DISTRIBUCIÓN DE METALES EN SEDIMENTOS RECIENTES DEL SURESTE DEL GOLFO DE MÉXICO

Trabajo recibido el 13 de febrero de 1992 y aceptado para su publicación el 22 de abril de 1992 (La redacción es responsabilidad de los autores).

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

El Golfo de México es un área oceánica de profundo interés científico, que ha sido ampliamente estudiada en algunos aspectos. Éste es el caso de la distribución de nutrientes disueltos en la columna de agua; sin embargo, la información sobre temas relativos al estudio químico de los sedimentos es muy escasa. Esto es aún más notorio en lo que respecta a la parte sureste del Golfo de México.

Debido a que los sedimentos representan el destino final de los metales traza disueltos y suspendidos en el océano, su estudio permite identificar áreas importantes de depósito de metales en el mismo. Por otro lado, la diferencia química de los sedimentos puede usarse como un método indirecto para definir los patrones de distribución de los sedimentos; información que es pertinente en los estudios ambientales.

A la fecha, la mayoría de datos existentes relativos a los patrones de distribución de sedimentos en las plataformas continentales, se han basado en el análisis de la distribución del tamaño de grano de los sedimentos (Shideler, 1978). Para estos estudios se han realizado mediciones granulométricas y en los primeros 10 a 20 cm del subsuelo marino; sin embargo, la interpretación de los datos texturales se ha basado en la suposición de que la textura se vuelve más fina al aumentar la distancia a la fuente de origen, y de que cada componente de la muestra está homogéneamente distribuido en el sedimento (Holmes, 1981); circunstancias no siempre ciertas. Aun cuando el análisis textural permite tener una idea de la distribución de los sedimentos, no necesariamente siempre define el camino seguido por éstos, ya que en la distribución pueden intervenir factores como: las corrientes de turbidez, corrientes de fondo, relieve submarino, etc. Por ejemplo, en la plataforma continental del estado de Guerrero se observa frente a la Laguna de Tecomate que no existe una graduación de sedimentos gruesos en la línea de costa, y de sedimentos finos hacia el talud, ya que aportes eventuales del Río Nexpa han llevado sedimentos gruesos a profundidades próximas al quiebre del talud (Carranza et al., 1986).

Figura 1. Área de estudio y ubicación de platafomas petroleras.

Es de esperarse que el uso de datos químicos, aunado a datos texturales en el estudio de los procesos de la dinámica de transporte de los sedimentos, permita observar los caminos de distribución seguidos por los sedimentos con mayor claridad.

Figura 2. Distribución de concentración de carbonatos (%)

Los estudios de distribución de metales traza en aguas del Golfo de México realizados por Boyle et al., (1984), muestran un enriquecimiento de metales traza en las aguas someras de éste. No obstante, encuentran dificultad en definir el origen del cobre en el agua, ya que puede provenir de aportes fluviales, atmosféricos o por difusión a partir de los sedimentos de la plataforma continental. Considerando que las corrientes costeras varían en magnitud y dirección a lo largo del tiempo, es difícil estimar los flujos difusivos en la columna de agua; por ello resulta conveniente estudiar la concentración de metales en los sedimentos de la plataforma, con la finalidad de evaluar su origen.

La plataforma ubicada al sureste del Golfo de México es un área de gran importancia para México, por localizarse ahí algunas de las pesquerías más importantes de México. Adicionalmente, en esta zona se encuentran las plataformas de extracción petrolera más desarrolladas de México.

Figura 3. Distribución de concentración de estroncio (ppm).

Figura 4. Distribución de concentración de materia orgánica (%).

Figura 5. Distribución de concentración de sílice (%)

Figura 6. Distribución de concentración de titanio

Por todo lo anterior, se considera importante estudiar la química de los sedimentos de la Sonda de Campeche, esto con la idea de evaluar la distribución y el origen de los sedimentos a través de su composición química, así como estimar si las actividades de extracción petrolera se reflejan de alguna manera en los sedimentos superficiales de la zona.

El área de estudio se localiza en la plataforma continental al sureste del Golfo de México, entre los 93° 20' y 91° 30' de longitud oeste y los 18° 30' y 20° 10' de latitud norte (Fig. 1). La plataforma en el área de estudio es amplia, varíando desde 60 km al oeste y 140 km al este. La llanura costera también es amplia; está constituida principalmente por planicies bajas fluviales y deltaicas, donde destaca la presencia de los ríos Usumacinta y Grijalva. Al oriente de la desembocadura de estos ríos se ubica la Laguna de Términos, la cual está bordeada en su porción meridional por planicies lacustres y lagunares, y en la parte septentrional por planicies bajas marinas (Lugo-Hubp y Córdova-Fernández de Arteaga, 1991).

En la llanura costera adyacente el clima es tropical y la precipitación varía entre 150 y 200 cm anuales (Tamayo, 1970). Esto da lugar a un gran aporte de sedimentos terrígenos hacia el mar. Yáñez-Arancibia y Day (1982), han sugerido la existencia de tres períodos climáticos en el área: a) estación de secas, que comprende de febrero a mayo; b) estación de lluvias, con precipitación durante las tardes y noches de junio a fines de septiembre, y c) estación de nortes, de octubre a febrero, con lluvias ocasionales.

De acuerdo con Carranza-Edwards y Aguayo-Camargo (1991), los sedimentos en el área de estudio están constituidos en su mayor parte por arcillas calcáreas y, en menor proporción, hacia el extremo oriental, por limos, arenas y gravas calcáreas.

Según la simulación numérica de Monreal-Gómez y Salas de León (1990), en la zona estudiada la mayor parte del año existe una corriente hacia el este, en tanto que de abril a junio y en agosto la corriente se dirige al oeste.

TABLA 1. Coeficiente de correlación en sedimentos superficiales del área de estudio

Figura 7 .Distribución de concentración de hierro (%)

Figura 8. Distribución de concentración de zinc (ppm).

Dentro del programa "Determinación del impacto ambiental provocado por las actividades de extracción petrolera en la Sonda de Campeche", se realizó la campaña IMCA-I durante marzo de 1988. Se colectaron muestras de sedimentos superficiales en 93 estaciones por medio de las dragas Van Veen y Smith Mc Intyre. La profundidad de los sedimentos muestreados varió entre 15 y 200 m. En el laboratorio las muestras fueron secadas a 110°C y homogenizadas. Se tomó una porción para el análisis de trece elementos (Al, Si, Fe, Ti, Zn, Cr, Mn, Ni, Sr, Cu, Co, Cd y V). La extracción de metales de los sedimentos se realizó por medio de una extracción ácida con agua regia y ácido fluorhídrico (Loring y Rantala, 1977). La materia orgánica se determinó por el procedimiento de oxidación con dicromato de potasio (Gaudette, 1974). Los carbonatos se evaluaron midiendo el bioxido de carbono desprendido después del ataque de la muestra con ácido clorhídrico. Una vez disueltos los metales, se analizaron por medio de absorción atómica. Se cuantificó la concentración de lodos presentes en el sedimento, mediante tamizado en húmedo de las muestras.

De acuerdo con Antoine (1972), el Golfo de México se divide en siete provincias geológicas, de las cuales se estudiaron parcialmente dos en el presente proyecto: la provincia de la Bahía de Campeche y el Banco de Campeche. Este último consiste de un área extensa y plana, constituida fundamentalmente por carbonatos. Los sedimentos estudiados en el presente proyecto están constituidos principalmente por lodos, con un valor promedio de lodo de 96.52%. El contenido de carbonatos en los sedimentos (Fig. 2) permite definir el límite entre estas dos provincias. Los sedimentos carbonatados son biogénicos y no contienen metales traza a excepción del estroncio y magnesio (Chester, 1990).

La distribución del Sr en el área de estudio (Fig. 3) muestra los valores más altos en la región de sedimentos carbonatados, con los cuales presenta alta correlación (Tabla 1).

Figura 9. Distribución de concentración de manganeso (ppm).

El contenido de materia orgánica se encuentra en el rango comprendido entre 0.05 y 1.5%; su distribución se representa en la figura 4. Los valores más altos de concentración se observan en el área cercana a las plataformas de explotación petrolera. Se sabe que los materiales orgánicos tienen una capacidad alta de acumulación de metales; y se ha observado que las concentraciones altas de metal que tienen una correlación significativa con la materia orgánica, se pueden considerar biogénicos. En las muestras estudiadas ninguna de ellas tiene una correlación significativa de metales con la materia orgánica (Tabla 1), lo que sugiere que los metales presentes no son biogénicos.

El sílice puede provenir tanto de partículas terrígenas (limos y arcillas), provenientes de los ríos Grijalva y Usumacinta, como del aporte de diatomeas y silicoflagelados; sin embargo, cerca de la desembocadura de los ríos Usumacinta y Grijalva se observan las mayores concentraciones de Si, la cual va disminuyendo gradualmente hacia el noreste de la zona de estudio (Fig. 5). Un gradiente similar de difusión se observa para el Fe, el Ti, el Zn, el Ni y el Cr, sugiriendo la existencia de un movimiento de sedimentos en dirección noreste. La alta correlación que presenta la concentración de Si con las concentraciones de Fe y Zn (Tabla 1), sugiere que estos elementos provienen principalmente de material terrígeno. Esto también se apoya sí se comparan los mapas de distribución (Figs. 5, 7 y 8) correspondientes.

Figura 10. Distribución de concentración de níquel (ppm).

En la literatura (Klein, 1985) se ha reportado una correlación entre el Fe y el Ti debido a la formación de los minerales del tipo de la ilmenita (FeTiO3) y ulvospinel (FeTiO4). La distribución observada para Ti (Fig. 6), Fe (Fig. 7) y Zn (Fig. 8) en el presente estudio sugiere la asociación de éstos a material fluvial; ya que su mayor concentración se encuentra en la parte adyacente a la desembocadura de los ríos Grijalva y Usumacinta.

El Mn (Fig. 9), así como los metales asociados a él, como el Ni (Fig. 10) y el Cr (Fig. 11), se encuentran presentes en concentraciones moderadas. Las concentraciones más altas de estos elementos se presentan a partir de la desembocadura de los ríos Grijalva y Usumacinta en dirección noreste. La distribución de Mn y metales asociados puede originarse a partir del material detrítico que entra al ambiente marino, a traves de los ríos en forma iónica o como una película de hidróxido adherido al material detrítico fino. Una vez en el ambiente marino, el Mn se hidroliza y precipita acarreando algunos elementos asociados a él (Cu, Ni y Cr). Una vez en la columna de sedimentos, el decaimiento de la materia orgánica produce un ambiente reductor, en el cual el Mn se reduce a Mn⁺². Éste es soluble y puede migrar por difusión iónica hacia la superficie de la columna de sedimentos, donde al encontrar un ambiente oxidante vuelve a precipitar como MnO₂ (Holmes, 1981). El aporte de sedimentos fluviales y la distribución de Mn en el área de estudio sugieren un aporte fundamentalmente a partir de material terrígeno.

Figura 11. Distribución de concentración de cromo (ppm)

Figura 12. Distribución de concentración de bario (ppm)

No se detectó la presencia de Cu, Cd, V y Pb en los sedimentos. Se ha reportado (Holmes, 1981) que el bario es un elemento que permite detectar un aporte antropogénico. La barita (BaSO₄) se usa abundantemente en los lodos de perforación, por lo que es introducida a los sedimentos por las actividades de exploración y explotación petrolera. Los valores más altos de Ba en el presente estudio se encontraron en dos de las estaciones inmediatas a las plataformas de explotación petrolera localizadas frente a la Laguna de Términos (Fig. 12), a partir de éstas se observa un gradiente decreciente.

La distribución de sedimentos observada a partir de evidencias químicas, sugiere un movimiento de éstos a partir de la desembocadura de los ríos Grijalva y Usumacinta en la dirección noreste.

Los patrones de distribución de Si, Ti, Fe, Zn, Mn, Ni y Cr, así como los coeficientes de correlación que presentan entre sí, sugieren primordialmente, un origen detrítio para ellos, en los sedimentos superficiales del área de estudio.

Los valores más altos de Ba se encontraron en el área inmediata a las plataformas de explotación petrolera, localizadas enfrente de la Laguna de Términos. Este elemento ha sido reportado asociado a actividades relacionadas con la exploración y explotación de petróleo, por lo que se le considera antropogénico en este caso.

A las autoridades del Instituto de Ciencias del Mar y Limnología de la UNAM por el apoyo brindado para la realización de este trabajo. Asimimo, a los participantes en la campaña IMCA-I por su ayuda en la colecta de las muestras.

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