MODIFICACION A UN NUCLEADOR LIGERO Y ECONOMICO PARA MUESTREAR SEDIMENTOS SIN DISTURBARLOS

Trabajo recibido el 30 de noviembre de 1983 y aceptado para su publicación el 12 de mayo de 1984.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

En los últimos veinte años, se ha iniciado un gran número de estudios concernientes a investigar el destino de ciertos contaminantes y la diagénesis reciente, esto se ha hecho analizando los componentes del agua intersticial y las capas o láminas de los sedimentos. Para obtener tal información ha sido necesario desarrollar técnicas de muestreo que además de preservar el acomodo de los estratos, conserven la capa béntica y agua que acompañan al material sedimentario en su posición original. Consecuentemente, tanto geoquímicos, sedimentólogos, paleontólogos y especialistas en contaminación requieren de muestras de sedimento sin disturbar para conocer más en detalle los procesos que ocurren en la columna sedimentaria y su entorno.

En la actualidad existe una gran variedad de muestreadores disponibles (Bourna, 1969; Myers, 1969; Ingham, 1975, Buller y McManus,1979 y otros), sin embargo, la adquisición de la mayoría de ellos es costosa o en algunos casos la bibliografía no dé a conocer los detalles de construcción. Adicionalmente, las limitaciones económicas y la dificultad. para obtener ciertos materiales hacen indispensable diseñar o modificar sistemas de muestreo menos costosos y de fácil fabricación.

El nucleador descrito a continuación es una modificación al sistema de muestreo diseñado por Meischner y Rumöhr (1974); el cual consiste de un tubo abierto impelido a través del agua, la capa béntica y sedimentos, de manera que el material que posteriormente constituye la muestra se introduce sin sufrir aceleración, permitiendo conservar la interfase agualsedimento.

Las modificaciones que en el presente trabajo se hacen al nucleador de Meischner y Rumöhr (1974) consisten básicamente en una sustitución del tipo de material que sujeta los tubos y en el aumento en las dimensiones del mismo. Esto permite colectar núcleos con una sección transversal tres veces mayor a la de los obtenidos por el diseño original. En esta nota se describen características y ventajas de la versión modificada, así como algunas observaciones sobre su operación.

En la figura 1, se presenta un diagrama esquemático a escala del nucleador. El cuerpo rígido (1) está formado por un tubo metálico, de 26 cm de largo y 9.23 cm de diámetro interior, un tubo de nylon, cuidadosamente ajustado, funciona como forro interno (2) de este cuerpo. Dos aletas están soldadas al tubo en ángulo recto, siendo una de ellas móvil (3) y la otra fija (4); la móvil lleva acoplada una tapa (5) que ajusta en el tubo de nylon sobre un empaque de hule (O-ring) (11), que sustituye al sello de hule utilizado en el modelo original. La tapa está formada por una placa metálica y un tapón de nylon. Desde los extremos de las aletas el nucleador es suspendido por el cable acerado (cable del güinche hidrográfico o geológico). El sistema de suspensión es ajustado de forma tal que la orientación del nucleador sea vertical cuando la válvula esté abierta (Figs. 2 y 3). A fin de evitar que el cable se distorsione, es recomendable utilizar uno o dos destorcedores. La tapa es mantenida en posición abierta por un péndulo de liberación (6), el cual se coloca en la aleta fija, este arreglo es estable mientras se mantenga tenso el cable (Fig. 3). Cuando el nucleador penetra en los sedimentos la tensión es interrumpida y el péndulo libera a la tapa y regresa a la posición vertical, quedando libre la válvula y abierto el tubo mientras no se proceda analizar el nucleador.

Fig. 1. Diagrama esquemático que muestra un corte de la sección transversal del nucleador. 1) Tubo metálico; 2) Tubo de nylon; 3)Aleta móvil; 4) Aleta fija; 5) Tapa; 6) Péndulo de liberación; 7) Tubo de acrílico o PVC; 8) Opresores de acero; 9) Cinturón de acero o brida; 10) Discos de ploma; 11) Empaque de hule (O-ring); 12) Abrazadera.

Fig. 2. Recuperación del núcleo colectado en el Golfo de California (22°30.4'N, 108°55.1'W) durante el crucero PALEO II en agosto de 1983.

El forro interno de nylon sujeta al tubo de acrílico (7) o PVC (cloruro de polivinilo) mediante un tope interno amortiguado por un empaque de hule (O-ring), debido a que los tubos pueden tener defectos en su diámetro, los opresores de acero (8) ayudan junto con la abrazadera universal a mantenerlos fijos; otra función de los opresores es la de sostener fijo el nylon, además de servir de apoyo a un cinturón de acero (brinda) (9) que sirve para asegurar los discos de plomo (10); cuatro de éstos con ~ 14 kg cada uno, son suficientes para operar con un muestreador de este tipo.

El material más adecuado para el tubo metálico es el acero inoxidable, sin embargo el hierro (no vaciado) es apropiado pero requiere un buen mantenimiento. Tanto el nylon como el resto de materiales empleados en la construcción del nucleador fueron adquiridos en el país. Los trabajos de torno y soldadura se llevaron a cabo en talleres de la localidad.

Antes de utilizar el nucleador es recomendable realizar los ajustes necesarios sobre el sistema de cierre. Para lograr el buen funcionamiento de este sistema, es aconsejable dejar un pequeño espacio (~mm) entre las tapas de nylon y metal, es importante que esta unión se haga mediante tornillos que permitan regular dicha separación.

Los pesos así como el largo de los tubos son seleccionados de acuerdo al tipo de sedimento esperado y objetivos de dicho muestreo. Así sobre un rango dado y tipo de sedimento, la longitud del núcleo es proporcional al peso del nucleador y la velocidad de caída.

La operación de este nucleador en aguas oceánicas requiere de una embarcación con una plataforma de lanzamiento adecuada que permita suspender el equipo por encima de la superficie. Las embarcaciones oceanográficas cuentan con este tipo de estructuras. No obstante al trabajar en aguas poco profundas como son lagos, lagunas y estuarios es necesario realizar algunas adaptaciones en las lanchas o botes. Anderson y Hess (1969) y Da Silva-Pinto et al. (1980) describen un excelente diseño para operar adecuadamente con este tipo de nucleador.

Una vez preparado el nucleador con los pesos este puede izarse sobre la plataforma de la embarcación; dos personas son suficientes para maniobrar además del operador del güinche. Antes de izar es conveniente colocar el péndulo de liberación sobre el tornillo de la tapa. El descenso del nucleador puede ser controlado con la ayuda de la ecosonda y una pasteca "cuentametros- o por una marca en el cable para dejar el nucleador a 10-50 m arriba del fondo, una vez que el nucleador alcanza esa profundidad es r mendable dejarlo reposar unos minutos para posteriormente bajarlo a media velocidad o caída libre. Durante el cruceroPALEO II, agosto de 1983, se colectó un núcleo de 1.2 m (siendo de 80 cm la fase sólida) a una profundidad de 2,970 m (Golfo de California; 22°30.4'N y 108°55. 1'W) haciendo descender el nucleador con un peso de ~70 kg a una velocidad de 15-20 m/min. En la figura 2, se observa la parte superior del núcleo colectado, nótese que la zona de interfase no se alteró ni mezcló con el agua suprayacente.

Fig. 3. Fases de operación del nucleador A. Posición en caída libre antes de llegar al sedimento (nótese cómo la tapa se mantiene abierta por el péndulo de liberación). B. Penetración y pérdida de tensión en el cable. C. Inicio de la recuperación del nucleador y cierre de la tapa. D. Izado del nucleador

En profundidades de este orden es aconsejable dar un exceso de cable (30-80 m) para asegurar la llegada del nucleador al fondo, es difícil producir una sobrepenetración debido al asentamiento de los pesos sobre el sedimento (Fig. 3). Sin embargo, el exceso de cable es riesgoso ya que puede ocasionar que el muestreador se deslice y acueste perdiéndose parcial o totalmente el material. La recuperación del nucleador del fondo deberá ser lenta y sólo cuando se encuentre éste en la columna de agua se debe izar a mayor velocidad hasta colocarlo por encima de la plataforma. Mientras un operador asegura el nucleador en posición vertical y mantiene fija una tapa en la parte inferior, otro procede a aflojar los opresores y abrazadera, para separar el núcleo y quedar listo para su observación y análisis (Fig. 2).

La Tabla 1, presenta una estimación de los costos y rangos de las dimensiones y pesos de los nucleadores más usados en Oceanografía y Limnología. Dicha tabla permite comparar los diferentes tipos de nucleadores, además de señalar algunas observaciones sobre su operación.

Es evidente que los nucleadores que proporcionan mayor cantidad de muestra son más costosos y complicados de operar, los de gravedad y el de pistón a diferencia del tipo caja perturban a veces considerablemente el acomodo sedimentario por lo que no es posible realizar satisfactoriamente ciertos estudios como fechado y producto de incorporación y salida de componentes sedimentarios.

El presente estudio permite enumerar las siguientes ventajas de la versión modificada de Meischner y Rumöhr (1974).

TABLA 1 CARACTERÍSTICAS GENERALES DE ALGUNOS NUCLEADORES EMPLEADOS EN OCEANOGRAFÍA Y LIMNOLOGÍA

1. El diseño modificado permite colectar núcleos con un área en la sección transversal de 33.2 cm² mientras que el diseño original extrae núcleos de 10.2 cm².

2. Comparado con una gran cantidad de nueleadores, éste muestrea conservando la zona de interfase, la cual en muchos estudios es necesario analizar.

3. El material que constituye la muestra no hace contacto con partes metálicas, lo cual es deseable en las investigaciones relacionadas con el análisis de metales pesados.

4. Debido a sus dimensiones y el poco peso, este nucleador es sencillo de operar; de tal forma que su uso no requiere de grandes áreas, ni estructuras especiales para maniobrarse.

5. Además de ser un sistema de muestreo económico, este nucleador es de fácil construcción.

No obstante estas ventajas, este nuevo diseño puede resultar inadecuado en los estudios en que se requiera obtener núcleos más largos o mayor cantidad de material.

A Guillermo Altamirano López y Adrián R. Guerrero Hernández quienes realizaron los trabajos de torno y soldadura. A. Adolfo Molina-Cruz quien gentilmente brindó las facilidades para probar el nucleador durante el crucero PALEO-II. A Mario Gutiérrez Estrada por sus sugerencias en la realización del manuscrito, a José Luis Rojas Galaviz y Ricardo Medina Jacobo por cuyo conducto la Secretaría Técnica del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la UNAM y el ProyectoCONACYT (clave PCCBBNA-021995) apoyaron el financiamiento para construir el nueleador.

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