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Boletín de Investigaciones Marinas y Costeras - INVEMAR

versión impresa ISSN 0122-9761

Bol. Invest. Mar. Cost. vol.49 no.2 Santa Marta jul./dic. 2020  Epub 20-Dic-2020

https://doi.org/10.25268/bimc.invemar.2020.49.2.925 

Artículos de investigación

Caracterización de variables físicas en La Escollera, una laguna costera artificial en Santa Marta, Caribe colombiano


RESUMEN

Las lagunas costeras son foco de producción primaria y refugio de biodiversidad por su relativo confinamiento y baja profundidad. La Escollera es una laguna costera artificial situada en El Rodadero, Santa Marta (Caribe colombiano), excavada al inicio de la década de 1980 para albergar una marina y sus bordes sembrados con mangles. Para generar una línea base de variables físicas que contribuyan al entendimiento de la circulación del agua y de su influencia sobre los atributos del ecosistema, se obtienen de manera rutinaria datos de salinidad, temperatura, nivel del mar y penetración de la luz mediante registradores electrónicos y sensores de mano. Los datos de salinidad y temperatura entre enero de 2017 y febrero de 2018 siguieron el esquema estacional del mar abierto del área de Santa Marta alternando entre menor temperatura (mínima 24,6 °C) y mayor salinidad (máxima 38,9) en época seca y de afloramiento costero (diciembre a abril) y entre mayor temperatura (máxima 34,7 °C) y menor salinidad (< 35) en época de lluvia (mayo a noviembre), con los más bajos valores de salinidad luego de aguaceros persistentes (mínimo 15,1). La columna de agua está generalmente bien mezclada y se estratifica después de aguaceros en época de lluvia (mezclándose rápidamente en horas o en días). Esto parece deberse principalmente al intercambio con el mar gracias a la marea, que oscila de +0,37 a -0,31 m (rango máximo de 0,68 m [datos de un año]), y sigue el patrón astronómico regular de mareas mixtas del Caribe. Las aguas de la laguna son regularmente verdes y de variada transparencia excepto durante fuertes lluvias, tras lo cual se tornan pardas. La extinción de luz en la vertical es en general alta y no muy variable (2-6,5 % cm-1), pero la luz, con frecuencia, alcanza el fondo, lo que permite la existencia de macroalgas bentónicas en algunas porciones de la laguna.

PALABRAS CLAVE: lagunas costeras; marinas; mareas; salinidad; temperatura

ABSTRACT

Coastal lagoons are a focus of primary production and a refuge for biodiversity due to their relative confinement and low depth. La Escollera is a human-made coastal lagoon in El Rodadero, Santa Marta (Colombian Caribbean), excavated in the early 1980s to hold a marina and its fringes planted with mangroves. To generate a baseline of physical variables that contribute to the nderstanding of water circulation and its influence on ecosystem attributes, salinity, temperature, sea level and light penetration data are outinely obtained through electronic recorders and handheld sensors. Salinity and temperature data from January 2017 to February 2018 ollowed the seasonal pattern of the open sea in the Santa Marta area, alternating between lower temperature (minimum of 24.6 °C) and dgher salinity (maximum of 38.9) in the dry season and coastal upwelling (December to April), an between higher temperature (maximum !4.7 °C) and lower salinity (< 35) in the rainy season (May to November), with the lowest salinity values after persistent rains (minimum 5.1). The water column is generally well mixed and stratified after heavy showers in the rainy season (mixing rapidly in hours or days). This seems to be mainly due to tidal exchange with the sea, the tide oscillating from +0.37 to -0.31 m (maximum range 0.68 m [one-year ata]), and following the regular astronomical pattern of mixed tides in the Caribbean. Lagoon waters are regularly green and of varied ransparency except during heavy rains, after which they become brownish. Vertical light extinction is generally high and not very variable 2-6.5 % cm-1), but the light frequently reaches the bottom, which allows the presence of benthic macroalgae in some portions of the lagoon.

KEY WORDS: coastal lagoons; marinas; tides; salinity; temperatur

INTRODUCCIÓN

Las lagunas costeras son cuerpos de agua marina localizados costa adentro y separados del mar por la formación de barreras, o dentro de planicies de inundación, con una o más conexiones con el mar, temporales o permanentes (Kjerfve y Magill, 1989; Kjervfe, 1994). Allí, fuerzas de tierra y mar, escorrentía del lado terrestre y olas del lado marino colisionan y se amortiguan. Son fuente o sumidero de producción primaria y secundaria e importantes repositorios de biodiversidad costera, siendo guarderías de una gran variedad de larvas y juveniles de invertebrados y peces, muchos de estos de importancia comercial (Barnes, 1980; Mitsch y Gosselink, 1993; Gopal et al., 2000). Las lagunas costeras son impactadas con frecuencia por actividades humanas, en especial por desarrollo costero (de Jonge et al. , 2002). Las marinas, construidas en entradas o separadas del mar abierto por paredes o espolones, se constituyen efectivamente en lagunas costeras. Como nuevo ecosistema proveen los beneficios mencionados arriba, pero también causan impactos, en especial si su drenaje es pobre, o si afectan la circulación local, o si las actividades náuticas y la escorrentía asociada causan contaminación o la llegada de especies foráneas (Foster et al., 2016). La circulación en las lagunas costeras está influenciada por descargas de ríos y escorrentía, vientos, mareas, seiches, y por el balance entre evaporación y precipitación, y responde diferencialmente a estos dependiendo de su localización y geomorfología (v. g. Kjerevfe, 1994; Niedda y Greppi, 2007; Montaño-Ley et al., 2008). La circulación en marinas o sistemas mixtos también se afecta diferencialmente por estos factores (v. g.Nece y Falconer, 1989; Lonin y Mendoza, 1997; Velásquez-Montoya y Overton, 2017; Loncar et al., 2018).

En el Caribe continental colombiano hay numerosas lagunas costeras, de las cuales la Ciénaga Grande de Santa Marta es la más grande y productiva (Hernández y Gocke, 1990; Sánchez y Zea, 2000; Polanía et al., 2001; Gocke et al., 2003). Alrededor de la ciudad de Santa Marta, la planicie costera todavía tiene algunos playones salinos supramareales con lagunas de inundación.

Para ubicar una marina privada con fines turísticos, al inicio de la década de 1980 en el sector norte de El Rodadero se excavó una laguna somera (de aproximadamente 2 m de profundidad) con un canal de comunicación con el mar. En los contornos de la laguna y el canal se plantaron manglares, lo que creó un ambiente semicerrado, con un aparente buen estado de conservación, como si fuera una laguna natural (ver también Martínez-Clavijo, 2013). Por tener una sola conexión con el mar, se hipotetiza que la marea es un importante motor de la circulación y la mezcla, pero otros factores físicos como el viento, la lluvia y la irradiación, al operar a escalas estacionales y diarias, pueden ser también significativos, y todos, en últimas, influenciar la producción primaria (v. g.Elliott et al., 2001; Rodríguez-Chila et al., 2009). El área experimenta una época seca, de diciembre a abril, y una de lluvia, de mayo a noviembre. En la época seca, se espera que las aguas de la laguna sean más salinas y calientes por la falta de lluvia y evaporación (por la luz solar y los fuertes vientos alisios), pero pueden ser diluidas y enfriadas ligeramente por aguas que afloran mar afuera y que pueden entrar a la laguna por el canal por las mareas, y enfriadas durante la noche desde el aire por las temperaturas ligeramente menores del invierno del hemisferio norte. En la época de lluvia, se espera que las salinidades sean menores por la escorrentía local y por intercambio a través del canal de aguas costeras, que son, en general, menos salinas por la descarga de ríos cercanos. Las mayores temperaturas en el verano y el otoño del hemisferio norte pueden bajar por cielos nublados y luego de fuertes lluvias. También se espera que las aguas de la laguna estén estratificadas verticalmente luego de fuertes lluvias, pero, por lo demás, deben estar bien mezcladas por la circulación forzada de la marea o los vientos.

Se aprovechó la localización de La Escollera dentro de los límites de la ciudad, la seguridad que brinda el hecho de estar cercada y su relativa simplicidad y pequeño tamaño para usarla como un laboratorio natural con propósitos académicos e investigativos. Desde 2015 se han estado midiendo variables físicas como temperatura, salinidad, nivel del mar y penetración de la luz (Zea et al., 2017). El propósito de este artículo es describir el comportamiento de estas variables durante un año para proveer una línea base acerca de su variación estacional y diaria y probar parcialmente las hipótesis presentadas arriba, como una contribución inicial al entendimiento de las variables que impulsan la circulación.

ÁREA DE ESTUDIO

La laguna La Escollera (11°12'32,83" N, 74°13'31,68" W) es una marina artificial privada localizada en el extremo norte de la ensenada de Gaira, en el sector turístico de El Rodadero, Santa Marta (Colombia), en el mar Caribe (Figura 1, ver una descripción de Gaira en Franco, 2005). La laguna (con una isla en el centro) se excavó a principios de la década de 1980 en la planicie costera, en el playón salino supramareal. Se comunica con el mar por medio de un canal amurallado recto. En el lado occidental de la laguna se construyó una marina (Marina Mundial, http://marinamundial.com/) y en la isla una discoteca (La Escollera, http://www.laescollerarestaurante.inf.travel/).

Figura 1 Imagen de Google Earth del área de estudio. La laguna La Escollera se muestra en el recuadro. b: puente, c: canal, d: muelle (donde se ubicaron los registradores de datos), m: marina. 

Alrededor de 1985, se plantaron manglares en los bordes de la laguna y el canal, principalmente el mangle rojo Rhizophora mangle. Hoy en día, están bien desarrollados y preservados como un típico manglar de franja, con árboles que alcanzan 6 m de altura (J. Medina, com. pers.) y con raíces adventicias que albergan variada fauna y flora (Zea et al., 2017). La única comunicación de La Escollera con el mar es a través del canal (ver también Franco, 2005). No hay quebradas permanentes que desemboquen en la laguna. Toda el área está cercada y el acceso al público está restringido. Hay una reserva de iguanas en el banco sur del canal para que los turistas las observen desde el andén adyacente (Martínez-Clavijo, 2013). En la actualidad, calles de la ciudad rodean toda la laguna, con dos drenajes (en las esquinas NE y SW, respectivamente), por donde toda la escorrentía del vecindario y de las colinas adyacentes entra a la laguna. La otra entrada de agua salobre puede llegar indirectamente a través del canal, impulsada por las mareas, cuando el flujo del cercano río Gaira es empujado al norte hacia la boca del canal por corrientes y vientos de tormenta del SW (Franco, 2005). No hay descargas directas de aguas servidas en la laguna y el canal (la marina y la discoteca bombean sus residuos directamente en el alcantarillado de la ciudad), pero hay derrames en el alcantarillado durante la época de lluvia y la temporada turística alta (Franco, 2005; Martínez-Clavijo, 2013).

La laguna es rectangular, de alrededor de 167 x 133 m (incluyendo la isla y el borde de manglar), y el canal es de unos 400 m de largo y 9-13 m de ancho. La profundidad máxima de la laguna es ahora de 2,25 m (normalizada al nivel del mar promedio), pero cerca de la mitad del área es menor de 1,5 m. La profundidad del centro del canal varía entre 1,6 y algo más de 2 m (datos de batimetría no publicados). El fondo de la laguna es principalmente fangoso, con porciones de acumulaciones de conchas y cascajo; en la porción SE hay unos lechos sueltos, relativamente gruesos (aproximadamente 20 cm), del alga verde Caulerpa sertularioides, pero parecen estacionales.

El área de Santa Marta se localiza en las estribaciones NW y en las planicies costeras del macizo de la Sierra Nevada de Santa Marta. Es bastante seca, con una precipitación total anual cercana a 500 mm (Franco, 2005). El clima alterna entre una estación seca y de afloramiento costero, de diciembre a abril, y una época de lluvia, de mayo a noviembre. En la época de afloramiento, los vientos alisios del NE soplan con alta frecuencia e intensidad, las temperaturas del agua son bajas (para las condiciones del Caribe sur), alrededor de 21-26 °C, y las salinidades son altas (35-38). En la época de lluvia, los alisios merman y los vientos del SW son comunes durante tormentas; el mar es más caliente (27-28 °C) y menos salino (30-35) (Márquez, 1982; Ramírez, 1983, 1990; Salzwedel y Müller, 1983; Blanco, 1988; Franco, 2005).

MATERIALES Y MÉTODOS

Temperatura, salinidad y nivel del mar

La temperatura y la salinidad de la laguna fueron medidas con un registrador de conductividad HOBO® U24-002-C (Onset Computer Corporation, Bourne, EE. UU.). El nivel del mar se midió con un registrador HOBO® U20-001-0x-Ti. Cada aparato fue puesto en una carcasa protectora de PVC y ambos se amarraron juntos a un tubo de PVC de 1,9 cm de grosor y 60 cm de largo (Figura 2A). Para su instalación, el tubo se insertó en una varilla de hierro corrugado de 0,95 cm de diámetro y 3 m de largo, que había sido enterrada verticalmente en el fondo; se dejaron aproximadamente 80 cm libres encima del fondo. La varilla se localizó en el lado interno sombreado de un pequeño muelle de botes en el lado SE de la isla (11°12'32,8" N, 74°13'30,2" W). Una vez insertado el set de registradores en la varilla, este se amarró a una vareta de acero galvanizado de 12,7 cm clavada en uno de los pilotes del muelle. El set fue siempre posicionado aproximadamente a la misma profundidad, lo que se logró estableciendo una distancia fija a la plataforma del muelle mediante un metro de costura atado de forma permanente a la carcasa del registrador de nivel. Los registradores fueron recuperados aproximadamente cada dos semanas (tiempo denominado de aquí en adelante como "período de medición"), llevados al laboratorio para lavado, descarga de datos y nueva programación, y luego vueltos a instalar dentro de unas pocas horas o máximo al día siguiente. El intervalo de medición fue de 30 min.

Figura 2 Disposición en el campo de los registradores electrónicos en el muelle de la laguna La Escollera. A) Registradores de conductividad/ temperatura y nivel del mar/temperatura dentro de sus carcasas protectoras. La flecha marca la varilla de hierro enterrada en el fondo y en la que se inserta el sistema. B) Sistema flotante de luz/temperatura con los registradores ubicados inmediatamente debajo de la superficie (alrededor de 0,01 m), a 0,25 m y 0,50 m de profundidad. 

El registrador U24 midió conductividad, que luego fue convertida a salinidad por el programa HOBOWARE® Pro tras el uso de datos de calibración de temperatura y salinidad obtenidos de forma independiente al inicio y al final del período de medición con una sonda portátil precalibrada YSI® 30 Pro (YSI Incorporated, Yellow Springs, EE. UU.). El registrador U20 midió presión absoluta, que luego fue convertida a profundidad del agua por el programa tras el uso de una medida real de la altura del agua encima del sensor, tomada con el metro de costura al principio del período de medición. No se tuvieron en cuenta las variaciones en la presión barométrica. Para calcular valores mínimos, promedio y máximos, se usaron series de 13 meses (enero de 2017 a febrero de 2018) de salinidad y temperatura y una serie de un año de nivel del mar (enero de 2017 a enero de 2018). Se calcularon y graficaron promedios diarios de temperatura y salinidad en el tiempo para determinar esquemas estacionales. Se registraron (sin medir la precipitación) los episodios de lluvias en el área de El Rodadero y se superpusieron las fechas sobre las series de promedios diarios de temperatura y salinidad a fin de estudiar gráficamente sus relaciones. Para el nivel del mar, se normalizaron los valores absolutos alrededor del nivel promedio (dato menos promedio) usando el promedio de cada período de medición en lugar del general del año con el fin de evitar el efecto de pequeñas diferencias que hubiesen ocurrido entre períodos en la posición vertical del registrador. Las series de temperatura, salinidad y nivel del mar están disponibles en https://siam.invemar.org.co/documentos-detalle/336649. Para realizar comparaciones particulares, datos de la temperatura del aire y la velocidad del viento fueron tomados cada hora en la estación meteorológica de Punta de Betín en la adyacente bahía de Santa Marta (11°24,585' N, 74°21,487' W), obtenidos del Sistema de Información Ambiental Marina (SIAM) del Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras (Invemar) (http://siam.invemar.org.co) y solicitados por medio del enlace http://workflow.invemar.org.co/Forms/accesoadatos.

Es importante aclarar que la temperatura del aire de Punta de Betín puede ser representativa para La Escollera, pero los datos de viento deben ser tomados con precaución, ya que Punta de Betín es un promontorio abierto en una península mientras que la laguna está protegida en dos lados por colinas pendientes y además está rodeada de manglares. Los datos de lluvia de Punta de Betín se descartaron porque no siempre coincidieron con los episodios de lluvia registrados para El Rodadero.

Durante la recuperación y postura de los registradores, también se midió la distribución vertical de salinidad y temperatura en el primer metro de profundidad (cada 0,20 m) con el sensor YSI. La profundidad se midió con una cuerda metrada amarrada al cable del sensor. Estos datos se graficaron para comparar la estratificación de la columna de agua entre las épocas seca y de lluvia y para inferir mezclas luego de fuertes episodios de lluvia. En algunos casos, se calculó el perfil vertical de la salinidad como sigma-t (at) a partir de valores de salinidad (S) y temperatura (T), usando la ecuación de estado del agua de mar a la presión de la superficie, donde at = p(T; S) - 1000. La ecuación fue resuelta mediante los algoritmos de Fofonoff y Millard Jr. (1983) a través de un calculador disponible en la web (https://www.mt-oceanography.info/Utilities/density.html).

Intensidad de luz y temperatura en la columna de agua

La distribución vertical de la temperatura y la extinción de la luz en la columna de agua (como una medida de la transparencia y la luz disponible para la producción primaria) se midieron amarrando tres registradores HOBO® PendantUA-002-08 Temp/Light a un tubo de PVC de 19 cm de diámetro y 0,60 m de largo, el cual tenía un anillo flotante en un extremo (Figura 2B). El tubo se insertó en una varilla de 3 m de largo que se había enterrado en el fondo blando, pero que, en este caso, estaba ubicada en una esquina no sombreada del muelle y con una porción por encima del agua. Los registradores se amarraron de tal manera que el primero quedó ubicado cerca de 0,01 m bajo el agua (de aquí en adelante llamado "en superficie"), el segundo a 0,25 m y el tercero a 0,50 m de profundidad. La flotación libre permitió medir a la profundidad fija con independencia del nivel del mar. La recuperación y postura se llevó a cabo simultáneamente con los otros registradores. Se analizó un año de datos (de marzo de 2017 a marzo de 2018). La temperatura se usó para estudiar la variación vertical diurna con las épocas climáticas. Para la luz, solo se usaron datos de alrededor del mediodía (10:00-13:30, un caso entre las 14:00-15:00) y de los primeros 1-3 días luego de la postura, en los cuales los registradores estaban todavía limpios de sedimentos e incrustaciones (73 días en total). Con estos datos, se calculó el coeficiente de extinción de la luz k para cada día usando la ecuación de Beer-Lambert (I Z = I0 e-KZ, Parsons et al., 1984) mediante regresión de la intensidad de luz con la profundidad, con lo cual se volvió lineal la ecuación, así:

lnIZ = -kZ + lnI 0,

Donde:

I Z = intensidad de luz a cierta profundidad

k = coeficiente de extinción (pendiente de la línea)

Z = profundidad

I 0 = intensidad de luz en la superficie (intercepto de la línea a Z = 0)

Las regresiones se realizaron de forma separada para cada día tomando las medidas disponibles (cada 30 min alrededor del mediodía) como réplicas. Los coeficientes de extinción fueron comparados entre estaciones. A partir de los valores mínimo, promedio y máximo del coeficiente de extinción y de las intensidades de luz incidente en superficie, se graficó la disminución de la luz con la profundidad y se calculó la profundidad, en la que la luz era 1 %.

RESULTADOS

Variación entre épocas

Series de tiempo. Las aguas de la laguna La Escollera fueron, en promedio, cálidas (30,7 °C) y salinas (34,3) (Tabla 1). Las temperaturas y salinidades del agua siguieron el esquema climático local de una época fría y seca con afloramiento y otra cálida y lluviosa (Figura 3). De mediados de diciembre a principios de abril, la laguna tuvo temperaturas menores a 30 °C, las cuales cayeron a un mínimo de 24,6 °C a mitad de enero, en conjunto con la época regional de afloramiento marino y el ligero enfriamiento de la atmósfera durante el invierno del hemisferio norte (llegando hasta 23,1 °C). El resto del año, las temperaturas del aire y de la laguna se mantuvieron más altas (alcanzaron 34,7 °C y 35,0 °C, respectivamente). Las salinidades fueron regularmente más altas en la época seca (> 35) e intermitentemente más bajas en la época de lluvia, en asociación ajustada con las lluvias y escorrentías locales. De hecho, de mediados de septiembre a finales de noviembre, las salinidades cayeron debajo de 30 luego de fuertes aguaceros hasta llegar a 15,1 luego de una semana de lluvias sostenidas a mediados de noviembre (Figura 3). Las velocidades del viento en la bahía de Santa Marta fueron altas en la época seca: los vientos alisios soplaron con una velocidad promedio y máxima de 6,5 m s-1 y 18,6 m s-1, respectivamente. Mientras tanto, para el resto del año, la velocidad del viento estuvo alrededor de 3,8 m s-1 y la máxima velocidad no excedió 15 m s-1 (Figura 3).

Tabla 1 Variación general en salinidad, temperatura del agua y nivel del mar en la laguna La Escollera, y de temperatura del aire y velocidad del viento en Punta de Betín (bahía de Santa Marta), de enero de 2017 a marzo de 2018. Valores calculados directamente de todas las mediciones (intervalos de 30 minutos para las variables del agua y de 1 hora para las atmosféricas). 

Figura 3 Valores promedio diarios de salinidad y temperatura del agua en la laguna La Escollera y de temperatura y velocidad del viento en Punta de Betín (bahía de Santa Marta), de enero de 2017 a febrero de 2018. Las flechas marcan registros de lluvia (chubascos y aguaceros, no medidos). Las dos flechas de la derecha, unidas por barras horizontales, indican una semana de lluvias repetidas (13-18 noviembre). 

Perfiles verticales. Mediciones puntuales de salinidad y temperatura en el perfil vertical (de 0 a 1 m de profundidad cada 0,20 m), efectuadas aproximadamente cada dos semanas con un sensor de mano, permitieron comparar la estructura vertical de la columna de agua alrededor del mediodía entre las épocas seca y de lluvia (Figura 4). En general, en las dos épocas secas cubiertas por los datos (enero-abril de 2017, diciembre de 2017-febrero de 2018) la columna de agua estuvo bien mezclada mientras que en la época de lluvia (mayo-noviembre de 2017) la columna de agua estuvo en general mezclada, pero se estratificó, con bajas salinidades en superficie, luego de episodios de lluvia. Como un ejemplo de la época seca, los datos verticales al mediodía del 13 de enero al 17 de abril (Figura 4, recuadro A) muestran tanto la salinidad alta (> 35) y la columna de agua bien mezclada como la temperatura fresca (< 29 °C), con momentos de condiciones más frías (26 °C). En contraste, dos días luego del primer aguacero fuerte de la época de lluvia de 2017, que ocurrió el 16 de mayo, la columna de agua estaba todavía estratificada (18 de mayo, recuadro B), con salinidades menores en los primeros 0,4 m. La columna de agua estuvo bien mezclada de ahí en adelante (6-30 de junio, recuadro B), aunque menos salina (< 34-35) y más caliente (>29 °C) que en la época seca.

Figura 4 Distribución vertical de salinidad y temperatura en la laguna La Escollera de enero de 2017 a febrero de 2018. Datos tomados aproximadamente cada dos semanas alrededor del mediodía (10:2013:00) con un sensor de mano, de 0 a 1 m de profundidad cada 0,20 m. Los datos en superficie, 0,4 m y 0,8 m se presentan en los dos paneles superiores. Perfiles completos de profundidad marcados en los recuadros A y B se muestran en los paneles inferiores. 

Variación diaria

Nivel del mar. La oscilación del nivel del mar en La Escollera está claramente dominada por la marea, ya que sigue el esquema astronómico mixto del mar Caribe, con dos altas y dos bajas por día, pero de diferente altura, habiendo períodos de mareas vivas (de sicigia) y muertas (de cuadratura) (Figura 5). Dentro de un ciclo lunar dado, a medida que los días avanzan, una de las altas diarias se vuelve más pequeña mientras que la otra incrementa, cambiando de lugar eventualmente en un esquema complejo; en un momento, una de las dos desaparece por uno o dos días (Figura 5). El nivel del mar relativo de un año de mediciones (13 de enero de 2017-13 de enero de 2018) varió entre -0,31 m y +0,37 m, siendo el intervalo máximo de 0,68 m (Tabla 1). Para el período de 28 días mostrado en la Figura 5, el nivel relativo del mar varió entre -0,23 y +0,27 m, siendo el máximo intervalo de 0,50 m. El cambio de nivel del mar entre altas y bajas varió entre 0,04 y 0,44 m, con un promedio de cambio mareal de 0,19 m. Un análisis detallado y la descomposición de la marea (componentes astronómico y meteorológico) se está llevando a cabo en un estudio separado.

Figura 5 Oscilaciones del nivel relativo del mar en la laguna La Escollera durante un período de 28 días (6 de septiembre-3 de octubre de 2017). Datos normalizados para la serie de 28 días (dato menos el promedio de la serie). No se corrigieron valores originales de presión total en el registrador por presión atmosférica. 

Esquemas estacionales de variación diaria. Las figuras 6 a 8 muestran ejemplos de intervalos semanales de variación diaria en la salinidad, temperatura y nivel del mar en la laguna La Escollera, y en la temperatura del aire y la velocidad del viento en Punta de Betín (bahía de Santa Marta). La temperatura del agua fue medida en superficie, a 0,25 m y a 0,50 m de profundidad con los registradores flotantes. El primer intervalo, 22-29 de abril de 2019 (Figura 6), corresponde al final de la época seca, cuando los fuertes vientos alisios que inducen afloramiento disminuyen. Las salinidades permanecieron altas pero estables y las temperaturas fueron relativamente altas y siguieron el ciclo diario de calentamiento en el día y de enfriamiento en la noche. El calentamiento fue ligeramente mayor en la superficie de la laguna que en lo profundo y la columna de agua se enfrió uniformemente en la noche. Los vientos parecieron seguir un patrón algo regular de intensificación en la tarde. La variación diaria del nivel del mar, con su retraso diario de una hora, no pareció relacionarse directamente con las variaciones en la temperatura del agua.

Figura 6 Variación diaria en salinidad (S-fija), temperatura del agua (T-en superficie, 0,25 m y 0,50 m de profundidad) y nivel del mar en la laguna de La Escollera, y de temperatura del aire (T-aire) y velocidad del viento (Velviento) en Punta de Betín (bahía de Santa Marta), del 22 al 29 de abril de 2017. Intervalo de medida de 30 minutos para el agua y de 1 hora para el aire. Los registradores de temperatura flotaron con la marea y medían así a las mismas profundidades mientras que el registrador de conductividad tenía una posición fija y, por lo tanto, cambió de profundidad con la marea. 

El segundo intervalo, 6-13 de septiembre de 2017 (Figura 7), corresponde a la época de lluvia, con un episodio de fuerte lluvia en la tarde del 8 de septiembre (flecha). En general, la salinidad se mantuvo debajo de 34 y poco a poco se volvió menor. Curiosamente, hubo pulsos cortos de menores salinidades, de hasta 3 unidades, no asociados directamente con lluvias, que pueden reflejar la circulación de masas de agua menos salinas en la laguna. Las temperaturas del agua y del aire se mantuvieron altas con la regularidad del calentamiento en el día y de enfriamiento en la noche. Sin embargo, luego de la lluvia del 8 de septiembre, hubo enfriamiento adicional, especialmente en la noche, en superficie (y en el aire). Ese enfriamiento pronto recubrió toda la columna de agua e hizo que los dos días siguientes fueran más fríos, debido posiblemente a un incremento en la velocidad del viento y a la nubosidad generalizada (no medida). Las variaciones diarias del nivel del mar no parecieron relacionadas directamente ni con los pulsos de baja salinidad ni con el enfriamiento o calentamiento luego de la lluvia.

Figura 7 Variación diaria en salinidad (S-fija), temperatura del agua (T-en superficie, 0,25 m y 0,50 m de profundidad) y nivel del mar en la laguna de La Escollera, y de temperatura del aire (T-aire) y velocidad del viento (Vel-viento) en Punta de Betín (bahía de Santa Marta), del 6 al 13 de septiembre de 2017. Condiciones de medición como en la Figura 6. La flecha marca el inicio de un episodio de fuerte lluvia (8 de septiembre, 16:00). 

El tercer intervalo, 13-20 de enero de 2018 (Figura 8), corresponde a la época seca, con alta salinidad (sobre 34 y mayor a 36) y temperaturas del agua menores (la mayoría debajo de 30 °C, aún alrededor del mediodía). Las temperaturas del aire fueron generalmente menores que en abril de 2017 (Figura 6), sin calentarse tanto al mediodía en la mayor parte de días. Los vientos alcanzaron mayores velocidades que en los otros intervalos estudiados. En contraste, cada día ocurrió un enfriamiento nocturno significativo en la superficie de la laguna, el cual temprano en la mañana era 3-6 °C menor en comparación con el mediodía. Sin embargo, hubo episodios puntuales de enfriamiento de 2-3 °C en superficie durante la tarde (14:30-18:30) casi cada día, no asociados con disminución de la temperatura del aire o con vientos más fuertes, pero coincidentes con la mitad inferior de la marea saliente, lo cual quizás indica la circulación de masas de agua más frías.

Figura 8 Variación diaria en salinidad (S-fija) y temperatura del agua (T-en superficie, 0.25 m y 0.50 m de profundidad) y nivel del mar en la laguna de La Escollera, y de temperatura del aire (T-aire) y velocidad del viento (Velviento) en Punta de Betín (bahía de Santa Marta), del 13 al 20 de enero de 2018. Condiciones de medición como en la Figura 6

Mezcla luego de lluvia. Luego de un episodio de fuertes lluvias y escorrentía el 2 de octubre de 2018 (14:3020:30), se pudo seguir el comportamiento de la salinidad y la temperatura en la vertical por los siguientes tres días (Figura 9). Unas 12 horas después del episodio (3 de octubre, 07:50), la columna de agua estaba claramente estratificada con menores salinidades (18,2) y temperaturas (27,8 °C) en superficie (vs. 31,3 para salinidad y 30,0 °C para temperatura a 1 m de profundidad). Unas 5 horas más tarde (13:10), la salinidad y la temperatura superficiales se habían incrementado respectivamente a 24,4 y 31,3 °C. Al día siguiente (4 de octubre, 14:30), los 0,6 m superiores estaban bien mezclados y más salinos (alrededor de 29) y permanecieron así hasta el día siguiente (5 de octubre, 14:30). En suma, unas 42 horas luego de las lluvias, la columna de agua se mezcló por completo, con una salinidad similar a la del mar adyacente (28,3-28,4; la temperatura fue naturalmente más alta en la laguna que en el mar; Figura 9B, 9C). Cálculos de sigma-t para todos los perfiles verticales (Figura 9D) muestra que, mientras la columna estaba estratificada, la densidad era menor en la superficie; por lo tanto, probablemente la mezcla subsiguiente no ocurrió por intercambio vertical termohalino. Aun cuando el enfriamiento nocturno del 3 al 4 de octubre mostró que la capa superficial se puso mucho más fría que las inferiores (Figura 9A), como la salinidad se mantuvo baja, es poco probable que la densidad en la superficie hubiera sido mayor que las de las capas más profundas como para producir mezcla vertical. En cambio, hubo un ciclo mareal completo con un intervalo de 0,35 m entre las mediciones del 3 y el 4 de octubre (Figura 9A). Sin descartar efectos del viento (no considerados, ya que no hay medidas locales de viento), la mezcla pudo haber sido ayudada por la circulación impulsada por la marea.

Figura 9 A) Variación de salinidad (S-fija), temperatura (T-en superficie, 0,25 m y 0,5 m de profundidad) y nivel del mar (2-5 de octubre de 2018). Condiciones de medición como en la Figura 6 (exceptuando el intervalo en blanco, cuando los registradores se recuperaron para limpieza hasta el otro día). Un episodio de fuertes lluvias, que ocurrió el 2 de octubre desde las 14:30 hasta las 20:30, se marca con un rectángulo de borde discontinuo. Las flechas marcan los momentos de mediciones verticales, que fueron llevadas a cabo con un sensor de mano cada 0,2 m en el primer metro de la columna de agua. La flecha discontinua marca las medidas hechas en el mar adyacente. Estos perfiles verticales se representan en B) y C). D) Valores de densidad (como sigma-t), calculados de B) y C). 

Extinción de la luz

Las aguas de la laguna La Escollera usualmente son verdosas, con variada transparencia. Las aguas se volvieron marrones y turbias solo luego de una fuerte escorrentía, cuando se lavaron sedimentos de las colinas adyacentes. Los siguientes resultados sobre los coeficientes de extinción aplican solo para aguas verdosas porque los días en que los registradores de luz estuvieron limpios para producir datos válidos nunca coincidieron con aguas marrones turbias. No se encontró un esquema claro de extinción de la luz ni con las épocas ni con el nivel del mar (datos no mostrados). Los coeficientes de extinción variaron entre 0,020 cm-1 y 0,065 cm-1; esto significa que aproximadamente de 2 % a 6,5 % de la intensidad de luz se perdió por cada 1 cm de profundidad, en comparación con el cm anterior (Tabla 2, Figura 10). En consecuencia, entre 85 % y 100 % de la luz se perdió dentro del primer metro de agua. A partir de cálculos del coeficiente de extinción mínimo, promedio y máximo, en relación con la intensidad de luz incidente, se pudo establecer que las intensidades de luz incidente en superficie al mediodía disminuyeron a 1 % desde 0,26 m hasta 3,70 m de profundidad (promedio de 1,16 m) (Figura 10); esto indica que la luz puede alcanzar el fondo de la laguna.

Tabla 2 Profundidad en la que la intensidad de luz corresponde a 1 % de la luz incidente en superficie en la laguna La Escollera. Lo anterior fue calculado a partir de la ecuación de extinción de la luz de Beer-Lambert usando el coeficiente de extinción (k) mínimo, promedio y máximo y las intensidades de luz incidente en superficie alrededor del mediodía. Datos de 73 días seleccionados en los que los registradores estuvieron limpios (entre marzo 2017-marzo 2018). 

Figura 10 Extinción de la luz en la columna de agua (I Z como proporción de la intensidad de luz en superficie, I0) en función de la profundidad para la laguna La Escollera. Datos y cálculos como en la Tabla 2 (unidades de k son cm-1). 

DISCUSIÓN

Luego de más de 30 años de construcción, la condición del ecosistema de la laguna La Escollera, con su bien desarrollado manglar de borde, es aparentemente buena y saludable. Su estatus trófico, sus principales productores primarios y lo que los impulsa y, asimismo, si el sistema está proveyendo los servicios de guardería y producción esperados (v. g.Knoppers, 1994; Duarte y Cebrián, 1996; Nagelkerken et al., 2008; Cloern et al., 2014) son materia de investigaciones en marcha y lo será de futuras. También falta determinar los posibles impactos de derrames de agua de alcantarilla y de actividades náuticas como descargas de agua de sentina e introducción de especies no nativas (v. g.Foster et al., 2016).

Hasta ahora, durante prácticas de cursos y observaciones de campo, se ha visto una epifauna sésil diversa pero temporalmente variable en el sustrato duro disponible (raíces adventicias de mangle, pilotes, paredes de cemento, lados inferiores de placas experimentales de colonización), en especial filtradores, que en ocasiones son afectados por episodios de fuerte escorrentía y sedimentación. Mediciones esporádicas han mostrado valores relativamente bajos de pH y de oxígeno y valores altos de nutrientes inorgánicos (ver Zea et al., 2017).

La carencia de descarga fluvial constante hace de la laguna La Escollera un estuario negativo, que tiende a ser eurihalino (30-40) y a veces polihalino (18-30) (Vázquez-Botello et al., 2009) y que se ve influenciado principalmente por escorrentía de la cuenca local durante lluvias. En La Escollera, el esquema estacional de salinidad es similar o mayor (> 35, con un máximo de 38,9) al del mar adyacente en la época seca, debido a la evaporación local, e intermitentemente más bajo (< 30, con un mínimo de 15,1) por dilución en la época de lluvia. Lo anterior lo hace similar al esquema estacional de las lagunas costeras estudiadas que están ubicadas en el Caribe colombiano y que carecen de entradas permanentes de agua dulce. Por ejemplo, Laguna Sur (de la bahía de Chengue), una laguna natural mucho más grande localizada en el NE cercano a Santa Marta, muestra salinidades de 37-42 en la época seca y de 31-35 en la época de lluvia, pero baja a 23-29 luego de lluvias (Álvarez-León et al., 1995). Por otra parte, en Ciénaga de los Vásquez, una laguna localizada al sur de la bahía de Cartagena que cuenta con una entrada bastante amplia del mar, la salinidad es similar a la del mar (36) en la época seca y baja (29-34) en la época de lluvia (Pérez y Victoria, 1977).

Con respecto a la temperatura, la poca profundidad y el encerramiento de La Escollera son responsables del calentamiento relativamente fuerte causado por la radiación solar, con temperaturas tan altas como 34,7 °C, mientras que las aguas costeras de la ensenada de Gaira fluctúan alrededor de 27-28 °C (Franco, 2005). El mayor calentamiento en la superficie en comparación con 0,25 m y 0,50 m de profundidad durante el día, frecuentemente seguido de enfriamiento del agua superficial en la noche, se comporta como se espera de un cuerpo de agua que se calienta desde la superficie hacia abajo por radiación incidente en el día y que pierde calor en la noche por convección hacia el aire. Esta laguna se enfría (hasta llegar a 25-26 °C) en la época seca. Lo mismo pasa en la cercana Laguna Sur, de la bahía de Chengue, con temperaturas mínimas de 26 °C en la época seca, atribuidas a la entrada de aguas de afloramiento (Álvarez-León et al., 1995). En contraste, en las lagunas kársticas de Cocoliso y Ciénaga de los Vásquez, cerca de Cartagena, donde no hay afloramiento, las temperaturas son regularmente altas durante todo el año (28-32 °C) y llegan a 26 °C, pero luego de tormentas (Pérez y Victoria, 1977; Castillo et al., 1992).

Este enfriamiento de La Escollera y Laguna Sur probablemente ocurre también por pérdida de calor convectivo y evaporativo, nocturno y por vientos; en la época seca, las temperaturas del aire son ligeramente menores (por el invierno del hemisferio norte) y soplan los fuertes vientos alisios en el área. De hecho, el enfriamiento nocturno de 3-6 °C de la capa superficial de La Escollera es la norma en esta época. Sin embargo, es claro que las aguas frías del afloramiento costero (23-26 °C, cf. Franco, 2005) entran en la laguna por la circulación impulsada por la marea. La ocurrencia de picos de enfriamiento superficial de 2-3 °C durante el día en la época seca en La Escollera, no asociados a bajas temperaturas del aire, podrían ocurrir por hundimiento rápido de aguas superficiales a causa de enfriamiento evaporativo debido al viento (Castillo et al., 1992), pero también por la circulación de las aguas frías del afloramiento costero a través de la laguna.

Los perfiles verticales (hasta 1 m de profundidad) en el día (alrededor del mediodía) de salinidad y temperatura en la laguna La Escollera muestran que la norma es una columna de agua bien mezclada, excepto luego de fuertes lluvias cuando la columna de agua se estratifica, con las capas superficiales menos salinas que las profundas. Los perfiles verticales también siguen el esquema estacional de aguas frías y saladas en la época seca y de más calientes y menos salinas en la época de lluvia. El mismo esquema estacional de columnas bien mezcladas vs. estratificadas ocurre en las aguas costeras de la ensenada de Gaira, pero en una mayor escala vertical (Franco, 2005). La ocurrencia en la época seca de algunos días en que la columna de agua estuvo uniformemente fría al mediodía (v. g. 26 °C) indica que las aguas de afloramiento están entrando en la laguna más que estén siendo enfriadas por la noche o el viento. De hecho, la mezcla bastante rápida (de horas hasta cerca de dos días) que fue documentada para la columna estratificada que se formó luego de un fuerte aguacero no puede explicarse por intercambio vertical al aumentar la densidad en superficie por enfriamiento nocturno, pero sí por circulación debida a la marea.

En lagunas costeras estranguladas como La Escollera, con una sola entrada larga y angosta, se asume que la circulación es impulsada más por vientos y escorrentía que por oscilaciones de la marea porque el canal amortigua las fluctuaciones del nivel del mar (Kjferve y Maguill, 1989; Kjferve, 1994). Sin embargo, la oscilación del nivel del mar dentro de La Escollera sigue la marea astronómica regular mixta del área, siendo de la misma magnitud que la de la costa (datos inéditos). Esto muestra que, de alguna manera, la morfología del canal permite que la marea entre y salga sin que haya, en apariencia, mucha disipación, y esto fuerza la circulación. Quizás porque la laguna está rodeada de manglares altos y no tiene quebradas que desembocan en ella, los vientos y la escorrentía tienen influencia mínima o esporádica en la circulación. Considerando una laguna de 1,5 m de profundidad y la diferencia mínima (0,04 m), máxima (0,44 m) y promedio (0,19 m) entre marea alta y baja en el mes lunar presentado en la Figura 5, el volumen que entra o sale de la laguna variaría de 0,04 % a 29,3 % (promedio 12,7 %) durante cada intercambio mareal. Con dos entrantes y dos salientes por día, en promedio, un equivalente de alrededor de 51 % del volumen de la laguna sería intercambiado cada día con el mar y alcanzaría 80 % durante las mareas vivas. Para confirmar lo anterior, se requiere un análisis más detallado del papel de la marea en la circulación, el cual se encuentra en desarrollo.

El régimen lumínico en las aguas de la laguna La Escollera es tal que la producción primaria en la mayor parte de la columna de agua es posible. Sus aguas verdosas son indicativas de una relativamente alta densidad fitoplanctónica y, por lo tanto, de fotosíntesis. Los niveles de oxígeno medidos (de la mañana al mediodía) son bajos (ca. 1,7-2,83 mgL-1) en comparación con los del canal exterior y el mar (> 5 mgL-1, cf. Zea et al., 2017) y, además, muestran que los procesos que llevan a su consumo son significativos. Se están llevando a cabo mediciones de oxígeno, producción primaria y respiración; los resultados se publicarán por separado. Las medidas de transparencia del agua no mostraron un esquema de variación estacional ni estuvieron relacionadas con la marea, lo que presenta un escenario complejo del control de la biomasa fitoplanctónica. Los coeficientes de extinción de la luz muestran que esta regularmente alcanza el fondo, puesto que 1 % de la luz incidente al mediodía puede alcanzar más de 1 m de profundidad y hasta casi 2 m en condiciones promedio de transparencia. En efecto, en parte del fondo de la laguna existen gruesos tapetes del alga verde Caulerpa sertularioides, que parecen ser estacionales.

Las observaciones y datos presentados proveen la base para desarrollar preguntas de investigación sobre el papel de (1) las variables físicas en la circulación y descarga de agua y en el transporte de sedimento (y en mantener el canal abierto); (2) la circulación y su variabilidad en la producción primaria y la respiración, tanto pelágica como bentónica, y (3) eventos extremos de alta escorrentía y sedimentación y de agotamiento de oxígeno en la sucesión de la comunidad epifaunal.

AGRADECIMIENTOS

Roberto Lemaitre, dueño de la discoteca La Escollera, generosamente permitió la entrada al área para estos estudios. Los celadores, Martín y Ramón, fueron siempre muy amables y serviciales. La sede Caribe de la Universidad Nacional de Colombia financió los costos de los equipos y el programa de Posgrado en Ciencias-Biología, línea Biología Marina financió los costos del laboratorio y de los cursos. La Universidad Autónoma de Madrid dio respaldo institucional a la estancia académica de NEG-L en el Instituto de Estudios en Ciencias del Mar (Cecimar), Santa Marta. Néstor Campos (sede Caribe) y Pedro Ricardo Dueñas (Universidad de Bogotá Jorge Tadeo Lozano) sirvieron de enlace y dieron soporte conceptual. Ernesto Mancera (sede Bogotá) y Jairo Medina (sede Caribe) llevaron a cabo cursos y prácticas de posgrado en La Escollera y proveyeron ideas y datos obtenidos por los estudiantes. Andrés Osorio (sede Medellín) asesoró en oceanografía física. Brigitte Gavio (sede Bogotá) identificó el alga verde. Los estudiantes de pregrado Jessica Reyes (sede Palmira), Ballantyne Puin (sede Medellín) y Juan Manuel López (sede Bogotá) ayudaron significativamente durante el trabajo de campo. Contribución 497 de Cecimar y del programa de Posgrado en Ciencias-Biología, línea Biología Marina, de la Universidad Nacional de Colombia, sede Caribe.

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Recibido: 08 de Agosto de 2019; Aprobado: 04 de Junio de 2020

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