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:

lnI_Z = -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 %.

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).