ASPECTOS DE LA CIRCULACION COSTERA SUPERFICIAL DEL CARIBE MEXICANO CON BASE EN OBSERVACIONES UTILIZANDO TARJETAS DE DERIVA

Trabajo recibido el 12 de septiembre de 1984 y aceptado para su publicación cl 12 de noviembre de 1984.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

Hasta 1980, la capacidad de investigacion marina de México era relativamente limitada y concentrada en ciertas Areas, debido a la necesidad de una mayor infraestructura. A partir de este año con la adquisición del buque oceanogrfifico "EI Puma- se amplió la capacidad de investigación en la costa Pacífica en forma considerable, y desde 1982 con la disponibilidad del buque oceanográfico "Justo Sierra" sucedió lo mismo para la costa Atlántica del país. Una de las regiones: menos estudiadas es la que corresponde al Caribe mexicano, que puede definirse como la región oceánica situada frente al margen oriental de la Peninsula de Yucatán hasta la altura del limite internacional con Belice, es decir, la porción noroccidental del Mar Caimán (Parr, 1937). Así, ante la posibilidad de realizar ya una serie de estudios sistemáticos en esta región, utilizando los buques oceanogrfificos, se inició en 1983 un programa de investigación denominado "Prospección del Caribe Mexicano", en el cual se reunían en forma multidisciplinaria una serie de estudios exploratorios sobre diferentes aspectos oceanográficos de la región.

Uno de los aspectos más importantes a estudiar en el área es la circulación superficial. Si bien, existen ya estudios de circulación bastante completos del Mar Caribe como los de Wust (1964) y Gordon (1967) entre otros, y se han publicado también investigaciones sobre la circulación del Mar Caimán específicamente como los realizados por Emilsson (1971) y Molinari (1976), existe muy poca información sobre la circulación cerca de las costas mexicanas.

La importancia del conocimiento de los patrones de circulación costera en esta región del litoral mexicano reside en una multitud de procesos y fenómenos que están íntimamente relacionados con estos patrones (Merino et al., 1980). Entre los más evidentes están la dispersión y distribución de las larvas plantónicas de organismos (johnson y Brinton, 1963), que viven asociados a la barrera arrecifal coralina que existe a lo largo de esta costa. Algunos de estos organismos tienen un alto valor comercial por lo que están siendo explotados, como es la langosta espinosa (Lozano, 1983). Otros, representan recursos de un alto valor potencial por su contenido de fármacos de difícil síntesis como son algunos octocorales (Moreno et al., 1980). Los patrones de circulación costera en la región tienen también una fuerte influencia sobre la distribución y estructura comunitaria de los constructores arrecifales en si, y por tanto sobre el desarrollo arrecifal mismo (Jordan et al., 1982), influyendo con esto sobre la gran diversidad de especies asociadas. Otro fenómeno, para la predicción del cual es necesario conocer la circulación costera, es la dispersión de contaminantes en la región. En este sentido la posibilidad de derrames de hidrocarburos provenientes de accidentes o de la explotación petrolera en el Caribe representa un grave peligro (Botello, 1978). -

Entre los días primero y quince del mes de octubre de 1983 se llevó a cabo el primer crucero dentro del programa de investigación mencionado. Esta campaña, denominada PROIBE-1 y realizada a bordo del B/O "Justo Sierra", incluyó entre sus actividades un estudio preliminar de la circulación costera superficial del Caribe mexicano utilizando tarjetas de deriva.

Este tipo de flotadores han sido utilizados con éxito por diversos autores, como por ejemplo Tomczak (1965). Se decidió emplearlos para este estudio por el tipo de imagen general de la circulación superficial que es posible generar con ellos, pudiéndose identificar con esta visión zonas o fenómenos de particular interés o importancia, para posteriormente realizar estudios más específicos con otro tipo de técnicas. Se prefirió el uso de tarjetas sobre las botellas de deriva, pues con las primeras es posible liberar cantidades mucho mayores por el mismo costo y esfuerzo, lo cual representa una gran ventaja en un estudio prospectivo.

En este artículo se presentan los resultados de esta investigación; la cual abarcó el área correspondiente a las aguas situadas dentro del Caribe mexicano hasta una distancia máxima de 60 millas náuticas de la costa, y que está comprendida entre los 18° 11' y los 21° 54' de latitud Norte, y entre los 86° 15' y los 87° 54' de longitud Oeste. En la figura 1, se destacan las principales característícas morfológícas y asentamíentos humanos del área de estudio.

Los cuerpos de deriva utilizados fueron tarjetas de cartón plastificado colocadas dentro de una bolsa de polietileno sellada, junto con un peso y una pequeña cantidad de aire. Las tarjetas llevaban impreso un texto solicitando la contestación de un cuestionario que pedía información sobre la fecha, hora, lugar y condiciones en que fue encontrada la tarjeta. La bolsa de polietileno fue del mayor espesor disponible (700 milésimas), y fue sellada mediante calor por triplicado. El peso utilizado fue una rondana adherida en una esquina de la tarjeta. Esta posición determina que las tarjetas floten inclinadas (Fig. 2), por lo que, al tener éstas forma rectangular, los ejes de resistencia al agua y al aire son distintos, y se minimiza el arrastre por viento al orientarse las tarjetas en dirección paralela a éste. La cantidad de aire fue ajustada para que sólo aproximadamente un 10% de la tarjeta saliera del agua a una salinidad de 35 partes por mil. Las tarjetas fueron arrojadas en grupos de 100, con un número identificador común, en las 46 posiciones indicadas en la figura 3 y listadas en la Tabla 1.

Fig. 1. Área de estudio

Fig. 2. La disposición de los ejes de resistencia de las áreas expuestas al aire y al agua minimiza el efecto del viento sobre las tarjetas.

La zona sur de la costa del estado de Quintana Roo (entre Tulum y Xcalak), es una de las menos pobladas del país; se encuentra en un fuerte aislamiento, no contando con teléfono, telégrafo, ni correo en la mayoría de los ranchos del área. Esta situación hubiese determinado una muy baja recuperación de tarjetas de esta zona a través del mecanismo de envío por correo. Para resolver este problema, se realizó un recorrido en enero de 1984, por las brechas que recorren esta parte de la costa. Durante este viaje se obtuvo un número considerable (74) de tarjetas directamente de las personas que las encontraron; así como la información relativa al lugar, momento y condiciones en que fueron halladas. Además, se situaron las poblaciones o puntos mencionados en las tarjetas recibidas por correo provenientes de esta zona, y se recopilaron las observaciones de los pescadores y habitantes de cada lugar sobre la circulación costera. Dado que la pesca de especies arrecifales que se practica en estas costas requiere del buceo y de la navegación en embarcaciones pequeñas entre las formaciones arrecifales, la práctica de estas actividades determina que los pescadores de la zona tengan un buen conocimiento, aunque empírico y descriptivo, de los principales patrones de circulación costera.

Fig. 3. Estaciones de liberación de tarjetas durante el crucero PROIBE-1 (1 al 15 de octubre de 1983).

Hasta el mes de junio de 1984, habían sido recuperadas un total de 244 tarjetas de las 4,600 liberadas, lo que representa un porcentaje de recuperación del 5.3%. Este valor es similar a los obtenidos en otros estudios realizados en el Mar Caribe y zonas adyacentes: Staculp y Metcalf (1972) recobraron el 2 % de las 1000 botellas que liberaron en las Antillas Menores. Luedemann (1967), y Luedeman y Pereira (1976) obtuvieron 7.4 y 3 % de recuperación, respectivamente, para los lanzamientos que realizaron al noreste de Brasil. Emi1sson y Mancilla (1978), y Murphy et al., (1975) recobraron el 4.2 y 7.4 %, respectivamente, al liberar botellas de deriva en estaciones distribuidas ampliamente por el Mar Caribe y el Golfo de México. Todos estos trabajos utilizaron botellas de vidrio como cuerpos de deriva, mientras que en el presente trabajo se utilizaron tarjetas. Si bien en otras ocasiones se ha observado una mayor eficiencia de recuperación utilizando botellas (Magliocea y Luedemann, 1970), este trabajo es un ejemplo de que en estudios costeros o en áreas no muy extensas, las tarjetas de deriva pueden funcionar con una eficiencia de recuperación similar a la de las botellas a escala oceánica.

TABLA 1 ESTACIONES DE LIBERACIÓN DE TARJETAS DE DERIVA

En la figura 4, se presentan los puntos en que fueron encontradas las tarjetas. Como puede apreciarse, todas las tarjetas recobradas en tierra arribaron a las penínsulas de Yucatán y Florida. La única excepción son dos tarjetas del grupo 16 que fueron encontradas en la costa de Cuba. Del total de 244 tarjetas recuperadas, el 12.7% (31 tarjetas) fueron recibidas en la Península de Florida, mientras que el 86.5 % (211 tarjetas) arribaron a la Península de Yucatán, concentrándose la mayor parte de la información en la circulación de la zona costera de Quintana Roo, como era objetivo de este trabajo.

En la figura 5, se ha representado en forma gráfica el destino que tuvieron las tarjetas lanzadas en cada estación. Las estaciones marcadas con un círculo son aquellas de las cuales todas las tarjetas recibidas fueron recuperadas en las costas este y norte de la Penísula de Yucatán o en las aguas cercanas a esta penísula, mientras que las estaciones marcadas con un triángulo son aquellas de las cuales todas las tarjetas recibidas se recobraron en el margen oriental de la Península de Florida. Cabe mencionar que únicamente de dos estaciones (33 y 37) se recuperaron tarjetas tanto de Florida como de Yucatán. Puede observarse que existe un agrupamiento espacial con base en la divisón mencionada, distinguiéndose tres regiones de acuerdo a la línea punteada de la figura. La región A corresponde al área dentro de la cual la deriva de una u otra forma termina por llevar las tarjetas a la costa de Yucatán, por lo que la denominamos el área de circulación costera. La región B corresponde a las aguas que probablemente continuaron su camino a través del canal de Yucatán, entraron al Golfo de México y cruzaron el estrecho de Florida, siguiendo el patrón de circulación oceániea (Wust, 1964), por lo que podríamos denominar a esta región como de circulación oceánica. En la región C están los grupos de tarjetas de las cuales no ha sido recobrada ninguna tarjeta. Esto puede deberse a que estas aguas probablemente entraron a formar parte de la Corriente del Lazos o quizá de uno de los remolinos que pueden desprenderse de ésta (Cochrane, 1970), y por lo tanto, no arribarán a una costa hasta tiempos más largos similares a los de los cuerpos de deriva liberados en el Golfo de México durante otros estudios (Murphy et al., 1975; Emi1sson y Mancilla, 1978); o bien, la mayoría de las tarjetas han sucumbido antes de llegar a la costa, debido a que su vida media es probablemente menor a estos tiempos, caso en el que no se obtendrán recuperaciones de esta área. La estación de liberación 21 fue incluida en esta región debido a que, aunque sí se recuperaron tarjetas, todas fueron encontradas en alta mar, y no arribaron a ninguna de las dos penínsulas. Esta estación parece encontrarse en el vértice de unión de las tres regiones, recuperándose tarjetas a ambos lados de la zona C, pero no dentro de ella. Sin embargo no hay que perder de vista que esta situación pudiera también deberse a errores al llenar el cuestionario las personas que encontraron las tarjetas.

Fig. 4. Puntos de recuperación de las tarjetas. La cifra entre paréntesis indica el número de tarjetas recuperadas de cada estación.

Fig. 5. Clasificación de las estaciones de liberación de tarjetas de deriva en base a los puntos donde fueron recuperadas.

En la zona norte del litoral de Quintana Roo (de Isla Cozumel hacia arriba), esta separación en regiones parece ser muy clara, e incluso la zona A parece extenderse hasta una distancia más o menos constante de la costa (5 a 8 mn). En cambio, al sur de la Isla Cozumel el fenómeno no es tan evidente, pues se presentan las dos estaciones de las cuales se recuperaron tarjetas tanto de Yucatán como de Florida (Fig. 4). En el caso de la estación 33 esto puede deberse a que se encuentre en el límite de las dos regiones, mientras que en la estación 37 la causa probable sería más bien la turbulencia generada por el Banco Chinchorros. Una situación similar a ésta puede ser la del grupo 16 que, habiendo sido liberado sobre el Banco Arrowsmith, fue encontrado (2 tarjetas) en la costa de Cuba. Otro elemento a considerar en esta situación puede ser la intensidad y variación que presentan las corrientes oceánicas en las zonas norte y sur. Mientras en la zona norte todos los reportes coinciden en la existencia de un fuerte y definido flujo hacia el norte con su eje cercano a la costa de Quintana Roo (Gordon, 1967; Molinari y Cochrane, 1972); las observaciones al sur de Cozumel son más controvertidas: algunos investigadores consideran que el flujo aquí es también hacia el norte (Wust, 1964), es decir, que la corriente de Yucatán se extiende a lo largo de la penísula; mientras que otros autores han observado que el transporte en esta región tiene una dirección oeste es decir, hacia la costa (Secretaría de Marina, 1980).

Se consideró útil mantener la separación por regiones descrita anteriormente para analizar las estimaciones de tiempo de deriva y velocidades medias.

Los tiempos de deriva estimados usando cuerpos de deriva retornables por correo suelen ser una sobrestimación del tiempo de deriva real, debido a que el flotador puede pasar bastante tiempo en la orilla antes de ser hallado. Ante esta situación, aquellas tarjetas encontradas en alta mar tienen un elevado valor en la estimación de tiempos de deriva y el cálculo de velocidades medias, dado que no existe este tipo de error en estos casos. Sin embargo, otros errores al llenar el cuestionario pueden invalidar la información, por lo que es necesario seleccionar las tarjetas que no presenten errores evidentes (como por ejemplo indicar que la tarjeta fue encontrada en fecha anterior a su lanzamiento), para poder hacer cálculos aceptables. Así, en la Tabla 2 se presentan los valores obtenidos para una selección de las tarjetasencontradas en alta mar (indicando con un asterisco) que se consideraron confiables.

En dicha tabla se incluyen también cálculos para tarjetas encontradas en tierra, seleccionadas con el mismo criterio, y tratando de presentar valores para la mayoría de las estaciones de liberación. Es importante mencionar que la sobre estimación del tiempo de deriva puede ser particularmente significativa para este grupo debido a que la distancia recorrida es pequeña y el tiempo también, pudiendo el error tener un alto valor relativo.

Existe también error en el cálculo de las velocidades medias (calculadas usando la distancia más recta posible entre los puntos de lanzamiento y recuperación sin cruzar por tierra), pero en este caso se trata siempre de una subestimación. Por ello, para los cálculos se escogieron las tarjetas con menor tiempo de deriva (y por tanto mejores estimadores) para cada grupo de tarjetas, obteniéndose velocidades medias de deriva entre 0. 10 y 1. 62 nudos para esta zona. Los valores de las tarjetas halladas en alta mar en cambio, oscilan entre 0.55 y 2. 10 nudos, lo cual podrían indicar que la subestimación representa un error relativo del orden del 30 %. Las velocidades más bajas corresponden a las trayectorias de deriva más cercanas a la costa o a tarjetas que derivaron al oeste del Cabo Catoche (por ejemplo, tarjetas 46, 45, 44, 43, 34, 30, 10 4, 3 y 2), mientras que las velocidades más altas corresponden a las trayectorias de deriva más directamente asociadas a la Corriente de Yucatán (por ejemplo: tarjetas 27, 18, 21, etc.).

TABLA 2 ESTIMACIONES DE TIEMPO DE DERIVA Y VELOCIDAD ES MEDIAS DE TARJETAS SELECCIONADAS DE LA REGIÓN A

El tiempo de deriva para esta región es de este caso, el problema para hacer estimaciones de velocidad está en la trayectoria utilizada para el cálculo. No resultaría válido utilizar la trayectoria más corta posible entre Yucatán y Florida pues la Corriente del Lazo tiene una forma que se aleja bastante de esta trayectoria. Por otro lado, también se presentan diferencias importantes en los distintos informes sobre este fenómeno, las cuales se deben probablemente, entre otras cosas, a la variabilidad que presenta. Por una magnitud y homogeneidad mayores. Los valores menores para cada uno de los grupos de tarjetas oscilan entre 234 y 534 horas (o bien 9.7 y 22.2 días) como puede verse en la Tabla 3. En ello, tratando de acotar las estimaciones de velocidad por ambos extremos, se presentan los cálculos tanto para la trayectoria más corta posible como para la más larga reportada para la época (Nowlin, 1972). Los valores pueden observarse en la Tabla 3 en las columnas de la derecha. Estos valores oscilan entre 1 y 3 nudos, lo cual concuerda bastante bien con las velocidades descritas para las corrientes oceánicas involueradas (Cochrane, 1963; Molinari, 1976).

TABLA 3 ESTIMACIONES DE TIEMPO DE DERIVA Y VELOCIDADES MEDIAS DE TARJETAS SELECCIONADAS DE LA REGIÓN B

Analizando los puntos de liberación y recuperación de los grupos de tarjetas de la Región A se puede observar que la gran mayoría viajaron en dirección paralela a la costa (N-NE) antes de recalar en ella. En los casos en que alcanzaron Cabo Catoche aún flotando, fueron encontradas en la costa norte de la península o a corta distancia de ésta. Esto sugiere que a partir de este punto derivan al oeste también en forma paralela a la costa. Lo anterior parece resultar de la internación entre la morfología y topografía de la zona y la Corriente de Yucatán, generándose un flujo paralelo a la costa tanto en el litoral oriental como en el norte de la península.

Sin embargo, existen también tarjetas que viajaron en dirección sur sobre la margen oriental de la península, pertenecientes a las estaciones 29, 30, 32, 41, 44, 46 y 2.

Este lanzamiento fue realizado desde Puerto Morelos, al desembarcar, y las tarjetas fueron observadas derivando hacia el sur hasta perderse de vista.

Fig. 6. Esquema tentativo de la circulación superficial en el Caribe Mexicano para la época estudiada.

Otra evidencia que refuerza esta interpretación es el hecho de que las tarjetas que derivan al sur nunca son halladas más allá de la siguiente punta inmediata en esa dirección, mientras que al viajar al norte pueden rebasar una o más puntas importantes. Un caso en el que resulta particularmente evidente este tipo de circulación, es el de la estación 44 en el que las tarjetas fueron recalando hacia el sur a lo largo de la costa hasta la siguiente punta y algunas se recibieron pasando la primera punta hacia el norte. En la figura 7, se presentan los puntos de recuperación de las estaciones 44 y 41 y las posibles trayectorias, mostrando con ellas la forma propuesta para los giros. Este tipo de patrones de circulación costera pueden explicarse en términos de la internación entre la fuerte corriente hacia el norte y la topografía de la costa. Por un lado, en su encuentro con las puntas o zonas que interfieren su flujo, la corriente puede ocasionar acumulación de agua sobre estas zonas del litoral, que limitada por la misma costa, tendería a fluir hacia el sur. Por otra parte, en las zonas cóncavas inmediatas hacia el norte de las puntas y en las ensenadas, el fuerte flujo en dirección paralela a la costa puede generar gradientes negativos de presión en estos puntos completando la formación de giros entre puntas consecutivas.

Fig. 7. Trayectoris}as propuestas para las tarjetas recuperadas de las estaciones 41 y 44, ejemplificando los giros mencionados.

Si bien tanto las observaciones de los habitantes y pescadores de la zona como las del autor indican la existencia de este tipo de giros, en ambos casos se ha observado también que la íntensidad, extensión y aún existencia de éstos varían fuertemente con el tiempo debido probablemente a los efectos del viento y de las mareas sobre la circulación, los cuales deben ser considerados en estudios posteriores. De aquí que es necesario advertir que el esquema propuesto de circulación costera probablemente es válido solamente para la época del año en que fue realizado el experimento, y quizá para este período de observación en concreto exclusivamente. Sin embargo, las observaciones mencionadas que corresponden a períodos de varios años y los argumentos teóricos expuestos permiten plantear este esquema como una primera aproximación a la circulación costera superficial del Caribe mexicano. Será necesario en un futuro verificar la estabilidad de este patrón de circulación así como las variaciones que presente el mismo, y correlacionarlo con las variaciones metereológicas y oceánicas periódicas y aperiódicas.

A partir de lo discutido, es posible inferir los siguientes efectos para la época estudiada:

1) Los objetos, organismos y contaminantes que se encuentren en el agua superficial cerca de la costa a todo lo largo del margen oriental y parte del margen norte de la Península de Yucatán tenderán a derivar hacia la costa de la península. Este efecto es muy probable hasta una distancia de 5 millas náuticas de la costa.

2) Al sur de la Isla Cozumel, la mayoría de ellos también derivarán hacia la costa desde una distancia de hasta 30 m.n. en las inmediaciones del Banco Chinchorro. En cambio, al norte de los 200 de latitud, la deriva a una distancia de la costa más allá de 8 a 14 millas se dará hacia el eje de la Corriente de Yucatán, pudiendo existir transporte hacia el Golfo de México, la Península de Florida o la Isla de Cuba.

3) Dentro de la zona costera, la deriva será hacia el norte, excepto ya muy cerca de la costa en que podrá ser hacia el sur. Al norte de Cabo Catoche la deriva será hacia el oeste en dirección paralela a la costa.

4) Si bien en la zona costera, la deriva tenderá a llevar los flotadores hacia la costa normalmente, por lo que éstos estarían en cierta forma "atrapados" en la zona costera, la existencia de los giros mencionados podría permitir una deriva hacia el norte al menos hasta otros puntos de la Península de Yucatán (como en el caso de las estaciones 44 y 2).

El autor desea expresar su agradecimiento por su colaboración a las siguientes personas: Particularmente a Ingvar Emilsson, quien asesoró el trabajo a lo largo de todas sus etapas, incluyendo la revisión del manuscrito final. En este aspecto, se agradece también a Steven Czitrom la revisión del texto. A todos los integrantes de la Campaña PROIBE-1 quienes participaron en la elaboración y lanzamiento de las tarjetas, y especialmente a Enrique Lozano quién estimuló con entusiasmo la realización de este trabajo. A Óscar Canul quien acompañó al autor en el recorrido costero en busca de tarjetas. Finalmente, a Leticia Espinosa y jesús Rivera quienes colaboraron en el procesamiento de la información y en la realización de las figuras.

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