ESTUDIO SEDIMENTOLÓGICO REGIONAL DE PLAYAS DE YUCATÁN Y QUINTANA ROO, MÉXICO

Trabajo recibido el 21 de noviembre de 1986 y aceptado para su publicación el 8 de junio de 1987.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo tiene como principal objetivo proporcionar la información sedimentológica básica a nivel regional del litoral correspondiente a los estados de Yucatán y Quintana Roo, para lo que fue necesario:

1) caracterizar texturalmente a los sedimentos del ambiente de playa, en sus zonas infralitoral, mesolitoral y supralitoral; así como analizar la relación que guardan estos sedimentos con la pendiente del frente de playa.

2) conocer la composición de los sedimentos litorales a lo largo de playas dispuestas al norte y al este de la Península de Yucatán.

3) identificar las estructuras sedimentarias, tomando en cuenta su tipo, abundancia y distribución en las tres sub-zonas litorales.

Dentro de los trabajos antecedentes relacionados con investigaciones sedimentológicas del área estudiada se cita a Hoskin (1963) quien estudió a los organismos y sedimentos calcáreos del Arrecife del Alacrán en Yucatán. Logan (1969) y Logan et al. (1969) estudian los sedimentos carbonatados asociados a los arrecifes, así como sus implicaciones durante los cambios eustáticos ocurridos durante el Pleistoceno y el Holoceno, en el nor-noreste de la plataforma. Wilson et al..(1969), Ward (1970, 1973, 1974a y b); Ward y Brady (1973); Ward y Wilson (1974) y Harms et al. (1974) dirigieron sus investigaciones a ambientes de megarrizaduras de fondo en la parte nor-oriental de la península. Brady (1974) enfocó sus estudios al origen, depósito y diagénesis de sedimentos lagunares en el noreste de Yucatán, proponiendo modelos de interpretación en antiguas rocas de ambiente lagunar.

Asimismo, cabe mencionar a Aguayoet al. (1978), quienes analizan los ambientes sedimentarios de Tulum, Cancún e Isla Mujeres en el estado de Quintana Roo, destacando la importancia sedimentológica de esta región en la investigación de los diferentes ambientes de depósito pleistocénicos y holocénicos.

Fisiográficamente la Península de Yucatán comprende tres zonas (López-Ramos, 1973; Raisz, 1964): a) la que se ubica en la porción norte de la península y se caracteriza por presentarse como una región plana de naturaleza calcárea y con una ligera inclinación en dirección norte-sur; b) la que aparece limitada de la anterior por la "Sierrita" caracterizándose por ser más elevada e irregular y c) la localizada al este y sureste de la misma península, y que está constituida por una superficie ligeramente ondulada en cuya costa aparecen extensiones pantanosas bordeadas por arrecifes coralinos.

La Península de Yucatán carece en su porción norte-central de expresiones hidrográficas a pesar de la importante precipitación anual (que en Yucatán es de 1000 mm y en Quintana Roo de 1300 mm anuales), encontrándose en la parte sureste de la misma el Río Hondo como la expresión hidrográfica más importante, que además sirve de límite entre la República Mexicana y Belice. (Fig.1).

De acuerdo con la clasificación de Kóppen (García, 1970) el clima M Estado de Yucatán es estepario con escasas lluvias (X'S) presentándose en el resto del estado como tropical con lluvias (A) que además aumenta en humedad hacia el sureste. Para Quintana Roo, el clima es tropical con lluvias en verano (Aw), teniendo variaciones de temperatura, pluviosidad y oscilación térmica.

En relación a los vientos, se sabe que los que dominan son los alisios. Los "nortes" llegan a la península después de haberse iniciado en Canadá y hacer un recorrido con dirección norte-sur, trayendo como consecuencia vientos y marejadas de gran intensidad desde el norte hasta el sureste.

Los huracanes o ciclones que generalmente aparecen a fines de junio y predominan en agosto, son generados en la porción atlántica oriental, provocando vientos con trayectorias circulares que se levantan en forma de torbellinos adquiriendo de esta forma velocidad y potencia.

La corriente que baña las costas de la Península de Yucatán es uno de los ramales en que se divide la Corriente del Atlántico Norte y que viene desde el Mar de las Antillas, ésta bordea los litorales del Golfo de México hasta llegar a la Península de Florida, la otra bordea el litoral oriental de Cuba para posteriormente unirse a la primera en la Península de Florida para juntas dirigirse al Atlántico Norte hacia las Islas Británicas (Tamayo, 1974).

Las rocas más antiguas de la Península de Yucatán (López-Ramos, 1983) son metamórficas y constituyen un Basamento Paleozoico que en la porción nororiental de la península forma un alto estructural que aportó durante el Jurásico Inferior sedimentos terrígenos hacia el interior de la península, existiendo así interdigitaciones e intercalaciones de evaporitas y lutitas carbonosas, así como evaporitas y dolomías asociadas con areniscas submaduras oxidadas.

Datos de PEMEX han registrado andesitas, bajo lechos rojos, consideradas como derrames sobre el basamento original (López-Ramos, 1983).

En el Cretácico inferior se presentaron una serie de regresiones y transgresiones, llegando a emerger completamente la porción norte-central de la plataforma al finalizar el Cretácico generando el depósito de brechas y conglomerados con clástos de anhidrita, calizas y dolomías.

En la porción occidental fueron detectados depósitos de margas, dolomías, derrames andesíticos, areniscas y horizontes de bentonitas (Aguayo et al., 1978).

Figura 1. Localización de la Área de Estudio.

Durante el Terciario y Cuaternario el nivel del mar osciló en varias ocasiones, produciéndose como consecuencia depósitos someros de plataforma y de evaporitas restringidas en ambientes de supramarea (Aguayo et al.,1978). Fue en una transgresión del Pleistoceno y Holoceno cuando sucedió una amplia distribución de sedimentos carbonatados en el litoral de la península llegando a alcanzar el nivel del mar cinco metros arriba del actual originando sedimentos de ambientes cólicocostero y de playa (Ward y Wilson, 1974).

Durante el mes de noviembre de 1982 se llevó a cabo un recorrido en el litoral de la Península de Yucatán, llegándose a colectar un total de 74 muestras de playa correspondientes a las zonas infralitoral, mesolitoral y supralitoral, cuya localización puede observarse en la Figura 1.

Se excavaron trincheras de 80 cm de lado por 40 cm de profundidad, con el fin de observar las estructuras sedimentarias presentes (Lám.1), tomándose junto a cada una de ellas núcleos de 40 cm de longitud, mismos que fueron radiografiados posteriormente en el Centro Médico de la UNAM (Lám.2).

Lámina 1. Estructuras Sedimentarias. a) Trinchera en zona supralitoral con estratificación masiva, en Cancún, Q. R.; h) Rizaduras por viento sobre dunas fijadas por plantas en zona supralitoral, en playa La Punta, Yuc,; e) Trinchera en zona supralitoral con estratificación paralela presentando un horizonte de conchas; d) Marcas de reflujo en V en zona mesolitoral y marcas de oleaje en la parte superior. Playa Telchac, Yuc,; e) Marcas de oleaje y presencia de conchas en zona supralitoral. Playa La Punta, Yuc.

Fueron levantados perfiles topográficos (Fig.2) en cada una de las playas, estimándose la altura de las rompientes y se determinaron las estructuras sedimentarias presentes considerando su distribución y abundancia (Tabla l).

Las muestras se separaron en materiales gruesos y finos, tamizándose los gruesos mediante una serie de tamices U.S. standard de -3 a 4 con intervalos de 114 de, siguiendo el método propuesto por Folk (1909).

Por otro lado, los sedimentos finos fueron pipeteados cada unidad de acuerdo con el método del mismo autor.

Posteriormente con los datos obtenidos fueron graficados los datos granulométricos para así determinar los porcentiles con los que se obtuvieron los parámetros estadísticos (Tablas 2 y 3) y así poder establecer las características granulométricas de los sedimentos.

A las arenas muestreadas se les determinó el color de acuerdo con las Cartas Munsell de color de suelos (Kollmorgen Coroporation, 1975), tanto en seco como en húmedo. (Tabla 4).

La composición de los sedimentos muestreados se determinó observándolos en un microscopio binocular (Tabla 5), con lo que pudo establecer el porcentaje de cada uno de los componentes específicos y que son en orden de abundancia: biogénos, intraclastos y oolitas.

Lámina 2. Radiografías de los núcleos tomados en las Playas de Yucatán y Quintana Roo, México. a) Celestún, Yuc., b) Sisal, Yuc.; c) Chicxulub, Yuc.; d) Telchac, Yuc.; e) Dzilam de Barvo, Yuc.; f) La Punta, Yuc.; g) Cancún, Q.R.; h) Puerto Morelos, Q. K; i) Playa del Carmen, Q. R.; j) Chacmol, Q. R.; k) Punta Allen, Q. R.; 1) Mahuahual, Q. R.; m) Puerto Angel, Q. R.; n) San Manuel, Q. R.

Figura 2. Perfiles de Playa.

Se prepararon láminas delgadas de estos sedimentos en la Facultad de Ingeniería las que fueron observadas en un microscopio petrográfico convencional y de las cuales se sacaron fotomicrografías (Lám.3).

Los sedimentos de acuerdo a su tamaño fueron caracterizados aplicando la clasificación de Folk (1962, 1969) para sedimentos calcáreos (Tabla 4).

Finalmente, los mecanismos de transporte para las partículas fueron determinados, de acuerdo al método gráfico propuesto por Visher, (1969).

TABLA 1 ESTRUCTURAS SEDIMENTARIAS ME = MUY ESCASAS, P = PRESENTES, MA = MUY ABUNDANTES, I = INFRALITORAL, M = MESOLITORAL, S = SUPRALITORAL

TABLA 2 PARAMETROS ESTADISTICOS, FORMULAS Y LÍMITES UTILIZADOS MODIFICACIONES DE R. L. FOLK (1969)

TABLA 3 PARÁMETROS ESTADÍSTICOS I.- ZONA INFRALITORAL, M.- ZONA MESOLITORAL S.- ZONA SUPRALITORAL

TABLA 4 COMPOSICIÓN DE LOS SEDIMENTOS DE LOS ESTADOS DE YUCATÁN Y QUINTANA ROO. I = ZONA INFRALITORAL, m = ZONA MESOLITORAL, S= ZONA SUPRALITORAL

TABLA 5 COLOR DE LOS SEDIMENTOS

Del estudio granulométrico (Figs. 3 y 4) efectuado, se observa que la mayoría de los sedimentos estudiados son calcarenitas medias y finas, moderadamente bien clasificadas, simétricas y asimétricas hacia gruesas y mesocúrticas. No obstante, los de Yucatán tienen una mayor tendencia hacia los materiales gruesos, debido proba-blemente a una abundancia de fragmentos de concha.

Lámina 3. Láminas delgadas: a) y h) Oolitas superficiales en sedimentos de playa en Cancún, 0. R.; c) Es de equinodermo en Akumal, Q. R.; d) Briozoario en Playa M Carmen, Q. R.; e) Foraminíferos en Akumal, Q. R

La presencia de sedimentos más finos en Quintana Roo es debido quizá a que al tratarse en su mayor parte de un litoral protegido por arrecifes, la energía con que el oleaje llega es disminuida propiciando el depósito de material más fino, mientras que en Yucatán al actuar el oleaje con mayor energía, arrastra en suspensión el material fino depositándose así el más grueso.

Los sedimentos mejor clasificados se localizaron en ambos estados en las zonas mesolitoral y supralitoral, lo cual es resultado de la persistencia del oleaje en la primera zona y del gran poder clasificador del viento en la segunda.

En cuanto a la simetría se observa (Figs. 3 y 4), que en Quintana Roo, hay en comparación con Yucatán, una mayor preferencia por sedimentos simétricos, en las zonas infralitoral y supralitoral, mientras que en Yucatán esta tendencia sólo se presenta en la zona supralitoral. Por otro lado, en la zona mesolitoral de ambos estados se presenta una mayor densidad de sedimentos simétricos hacia gruesos.

La mayoría de los valores de simetría en ambos estados se presentan negativos, siendo mínimos los positivos (Tabla 2).

Friedman (1961,1962,1967) atribuyo la variación del signo de la simetría a una variación de las condiciones de energía en el ambiente sedimentario. Sahú (1964) explica la simetría negativa en términos de la intensidad y duración del agente durante el depósito de los sedimentos. Martins (1965) presenta una explicación similar, pero añade que la simetría negativa puede también deberse a la adición de materiales gruesos citando como ejemplo los fragmentos de concha.

Figura 3. Histogramas de parámetros texturales de sedimentos litorales de Yucatán.

En las figuras 3 y 4 se observa que las gráficas totales de los sedimentos para ambos estados señalan a los sedimentos mesocúrticos como los más abundantes, no obstante en Yucatán existe una mayor preferencia por sedimentos platicúrticos, mientras que en Quintana Roo existe predominio de sedimentos leptocúrticos.

Nordstron (1977) discute que los valores de curtosis están fuertemente relacionados con las variaciones de energía y el régimen del oleaje, exponiendo además, que los valores altos del parámetro son registrados en las playas de baja energía, esto coincide con los valores altos de los sedimentos Presentes en el estado de Quintana Roo que son afectados por un oleaje de menor energía que la que existe en Yucatán.

Del análisis anterior, cabe mencionar que estos resultados son similares a los de los sedimentos de playas de Nayarit, Jalisco, Michoacán y Guerrero, estudiados por Martínez-Bringas y Javier-Castro (1982), así como los de Chiapas (Carranza-Edwards, 1986) y de Oaxaca (CarranzaEdwards, et al., en prensa).

Figura 4. Histogramas de parámetros texturales de sedimentos litorales de Quintana Roo.

En lo que corresponde al modo de transporte de los sedimentos, se detectó gráficamente de acuerdo al método de Vísher (1969) que la mayor cantidad transportada por tracción se efectúa en el Estado de Yucatán lo que es atribuído a la gran cantidad de fragmentos de concha presentes en este estado. La cantidad de sedimentos transportada por saltación en ambos litorales es semejante; por último los materiales transportados en suspensión son mínimos para ambos estados (Figs. 5 y 6), con excepción de la playa San Manuel, en donde existe una gran cantidad de calcilutitas gruesas.

Relacionando el tamaño gráfico promedio y la desviación estandard, en las figuras 7 y 8 se puede observar que los sedimentos de las zonas infralitorales, en ambos estados, se distribuyen más ampliamente a lo largo de ambos ejes que los de las otras zonas, atribuyéndose éste comportamiento al hecho de que en la zona infralitoral al existir turbulencias del agua ocasionadas por el flujo y reflujo del oleaje, existe una remoción continua de materiales, lo que origina un rango más amplio de tamaños. Como consecuencia de ello hay una mayor tendencia a la mala clasificación en la zona infralitoral.

Figura 5. Curvas granulométricas de sedimentos litorales de Yucatán

Finalmente, en la figura 9 se presenta la relación entre el tamaño gráfico promedio de las partículas con la pendiente del frente de playa. Se aprecia una ligera tendencia a que los sedimentos más gruesos se asocian a pendientes más fuertes. En la mayoría de los sedimentos se presentan calcarenitas medias y finas con pendientes que van desde los 6° hasta los 9°.

Composicionalmente los sedimentos litorales de la zona estudiada son arenas carbonatadas constituídas por intraclastos y biógenos principalmente y oolitas en la playa de Cancún, Quintana Roo. De tal manera, puede decirse que las playas estudiadas son biogénicas a excepción de las playas de San Manuel y Cancún, Quintana Roo, cuyos sedimentos presentan una composición intraclástica y oolítica respectivamente (Tabla 3). Las oolitas estudiadas son oolitas superficiales, ya que en las láminas delgadas solamente se observa una capa de carbonato de calcio (Lám.3a y b).

En la playa de San Manuel, Quintana Roo, se observaron calcarenitas y calcilutitas de intraclastos, lo cual se explica por la ubicación de la playa ya que se encuentra protegida dentro de la Bahía de Chetumal, en donde la circulación del agua es restringida. Esto contribuye a la precipitación de Iodos carbonatados que al ser erosionados posteriormente, dan lugar a la formación de intraclastos (Folk, 1969).

Desde la Playa Puerto Angel hasta la de Puerto Morelos, en Quintana Roo, se registra una composición biogénica debido al suministro de material desde la barrera arrecifal que se localiza al oriente de este litoral. Estos biógenos están constituidos principalmente por foraminíferos bentónicos y planctónicos, gastrópodos, pelecípodos, briozoarios, moluscos, corales, espinas de equinodermos y de esponjas, tubos de anélidos, ostrácodos y algas, algunos de los cuales pueden observarse en la lámina 3 (c,d y e).

Figura 6. Curvas granulométricas de sedimentos litorales de Quintana Roo.

Posteriormente en Cancún se presenta un cambio notable en la composición de las arenas, ya que éstas se presentan constituidas principalmente por oolitas. Según Aguayo et al.(1978) este cambio se inicia al norte de Punta Nizuc (al sur de Cancún) lo cual posiblemente se deba a que aquí termina la barrera arrecifal generándose como consecuencia un ambiente de alta energía propicio para la formación de oolitos.

Finalmente en el litoral correspondiente al Estado de Yucatán, los sedimentos vuelven a ser de composición biogénica, lo que se debe a que en esta zona hay condiciones favorables para la proliferación de organismos calcáreos, además de que tiene como fuente de suministro los alineamientos o parches arrecifales localizados al norte del Banco de Campeche (López-Ramos, 1983).

Con relación al color de los sedimentos, de acuerdo con las Cartas Munsell de colores de Suelos (Kollmorgen Corporation, 1975), se observó que para el Estado de Yucatán los sedimentos presentan un color gris claro en húmedo y blanco en seco (Tabla 4), mientras que en Quintana Roo el color blanco de las arenas es el dominante tanto en sedimentos secos como húmedos.

Respecto a la importancia económica de los sedimentos estudiados y considerando su textura y composición se piensa que sus usos pueden ser como: bancos de material para construcción, agregados para concretos como constituyentes del cemento Portland, fabricación de cal, materia prima para la agricultura, fundente en la elaboración del fierro, fuente de MgCO3, así como en la construcción de playas artificiales (Kent, 1980, Pettijohn, 1975).

Figura 7. Relación Mz/ delta I para sedimentos litorales de Yucatán.

Las estructuras sedimentarias primarias observadas durante el trabajo de campo aparecen en la tabla 1, en donde se aprecia que la mayoría de las estructuras corresponden a marcas e irregularidades en los planos de la estratificación en las zonas mesolitoral y supralitoral.

Las estructuras que se presentan con mayor abundancia corresponden a marcas de oleaje (Lám.1e), y les siguen en abundancia las horadaciones por organismos, las marcas romboidales y la estratificación masiva y paralela.

Llama la atención que la estratificación paralela sólo está presente en el estado de Yucatán, distinguiéndose en varios casos horizontes de conchas bien definidas, por ejemplo en Playa Sisal (Lám.1c); mientras que en Quintana Roo, la mayoría de las playas presentan una estratificación masiva (Lám.1a). Esta diferencia en la estratificación en los litorales de ambos estados se atribuye a la diferencia energética de los procesos litorales que como ya se ha mencionado actúan con mayor intensidad en las playas de Yucatán.

En la estratificación masiva, pudo detectarse mediante rayos X que existen laminaciones apenas perceptibles, así como bioturbaciones (Lám.2), lo cual puede. depender de ligeras variaciones en la energía del agente de transporte.

Pudieron observarse también rocas de playa ("Beach Rock") en las playas Celestún y Sisal de Yucatán, lo cual indica que el agua de mar está saturada de carbonato de calcio y la temperatura es suficiente para provocar deshidratación en la playa y dar origen a las mismas (Ginsburg, 1953; Stoddart y Can, 1965).

Figura 8. Relación Mz/delta I para sedimentos litorales de Quintana Roo.

Dentro de la clasificación genética y geomorfológica de Shepard (1973) el área estudiada corresponde a costas primarias, por erosión terrestre, con topografla kárstica sumergida y costas secundarias, por depositación marina, de barrera, con playas de barrera, islas de barrera y ganchos de barrera; así como, costas secundarias constituidas por organismos, arrecifes coralinos y costas de arrecifes bordeantes.

Como consecuencia de la protección natural que ofrece la barrera arrecifal de las costas del Estado de Quintana Roo, el depósito de material en las playas es menor que en Yucatán, dando como resultado playas más angostas en Quintana Roo.

En la figura 2 puede observarse que en general, las playas angostas están asociadas con pendientes más fuertes y viceversa.

Desde el punto de vista tectónico, el litoral estudiado se ubica en una zona estable, esto es, dentro de una fase cratónica (López-Ramos, 1973, 1983; Aguayo et al., 1978; Viniegra, 1981) ; Carranza-Edwardset al. (1975) la ubican como una costa de Mares Marginales, correspondiente a la Placa Americana.

La tendencia a la buena clasificación se presenta en la mayoría de las muestras estudiadas, lo que confirma lo expuesto por Folk (1974) en el sentido de que cuando existe un período de estabilidad de la corteza se producen sedimentos bien clasificados.

Así pues, la Península de Yucatán al ser tectónicamente estable y al presentar un relieve casi plano no aporta sedimentos terrígenos, razón por la cual las aguas de estos litorales puede decirse que se encuentran limpias, facilitando así la libre precipitación de los sedimentos carbonatados, los que posteriormente formarán rocas carbonatadas.

En los sedimentos analizados se encontró que las mayores variaciones granulométricas se registran en la zona infralitoral, observándose una menor variación en las zonas mesolitoral y supralitoral. Esto es más acentuado para las playas de Yucatán que para las de Quintana Roo.

Figura 9. El tamaño gráfico promedio y la pendiente del frente de playa.

De acuerdo con los parámetros estadísticos obtenidos se desprende que la mayoría de los sedimentos del litoral yucateco son calcarenitas medias y finas, moderadamente bien clasificadas, simétricas hacia gruesos y mesocúrticas; mientras que para el Estado de Quintana Roo los sedimentos más abundantes corresponden a calcarenitas medias y finas, moderadamente bien clasificadas simétricas y mesocúrticas.

La mayor tendencia de materiales gruesos en Yucatán se asocia a la presencia de fragmentos de concha que a la vez coincide con una mayor cantidad de material arrastrado por tracción.

Composicionalmente los sedimentos estudiados son calcáreos y sus principales constituyentes en orden de abundancia decreciente son: biógenos, intraclastos y oolitos.

Se encontró una cierta tendencia para que los materiales más gruesos se asocíen con las pendientes más fuertes.

Las características granulométricas así como las correspondientes a las pendientes del frente de playa son independientes del carácter composicional de los sedimentos, cuando se comparan los resultados aquí obtenidos con los de otras playas compuestas principalmente por terrígenos.

Las estructuras sedimentarias observadas son en su mayoría marcas de oleaje, siguiendo en abundancia las horadaciones por organismos, las marcas romboidales y la estratificación masiva y paralela. La estratificación masiva sólo se presenta en Quintana Roo y la estratificación paralela en la mayoría de las playas de Yucatán; atribuyendo este comportamiento a la diferencia que existe entre ambos litorales en cuanto a cambios en la intensidad del oleaje.

Las laminaciones observadas en las radiografías de los núcleos se asocian con sedimentos de grano fino, las cuales posiblemente puedan referirse con ligeras variaciones en la energía del viento o del oleaje.

Se considera que el litoral estudiado corresponde a una margen de estabilidad sedimentaria que da lugar a la precipitación de carbonatos por la ausencia de terrígenos debido a la naturaleza estable de la plataforma.

Se recomienda utilizar la información granulométrica y composicional de los sedimentos aquí estudiados, como datos de carácter regional y como apoyo para estudios de plataforma continental y de ambientes lagunares y arrecifales.

La naturaleza composicional de los sedimentos estudiados sugiere evaluar con precisión la posibilidad de que constituyan recursos tales como materias primas para la construcción.

Se agradece a las autoridades del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, de la UNAM, el apoyo brindado para la realización de este trabajo. Nuestro agradecimiento también a F. Ramos López, y a G. Sanchez Lara por la colaboración prestada durante las actividades de laboratorio.

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