COMPORTAMIENTO FISICO QUÍMICO DE UNA MANIFESTACIÓN CÁRSTICA DE YUCATÁN

Trabajo recibido el 27 de octubre de 1988 y aceptado para su publicación el 11 de julio de 1989.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

El suelo del Estado de Yucatán esta constituido por formaciones terciarias casi horizontales, basadas en roca calcárca soluble (Stringfiel y Legrand, 1974). Esta naturaleza geológica de la región causa una rápida infiltración de la lluvia al subsuelo, por lo que no existen sistemas hidrológicos superficiales, siendo los únicos cuerpos de agua las manifestaciones cársticas como los cenotes, cavernas inundadas y exposiciones del acuifero en zonas excavadas en la planicie cárstica (Gaona-Vizcaino et al., 1980).

Aún cuando la hidrogeología de Yucatán ha sido objeto de interés de varios autores (Stringfield y Legrand, 1974; Gaona-Vizcainoet al., 1980; Isphording, 1975; Gamboa et al., 1987), no existe información suficiente sobre el comportamiento fisicoquímico de los cuerpos de agua presentes en la región, de tal forma que pueda emitirse un juicio sobre su posible utilización en actividades económicoproductivas, no obstante, en los programas de planificación y presupuesto del uso del agua, estos sistemas son tomados en cuenta.

El presente trabajo pretende describir, mediante un estudio preliminar, la conducta de algunos parámetros fisicoquímicos en una "aguada permanente", representativa de un gran número de cuerpos de agua con condiciones ambientales similares presentes en el sur del Estado de Yucatán.

La aguada permanente X-pooc, se localiza a 54 km. al sureste de la Ciudad de Mérida, en el Municipio de Tecoh. Esta manifestación cárstica, de acuerdo a sus características morfológicas, corresponde a los cenotes azolvados, de acuerdo a la clasificación de Isphording (1975). Es de forma circular con pendientes muy pronunciadas y paredes cavernosas calcáreas. Posee un área total de 686 m² de acuerdo a determinación planimétrica. Su profundidad máxima es de 7.50 m y la profundidad mínima 0.30 m con una profundidad promedio de 2.50 m, de acuerdo al análisis batimétrico realizado por sondeo (Fig. 1). La vegetación circundante es del tipo selva mediana caducifolia, típica de las regiones con suelos compuestos por litosoles y rendzinas (Flores y Espejel, inédito).

Se llevó a cabo un registro mensual de calidad del agua, determinando la concentración de oxígeno disuelto y temperatura en la columna de agua en la zona de máxima profundidad (Fig. 1), con mediciones cada metro, con el uso de un termooxímetro YSI- 155, calibrado por el método Winkler (APHA-AWWA-WPCF, 1985).

El pH, la dureza total y la alcalinidad total se midieron in situ en superficie y fondo, el primero mediante el uso de un medidor de pH portátil marca Corning Modelo 103 con electrodo combinado, mientras que para la determinación de dureza y alcalinidad se utilizaron los métodos por titulación con EDTA y HCI respectivamente según APHAAWWA-WPCF (1985).

Sólo se determinó dureza total (calcio más magnesio) ya que por un lado se sabe que en las aguas superficiales de los cenotes alejados de la costa como es el caso de X-pooc la relación Calcio/Magnesio es bastante constante y con valores altos entre 4 y 3 (Gaonaet al., 1985), y por otro lado para los fines de este estudio no se estimó necesario analizar calcio y magnesio por separado ni medir la conductividad eléctrica.

Figura 1. Localización y batimetría de la aguada permanente X-pooc en el municipio de Tecoch, Yucatán.

Los compuestos nitrogenados (nitritos, nitratos y amonio) y el fósforo reactivo (fosfatos), fueron determinados en el laboratorio de calidad de agua del CINVESTAV-Mérida, en las 24 horas siguientes al muestreo, al cual inmediatamente seguía la filtración con filtros de membrana Millipore Tipo HA con poro de 0.45 µm de diámetro y preservación de las muestras para su transportes en la obscuridad y a 4°C. Las técnicas utilizadas para la cuantificación de estos nutrientes fueron las recomendadas por APHAAWWA-WPCF,(1985), empleando Hipoclorito-Fenol para el amonio, para nitritos y nitratos la formación del compuesto Diazo con Sulfanilamida y N-(1-Naftil)- etilendiamina y para fosfatos Acido Molíbdico-Acido Ascórbico y Antimonio Trivalente, se utilizó un espectrofotómetro Pye-Unicam SP6-550 en todas las mediciones.

La figura 3, presenta los perfiles de temperatura y oxígeno disuelto en la columna de agua, utilizando valores promedio en el ciclo anual, donde es posible apreciar una disminución drástica de oxígeno a partir de los 2 m. de profundidad, decreciendo desde valores superiores a los 10 mg/1, hasta niveles de anoxia en las capas de media profundidad. El mismo patrón se observa en el caso de la temperatura, cuyos valores fluctuan entre 34ºC en la superficie, y 17ºC en el fondo, con un marcado punto deflexivo a partir de los 3 m.

Figura 3. Perfiles de Temperatura y Oxígeno observados en X-pooc (valores promedio).

La dureza total, tal como se observa en la figura 4 mantuvo valores superiores a los 800 mg/1 durante todo el año, tanto en superficie como en el fondo. Por otro lado la alcalinidad en superficie y fondo presentó también el mismo patrón, con valores mínimos de 300 mg/1 en junio y máximos entre septiembre y octubre, alcanzando 750 mg/1. El pH se mantuvo entre 7.3 y 9.3 unidades, con fluctuaciones paralelas en capas superiores e inferiores.

Por lo que respecta a los compuestos nitrogenados, los resultados correspondientes a nitratos presentaron un patrón irregular a lo largo del año, con variaciones drásticas, con el valor mínimo en la superficie en junio (0.2 µm) y el máximo en enero (2.9 µm). Los valores de fondo para este mismo parámetro alcanzaron niveles superiores a 4.5 µm en marzo, mayo y noviembre con un mínimo en septiembre de 1.5 µm (Fig. 3). El amonio presentó valores más elevados que oscilaron entre 25 y 60 µm en el fondo a lo largo del año, mientras que en la superficie se mantuvieron en niveles inferiores a 10 µm. Los valores correspondientes a nitritos (Fig. 3), observaron un comportamiento similar entre si a lo largo del año en superficie y fondo, con los valores máximos entre marzo y mayo y los mínimos entre julio y septiembre. Los fosfatos tanto en superficie como en capas de fondo, siguieron la misma tendencia, con valores máximos entre febrero y abril, descendiendo en los meses subsecuentes hasta el mínimo valor registrado en septiembre (Fig. 3). La turbidez por secchi es presentada en la figura 4.

La aguada permanente X-pooc, es un cuerpo de agua representativo de un gran número de manifestaciones cársticas similares en el Estado de Yucatán, siendo una característica principal que los distingue de los cenotes, el aislamiento del acuífero, originado por el sellamiento de los poros y fracturas de las paredes rocosas, debido fundamentalmente a un excesivo aporte de materia orgánica en forma permanente (Stringfield y Legrand, 1974). Los resultados con respecto a los elementos promotores de la productividad primaria muestran patrones típicos de sistemas hipertróficos, tomando como base la definición de Barica (1980). Si se observa en principio los perfiles térmicos y de oxígeno disuelto (Fig. 2) es clara la presencia de un gradiente térmico con diferenciación de 5°C durante todo el año; esta característica es propia de aguas completamente estancadas, con poca o nula influencia del viento (Cole, 1979). Lo anterior también se refleja al observar la fluctuación de la temperatura a lo largo del año (Fig. 3), donde se aprecia que la capa superior responde a la influencia de la actividad térmica atmosférica, mientras que las capas de fondo permanecen sin variación. El oxígeno disuelto exhibe también un comportamiento propio de sistemas hipertróficos, mostrando niveles de sobresaturación en la capa comprendida entre la superficie y los dos metros, después de los cuales la columna de agua se torna anóxica. Siendo que el sistema se encuentra sujeto a un constante aporte de nutrientes, principalmente provenientes del estiércol del ganado que abreva en la aguada y de los arrastres en la época de lluvias, la productividad en los primeros 2 m de la columna parece ser alta debido a la actividad fotosintética que origina los elevados niveles de oxígeno. Desafortunadamente, en este estudio no se cuantificó la productividad primaria; sin embargo, es posible deducir que la zona afótica del sistema se origina aproximadamente a los 2 m, lo cual se refleja en las condiciones anóxicas presentes en esa región.

Figura 2. Corte de una aguada permanente (modificado de Gaona-Vizcaino et. aL (1980).

Figura 4. Variación de los principales parámetros fisicoquímicos en un ciclo anual.

Es bien sabido que la dureza de las manifestaciones cársticas es extremadamente elevada, debido a la disolución del CaCO₃ de la roca, al reaccionar con el CO₂ del agua (Gaona-Vizcaino et al., 1981). Lo anterior se confirma con los resultados de este trabajo, con valores encontrados superiores a los 900 mg CaCO₃/1. Es de interés observar en este sentido que aún cuando se hace una estratificación térmica separando dos masas de agua con densidades diferenciales, los patrones de comportamiento de la dureza en superficie y fondo son similares, sugiriendo una importante influencia de las reacciones de disolución calcárea en toda la columna de agua.

De igual manera, el comportamiento de la alcalinidad siguió un patrón paralelo en superficie y fondo, reflejando la alta capacidad de equilibrio iónico de estas aguas. Boyd (1982), reporta que en zonas tropicales, la evaporación ejerce una influencia importante en la concentración de los iones responsables de la alcalinidad, precipitándolos, de tal manera que la relación existente entre la dureza y la alcalinidad se hace menos evidente al disminuir los valores de esta última. Esto puede explicar en principio el repunte de los valores de alcalinidad en el mes de junio, al principio de la temporada de lluvias, reforzado por el incremento en la productividad primaria a raíz del aporte adicional de nutrientes por los arrastres, con la consecuente utilización diurna de CO₂ para actividades fotosintéticas.

Por lo que respecta a los compuestos nitrogenados, es claro que, como es característico de los sistemas lénticos, los nitratos y el amonio presentan fluctuaciones a lo largo del año que obedecen a las demandas de la productividad primaria (Banoub, 1980; Goldman y Horne, 1983; Boyd, 1982). X- pooc recibe cargas de nitrógeno a través de las excretas del ganado, la hojarasca de la cubierta de vegetación circundante y de los arrastres en la época de lluvias. Los resultados muestran nuevamente un comportamiento típico desbalanceado de aguas hipertróficas (Banoub, 1980), con niveles descendentes de nitratos en el primer semestre del año en la superficie, reflejando que la demanda fitoplatónica excede la disponibilidad de nitrógeno en la capa eufótica, hasta exhibir una recuperación a partir de agosto, en la época de alta precipitación. La concentración de nitratos en el fondo se incrementa en relación inversa a los niveles de superficie en la temporada de sequía, debido posiblemente a incrementos en la actividad bacteriana. Como es de esperarse, en las capas anóxicas del fondo los procesos de amonificación son altamente dominantes (Henderson-Sellers y Marckland, 1987).

En contraste con los valores no superiores a los 10 m de Amonio de la superficie, los valores de fondo sugieren una alta tasa de denitrificación en esta zona anóxica, que probablemente transfiera nitrógeno gaseoso, en condiciones de elevado pH, a las capas superiores del sistema.

Es claro que el fósforo es uno de los elementos que mayor influencia ejercen en la eutroficación de los sistemas acuáticos (Carlson, 1977; Barica, 1980; Boyd, 1982). Los resultados de este estudio sugieren una constante liberación de ortofósfatos, muy comúnmente ligados a iones metálicos que se depositan en los sedimentos, redisponiendo fósforo directamente asimilable por el fitoplancton, especialmente en condiciones de anoxia y elevado pH (Banoub, 1980). El comportamiento del fósfato en X-pooc, sigue un patrón paralelo a lo largo del año, entre superficie y fondo, cuyas concentraciones disminuyen en la época de lluvias. Este decremento puede deberse a que en época de lluvias, la proliferación algal es masiva, estimulada por el aporte de nutrientes vía arrastres; por lo que este crecimiento consume el fósforo disponible acumulado. Otra razón del decremento del fósforo es su combinación directa con material particulado de mayor densidad, lo que ocasiona su precipitación al fondo (Henderson-Sellers y Marckland, 1987).

El comportamiento fisicoquímico de la aguada permanente X-pooc, corresponde típicamente al de un ecosistema hipertrófico senil, cuyas características principales son las siguientes:

1) La circulación del agua es nula, con estratificación térmica definida, separando dos masas de agua con densidades diferenciales y sin mezcla aparente en ninguna época del año.

2) Aporte constante y excesivo de nutrientes, aunado a un aporte autóctono producto de los procesos de mineralización.

3) Productividad primaria probablemente elevada y confinada a la capa eufótica, comprendida entre la superficie y los 2 m., donde los niveles de oxígeno por actividad fitoplanctónica se elevan hasta 10 mg/1 durante el día.

4) Capas hipolimnéticas anóxicas y con alto contenido de amoniaco debido probablemente a la descomposición de la materia orgánica por bacterias.

5) Acumulación excesiva y permanente de material orgánico autóctono y alóctono en los sedimentos, reduciendo gradualmente el volumen de la aguada.

En términos generales, los procesos fisicoquímicos descritos anteriormente, limitan definitivamente la utilización directa de las aguadas permanentes de Yucatán; por ejemplo, como ambientes acuícolas; no obstante, la utilización parcial de los sedimentos orgánicos en procesos de fertilización agrícola puede ser una alternativa viable de uso, en virtud de que la mayoría de estos cuerpos de agua presentan condiciones de hipertroficación y gradualmente alcanzarán el período de desecación.

Los autores desean expresar su sincero agradecimiento al Dr. Luis Capurro Filograsso y al M. en C. Gustavo de la Cruz, del CINVESTAV-Mérida por sus atinadas sugerencias y revisión del manuscrito. Este trabajo fue posible gracias al apoyo del COSNET mediante el proyecto 421/85.

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