura.

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Figura 1.36. Valores de salinidad en Bahía Málaga.

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Figura 1.37. Distribución vertical de la salinidad en estuarios

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observado una pequeña variación del pH con respecto al estado de la marea. Durante marea alta los valores de pH son neutros (7), mientras que durante marea baja se hacen ligeramente ácidos (6). Esto es quizás es debido al lavado de los suelos ácidos al bajar la marea (Contreras 1985 en Prahl et al 1990). 7. ELEMENTOS NUTRITIVOS.

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BIBLIOGRAFIA Cantera 1993 Carriker en Lauff 1967 1965 Caspers Correa y Restrepo (2000) Davies et al. 1973 Day et al. 1989 Elliot (1976) Elliott y McLusky 2002, Gidhagen 1981 Hallam 1981 Hamblin 1978; Hansen y Rattray (1966) 1951 Ketchum Kjerve (1989) Kjerve 1990 Levington 1982 McLusky 1971 Prahl et al 1990 1963 Pritchard y Cameroon Reid 1961 (Schubel y Hirschberg 1978 Vail et al. 1977 Venice System. 1958. Symposium on the classification of brackish waters. Venice, april 8-14 1958. OIKOS 9 (2): 311-312 West 1954