CARACTERIZACIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE FACIES
SEDIMENTARIAS EN LA BAHÍA DE CARTAGENA, COLOMBIA

Franco Arias, D.A.¹; Restrepo López, J.C.²; Sanabria Ruíz, N.Y¹, Gutiérrez J.C.³.

E-mail: dfrancoarias@criba.edu.ar, restrepocj@uninorte.edu.co
¹ Grupo de Investigación en Estratigrafía, Instituto Colombiano del Petróleo ECOPETROL-Universidad Industrial de
Santander, Bucaramanga - Colombia.
² Universidad del Norte (Uninorte), Instituto de Estudios Hidráulicos y Ambientales (IDEHA) - Grupo de Física Aplicada,
Departamento de Física, Barranquilla - Colombia
³ Área de Manejo Integrado de Zonas Costeras, Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas CIOH - Dirección ]]> General Marítima, Cartagena - Colombia

En el análisis sedimentológico de 253 muestras de sedimentos de fondo y borde de playa de la Bahía de Cartagena, se identificaron 26 facies sedimentarias. Las muestras fueron tomadas con draga tipo Van Veen para el fondo, multimuestreador de sedimento tipo Beeker y apiques para los bordes de playa. Las muestras fueron tamizadas y se obtuvieron 15 categorías de acuerdo al tamaño de grano, posteriormente se realizó el análisis de carbonato de calcio (CaCO₃) usando el calcímetro de Bernard. Los sedimentos fueron clasificados de acuerdo con el tamaño medio de grano y el contenido de CaCO₃, para definir las facies sedimentarias existentes, donde la facies lodo litoclástico es la más representativa y se distribuye en la bahía interna y externa; al norte y sur de la Isla de Tierra Bomba. Se encontró que durante los últimos 30 años la distribución de las facies sedimentarias ha experimentado variaciones significativas: en la bahía interna ha disminuido el contenido de CaCO₃ y al suroeste ha disminuido el tamaño de grano y el contenido de CaCO₃; como resultado del creciente aporte de sedimentos del Canal de Dique y las condiciones oceanográficas presentes. Estas condiciones hidrodinámicas favorecen la meteorización y erosión de las formaciones coralinas presentes en el Caribe Colombiano.

Palabras clave: Sedimentos, Facies, Bahía de Cartagena, Caribe Colombiano.

CHARACTERIZATION AND DISTRIBUTION OF SEDIMENTARY FACIES OF
CARTAGENA BAY, COLOMBIA.

ABSTRACT

In the sedimentological analysis of 253 sediment samples from the edges and the bottom of the Cartagena bay, we identified 26 sedimentary facies. Samples were taken with Van Veen dredge for the bottom sediment Beeker multisampler and test pits for shorelines. Using the Bernard calcimeter we carried out the calcium carbonate (CaCO₃) analysis in every sieved sample. Sediments were classified according to the average grain size and content of CaCO₃, to define the existing sedimentary facies, where mud litoclast facies was the most representative and distributed to the north and south of the Tierra Bomba in the internal and external bay. We found that during the past 30 years the distribution of sedimentary facies has experienced significant changes: in the inner bay the content of CaCO₃ has decreased and in the southwest the grain size and content of CaCO₃ have decreased, as a result of the sediments contribution from Canal del Dique and present oceanographic conditions. These hydrodynamic conditions contribute to the weathering and erosion of coral formations present in the Colombian Caribbean

Keywords: Sediment, Facies, Cartagena bay, Colombian Caribbean.

La Bahía de Cartagena está ubicada en el noroeste de Suramérica, en el Mar Caribe. Está conformada por la bahía interna; ubicada al norte y la bahía principal o externa, conectada al Mar Caribe por los estrechos de Bocachica y Bocagrande (FIGURA 1). La bahía ha sido considerada un depósito de ambiente sedimentario moderno, influenciado por procesos continentales de tipo fluvial (Canal del Dique) y oceánicos (energía del oleaje, mareas y deriva litoral del Mar Caribe). Se ha encontrado que estos procesos han generado una depositación con variaciones espaciales significativas en la composición y la clasificación textural de los sedimentos (Vernette, 1982; Andrade et al., 2004; Restrepo et al., 2013).

En los últimos 40 años Cartagena se ha posicionado como un centro de desarrollo económico, urbanístico, turístico y portuario en el Caribe Colombiano. Este desarrollo ha estado estrechamente relacionado con la evolución de la Bahía de Cartagena (SPRC, 2009). Por lo tanto, ésta ha sido motivo de varios estudios sedimentológicos y ambientales. Solé De Porta (1960) describió las asociaciones palinológicas del Plioceno; Vernette et al. (1984) estudiaron la evolución morfológica y sedimentológica de la flecha litoral del Laguito entre los años 1632 y 1774; Klingebiel y Vernette (1978) analizaron la composición sedimentológica en la plataforma continental entre Cartagena y la desembocadura del rio Magdalena; Martínez et al. (2010) discutieron el origen geológico de las terrazas de Tierrabomba y su efecto en los ciclos de sedimentación de la bahía. Recientemente, Andrade et al. (2004) y Restrepo et al. (2013) destacaron los cambios en la distribución de los sedimentos superficiales y la creciente influencia del Canal del Dique sobre la sedimentación de la Bahía de Cartagena.

Las facies se definen como un cuerpo de sedimentos que presentan características litológicas, estructurales y orgánicas apreciables en campo, que operan con parámetros físicos, químicos y biológicos en un ambiente sedimentario (Boggs, 1987), permiten definir las características de los procesos geológicos del sistema depositacional desarrollado. La sedimentación de la plataforma continental del Caribe colombiano está influenciada por la mezcla de aportes terrígenos y alquímicos afectados por la dinámica marina, Vernette (1982) estandarizó los criterios sedimentológicos de clasificación de sus fondos utilizando parámetros de tamaño de grano y valores de contenido de CaCO₃. Al determinar las características y la distribución de los sedimentos de fondo se puede contribuir al entendimiento de los procesos de sedimentación en la Bahía de Cartagena, ejemplo de un sub-ambiente de depositación, en la que además se presentan modificaciones a los procesos típicos de este tipo de sub-ambientes en cortos lapsos de tiempo como resultado de la actividad portuaria y marítima. Las características geológicas de la cuenca, resultado del continuo aporte de sedimentos de origen continental transportados a través del canal del Dique (Urbano et al., 1992), el diapirismo de lodo presente en el Caribe, el progresivo deterioro de las formaciones arrecifes (Cendales, et al., 2002) y la dinámica de los sedimentos como resultado de la acción de las corrientes fluviales y marinas, permiten la identificación de características sedimentológicas que pueden ser utilizadas en estudios posteriores basados en la aplicación del principio del actualismo (Boggs, 1987).Otros factores importantes que afectan la dinámica de las facies en los últimos 30 años, son las continuas actividades de dragado e intervención costera y portuaria que se han presentado en la bahía (LEH-MINTRANSPORTE, 1988; Cormagdalena, 2004; Universidad Nacional, 2007).

METODOLOGÍA

Se diseñó una malla con una resolución espacial de 0.5 km para recolectar 234 muestras de sedimento superficial de la Bahía de Cartagena (FIGURA 1). La campaña de recolección de muestras fue efectuada entre octubre de 2008 y junio de 2009. Las muestras fueron obtenidas por medio de una draga tipo Van Veen operada desde una embarcación equipada con un sistema GPS/Garmin con una precisión de ± 5.0 m. Con el fin de obtener una representación de los sedimentos en el borde y controlar la extensión de las unidades, se recolectaron 19 muestras de borde de playa con un multi-muestreador de sedimento fino tipo Beeker y apiques. Las muestras fueron caracterizadas macroscópicamente usando lupas binoculares y posteriormente se determinó el contenido de CaCO₃.

La preparación de las muestras para los análisis incluyó el secado de 200 gr a 70°C durante 24 horas para remover el contenido de humedad y la aplicación de 0.25 g de (NaPO₃)6 para evitar la floculación de partículas. La distribución del tamaño de grano elaborada mediante el tamizaje permitió discriminar la fracción gruesa (≥63 μm) de la fracción lodosa (tamaños menores a 63 μm), y obtener 15 categorías de clasificación de acuerdo con el tamaño de grano (TABLA 1). Para lograr una mayor discriminación de la fracción lodosa se requiere de la aplicación de técnicas que superan el alcance de este estudio, en tanto que con la clasificación aplicada es posible realizar una comparación con los resultados propuestos por Vernette (1982). Sin embargo se logra identificar muestras de composición textural de lodos como arcilla, debido al menor tamaño de la partícula que permiten clasificarlos en este grupo, sabiendo que es una subdivisión de los lodos (Folk, 1974). El contenido de CaCO₃ se determinó a partir de 0.25 g de muestra de sedimento normalizada con 4 ml de HCl (10%), utilizando el calcímetro de Bernard, SJ, Gutiérrez y Bernuil (2004).

El análisis textural de las muestras de sedimento se realizó por medio del programa GRADISTAT (Blott, 2008), que calcula mediante los métodos de Folk y de momentos los estadísticos de tamaño de grano (i.e. media, clasificación, asimetría y curtosis). Estos datos fueron utilizados para agrupar los sedimentos dentro de la clasificación textural basada en el diagrama triangular (FIGURA 2) y la nomenclatura para sedimentos no consolidados propuesta por Folk (1974) (TABLA 1). Por su parte, la clasificación composicional se determinó a partir del contenido de CaCO₃ (%), siguiendo el esquema propuesto por Vernette (1982) (TABLA 2). Se definieron 26 facies sedimentarias de acuerdo con la clasificación textural (gravas, arenas, lodos y arcillas) y composicional (litoclástico, litobioclástico, biolitoclástico y bioclástico) de las muestras de sedimento. El límite espacial de las facies se determinó a partir de la información sedimentológica (TABLA 3), la configuración batimétrica e información hidrodinámica de la bahía suministrada por el CIOH para el año 2009 y la extrapolación de puntos de control, siguiendo la metodología propuesta por Tearpock and Bischke (1990). Se utilizaron 254 puntos de control distribuidos cada 0.5 km en el fondo de la bahía, y 19 en la zona litoral (FIGURA 1).

RESULTADOS

Clasificación Textural y Contenido de CaCO₃

En esta sección se comparan los datos de estudio con los resultados de composición textural y contenido de CaCO₃ reportados por el CIOH, 1983. La bahía interna presenta una variación del tamaño de grano de 0.5 a 6 en unidades de Φ (phi) y de contenido de CaCO₃ entre 9 y 50%. En sectores aledaños a la Isla de Manzanillo se observa una disminución del tamaño de grano de 0.5 a 6 en unidades de Φ (phi) con contenido de CaCO₃ superior al 85%. En el borde de playa del sector de Albornoz el tamaño de grano aumenta (8 a 1Φ) presentando arenas lodosas con contenido de CaCO₃ entre 50 y 90%. En el borde de playa del sector del Bosque se observa un aumento en el tamaño de grano (8 a 1Φ) y el contenido de CaCO₃ se eleva de 15 a 85%.En el sector de Castillo Grande las variaciones en el tamaño de grano y contenido de CaCO₃ no son significativas; presentando arenas finas con porcentajes menores al 15% de CaCO₃. En el sector norte de la Isla de Tierra Bomba se presenta contenido de CaCO₃ menor al 15%. En el sector este de la Isla de Tierra Bomba se presenta una disminución del tamaño de grano (0.5 a 6Φ) y un porcentaje menor de 15% en el contenido de CaCO₃. En la parte sur-este de la Isla de Tierra Bomba se presenta una variación en el tamaño de grano de 0.5 a 4Φ con contenido de CaCO₃ entre 10 y 45%. En el sector de Mamonal se observa una disminución del tamaño de grano de 0.25 a 6Φ representado en lodos con contenido de CaCO₃ menor al 15%. En el sector de Bocachica se observa una disminución del tamaño de grano (0.5 a 6Φ) de arenas gruesas a lodo grueso con contenidos de CaCO₃ similares. Se observan cambios notorios en los sedimentos de tamaño gránulos especialmente en la parte suroeste; donde antes se presentaban gránulos bioclásticos y ahora se presentan lodos acompañado de una disminución del contenido de CaCO₃.

Debido a la influencia de la deriva litoral y las corrientes oceánicas, se observa una diferencia en los análisis de los sedimentos de la bahía interna y la bahía principal. En la bahía interna (FIGURA 3a); se observa la ausencia del tamaño grava y predominio del tamaño lodo, mientras en la FIGURA 3b se observan tamaños entre arenas, gravas y predominio del tamaño lodo.

Caracterización de facies sedimentarias

A partir del análisis de 234 muestras de fondo y 19 muestras del borde de playa se lograron identificar 26 facies sedimentarias que varían desde arcillas (FIGURA 4a) hasta grava areno lodosa bioclástica (FIGURA 5l). Destacando que la facies lodosa se presenta en mayor porcentaje (68%), se caracterizan por presentar tonos oscuros, indicadores de composición con minerales máficos de origen continental procedentes de corrientes fluviales. Las facies arenosas presentan una variación entre tonos oscuros y claros, los claros se deben a la presencia de restos de composición calcárea resultado de la meteorización y deterioro de las formaciones coralinas presentes en los alrededores de la bahía, texturalmente los granos tienen un grado de redondez que varía entre redondeados, subredondeados y subangulares, con restos de conchas, bivalvos, caracoles y corales de la especie Acropora cervicornis, entre otros. A continuación se resumen las características examinadas en las muestras (TABLA 3); en especial la litología y el contenido de CaCO₃ para determinar las facies y su distribución en el área.

En algunos sectores de la bahía se encuentran especies vivas indicadoras de la actividad biológica actual, entre ellos arrecifes coralinos (FIGURA 4b) hábitat de gusanos marinos como el poliqueto sedentario (FIGURA 4c), y otras especies de crustáceos como cangrejos (FIGURA 4b) y langostinos (FIGURA 4e) cuyo hábitat es en la profundidad de aguas dulces o saladas someras de climas templados.

Distribución espacial de las Facies Sedimentarias de la Bahía de Cartagena

Con las facies definidas anteriormente se genera el mapa de distribución facial de los sedimentos, dicho mapa ha sido elaborado utilizando los parámetros de distribución de contenido de CaCO₃, granulometría, la batimetría y la circulación de las corrientes del área de estudio (FIGURA 6). La facies de lodos litoclásticos se encuentra en mayor porcentaje (~51,2%) en toda la bahía, se observa fundamentalmente un sentido norte-sur en la parte central de la bahía externa y dominando la bahía interna. Las arcillas litoclásticas están distribuidas desde la desembocadura del canal hasta la parte norte de la bahía, siguiendo el patrón trazado por la pluma de turbidez del Canal del Dique. La facies arena gravosa litoclástica se encuentra distribuida en los bordes de las áreas correspondientes a la parte este y sureste de la Isla de Tierra Bomba y en la parte aledaña a la península de Barú. Facies como arena lodosa ligeramente gravosa biolitoclástica, arena gravosa biolitoclástica, arena litoclástica, grava lodosa litoclástica; se encuentran distribuidas localmente en sectores aledaños a Bocachica, parte este de la península de Barú, sector aledaño a Bocagrande y en la parte central de la bahía (Albornoz y Caño de Loro) respectivamente. (FIGURA 6).

DISCUSIÓN

Se encontró un alto porcentaje de sedimentos de tipo lodo litoclásticos; originados por la dinámica fluvial del Canal del Dique y la actividad de los diapiros de lodo característicos del tectonismo activo de los domos y las chimeneas del Caribe y las formaciones presentes en zonas aledañas. Adicionalmente se encontraron arenas bioclásticas y litoclásticas. Las bioclásticas son resultado de las formaciones coralinas; presentan restos de conchas de bivalvos, gasterópodos y corales de tipo Porites porites, Acropora palmata, Acropora cervicornis y Agaricia.

Las litoclásticas constituyen el resultado de procesos geológicos, agentes oceanográficos y la intervención del hombre con la construcción de espolones para estabilizar áreas susceptibles a la erosión. Los procesos geológicos involucrados son la meteorización, erosión, transporte, depositación de los sedimentos y los agentes oceanográficos como la deriva litoral, las mareas, el viento y el clima. La presencia de las facies bioclásticas en la parte sur de la bahía interna, al sur y este de Tierra Bomba, está determinada por el alto porcentaje CaCO₃ proveniente de los procesos de meteorización y erosión de los arrecifes coralinos, fragmentos de moluscos, espículas, foraminíferos y algas calcáreas que se encuentran en la Isla de Tierra Bomba. De acuerdo con el CIOH (1983) la Bahía de Cartagena estaba conformada por gránulos, arenas gruesas y finas, limos y lodos; con predominio de facies de tipo arenas gruesas litobioclásticos y biolitoclásticas en la parte sur de la Isla de Tierra Bomba, en Bocachica y al norte de Barú; facies de arenas finas litoclásticas en Bocagrande; facies de limos y lodos litobioclásticas y biolitoclásticas en la bahía interna y lodos litoclásticos en la parte norte de la bahía. Posteriormente, Andrade (2004) determinó que la mayor concentración de CaCO₃ se encontraba en la parte norte de la bahía interna, el sector de Bocachica y al norte de la Península de Barú. Lo anterior indica que existen diferencias en la distribución de los sedimentos superficiales y el contenido de CaCO₃ reportados por el CIOH (1983) y Andrade et al (2004) en relación con este estudio.

En un periodo de 24 años la Bahía de Cartagena ha pasado de poseer un fondo caracterizado por arenas, lodos y limos con dominio de las facies limo biolitoclástico, lodo litoclástico y litobiolitoclástico (CIOH, 1983) a presentar un dominio marcado por las facies arcillas y lodo litoclástico identificadas en este estudio. Las posibles causas de este cambio en la distribución de facies superficiales pueden ser: 1. Las condiciones climáticas han generado mayor aporte de aguas de origen continental con sedimentos litoclásticos; provenientes del rio Magdalena, 2. El diapirismo de lodo y formaciones con sedimentos litoclásticos; transportados por el Canal del Dique y depositados en la bahía. 3. Las condiciones oceanográficas han desarrollado una turbidez de bajo grado; que permite una mayor selección y depósito de partículas finas formadas por arcillas con partículas de composición coralina. 4. El dragado y el continuo movimiento de los sedimentos como resultado del funcionamiento del puerto marítimo presente en la bahía. 5. Los cambios químicos y biológicos presentes en el fondo de la bahía.

El cambio en la distribución facial de los sedimentos del fondo de la bahía está influenciado por la desembocadura del Canal del dique; por lo tanto, las características químicas y biológicas de la bahía continuarán generando la meteorización y erosión de las formaciones coralinas durante los próximos años.

Durante los últimos 24 años el fondo de la Bahía de Cartagena ha mostrado variaciones en la distribución sedimentológica. Se observó una disminución de tamaño medio de grano en sectores como La bahía interna, Manzanillo, sur- este de Tierra Bomba, Mamonal y Bocachica. El tamaño medio de grano aumentó en el sector de Albornoz y mientras que en los alrededores del sector Castillo Grande parte norte de la bahía se observa que el tamaño fino es constante, mostrando que en general para el año 2009 se presenta mayor presencia de arcillas, lodos y arenas finas en la parte central y sur. Esto último se manifiesta por la formación de una pluma de sedimentos en el Canal del Dique que se extiende hasta el norte de la bahía; formada básicamente por detritos de tamaño arcilla y tamaño lodo.

El aporte de sedimentos con composición calcárea se debe a la alta presencia de formaciones arrecifales en el subsuelo del Caribe Colombiano, los cuales han sufrido procesos de meteorización y erosión producto de la dinámica fluvial y las condiciones oceanográficas de la bahía generando depósitos que incluyen restos de conchas de bivalvos, gasterópodos, corales de varios tipos y material detrítico. La presencia de las formaciones coralinas y el delta del Canal del Dique han generado una variación lateral de las facies, debido a que estas dos fuentes de sedimentación presentan diferente génesis y por tanto difieren en las condiciones y agentes oceanográficos que permiten su sedimentación.

AGRADECIMIENTOS

Los autores expresan sus agradecimientos a Juan D. Colegial y Alberto Ortiz F., Directores del Grupo de Investigación en Estratigrafía (GIE) - Universidad Industrial de Santander; Convenio 005 de la Unidad de Investigación del Instituto Colombiano del Petróleo y a los CN Juan M. Soltau y CN Esteban Uribe, Directores del Centro de Investigaciones Oceanográficas e Hidrográficas, por su impulso a los acuerdos de Cooperación Académica entre estas instituciones. Se destaca la contribución del personal del Área de Manejo Integrado de Zonas Costeras del CIOH y del Laboratorio DRX del Instituto Colombiano del Petróleo (ICP). Se agradece al geólogo Nelson Rangel por sus valiosos comentarios en las etapas iniciales, así mismo al geólogo Omar Camilo Montenegro y otro revisor anónimo por sus sugerencias para la culminación de este manuscrito.

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