LOS SEDIMENTOS RECIENTES DEL LAGO DE CATEMACO, VERACRUZ, MÉXICO

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

La cantidad y calidad de las partículas que se asientan en un lago están determinadas por numerosos factores, entre los que destacan: la geografía, la geología, el grado de influencia humana en el área, las características hidrológicas e hidrodinámicas, las entradas alóctonas y la producción autóctona, la tasa de sedimentación, la dinámica del fondo y la sed¡mentaria (Hakanson y Jansson, 1983). La interacción de dichos factores no sólo determina el tipo y cantidad de los sedimentos, sino también las diferencias espacio- temporales en su distribución horizontal y vertical, en su composición físico-química y en el tipo de biota que soportan. El reconocimiento de estos aspectos de la sedimentología implica un trabajo inicial básico que comprende el análisis de la textura y composición de los sedimentos.

En virtud de lo anterior, dentro del marco de un estudio limnológico integral del lago de Catemaco se planteó la necesidad de conocer las características de los sedimentos recientes del fondo lacustre, con el propósito de comprender la naturaleza de los procesos sedimentarios que imperan en el lago y al mismo tiempo obtener información ambiental para un estudio sobre la distribución y abundancia de las comunidades del bentos, actualmente en desarrollo. Este trabajo tiene el objetivo principal de caracterizar la granulometría y composición de los sedimentos recientes del Lago de Catemaco, además de determinarlas concentraciones de materia orgánica y carbonatos presentes en los mismos.

No obstante su importancia ecológica y económica en la región de Los Tuxtlas, el Lago de Catemaco ha sido muy poco estudiado. Los únicos antecedentes directos, en el ámbito de la geología, los constituyen la tesis recepcional de Pérez-Rojas (1984) sobre diversos aspectos de la geología del lago, y el trabajo de Pérez-Rojas y Torres-Orozco (1992) sobre la geomorfología y morfometría de la cubeta lacustre.

El Lago de Catemaco se localiza en la región de Los Tuxtlas, en el sureste del estado de Veracruz, México; área que representa el último y más septentrional reducto de la selva tropical lluviosa de dicho estado.

Está delimitado por las coordenadas geográficas externas 18º 21' y 18º 27' de latitud norte y 95º 01' y 95º 07' de longitud oeste, a una altitud de 332 m sobre el nivel del mar (Fig. 1). Forma parte de la cuenca del Río Papaloapan, al cual drena a través del Río Grande de San Andrés. En su margen noroccidental se asienta el poblado de Catemaco, que dista 165 km del Puerto de Veracruz.

Figura 1. Localización geográfica. y batimetría del Lago de Catemaco (tomado de Pérez-Rojas y Torres-Orozco 1992).

La cubeta lacustre está emplazada en un antiguo valle fluvial dispuesto a lo largo del contacto de dos emisiones volcánicas del Terciario Superior, el cual fue obstruido, en el norte, por los derrames de la última serie de emisiones volcánicas que afectaron a la región durante el Pleistoceno (Pérez-Rojas, 1984).

La mayor parte del área del lago está sujeta a un régimen climático de tipo húmedo cálido. La precipitación promedio anual es de 1,935.3 mm, cuyo mínimo ocurre en marzo (25.6 mm) y el máximo en septiembre (445.9 mm). La temperatura promedio anual es de 24.1ºC, aunque oscila entre 16.2 y 34.3ºC . De noviembre a enero dominan los vientos del norte y el resto del año los del noreste (Soto, 1979). Gran parte de las tierras adyacentes al lago han sido desprovistas de su vegetación natural, la selva alta perennifolia, y se emplean como potreros para ganado vacuno o para el cultivo de arboles frutales y plantas de ornato. Los suelos de la zona se derivan en gran parte de materiales volcánicos sometidos a una rápida intemperización son ricos en nutrimentos inorgánicos y poseen densos horizontes humiferos.

Los sedimentos fueron recolectados en julio de 1993 y se empleó una draga van Veen de tres litros de capacidad en 80 estaciones distribuidas en toda la extensión del lago (Fig. 2).

Figura 2. Ubicación de las localidades de colecta.

En el laboratorio, el análisis granulométrico se realizó mediante la técnica de Folk y Ward (1957), en la cual la fracción gruesa (<62.5mu) es evaluada utilizando tamices y la fracción fina, por el método de la pipeta. Para la determinación del contenido de materia orgánica y carbonatos totales se utilizó la técnica de la pérdida de peso por ignición propuesta por Dean (1974). Para el reconocimiento de la composición mineralógica de los sedimentos se hicieron frotis en lámina delgada que después fueron analizados bajo un microscopio petrográfico. La composición porcentual de los constituyentes del sedimento se determinó a través del método de las tablas de comparación visual de porcentajes de Terry y Chilingar (1955). Los minerales fueron identificados a partir de sus propiedades ópticas.

La distribución textural de los sedimentos superficiales del lago se muestra en la figura 3. En el centro, donde la profundidad es mayor, predominan las arcillas y arcillas limosas, mientras que hacia las riberas lacustres la textura es transicional y varía gradualmente de los limos arcillosos a las arenas gruesas y gravas.

Figura 3. Distribución textural de los sedimientos superficiales del lago de Catemaco. G, grava arenosa; A, arena; AG, arena gravosa; Al, arena limosa; 1A, limo arenoso, la, limo arcilloso; a, arcilla; al, arcilla limosa.

De acuerdo con el criterio propuesto por Inman y Chamberlain (1955), que consiste en establecer grupos texturales empleando la correlación entre el diámetro medio gráfico (MdPhi,) el coeficiente de clasificación (sigmaPhi) y el coeficiente de asimetría (SkPhi), se distinguieron los siguientes (Figuras 4 y 5):

Figura 4. Grupos texturales reconocidos mediante la corelación ( ) y el díametro medio gráfico ( ) . A. Gráfico general B. Detalle del grupo IV. Para mayor explicación consulte el texto.

Figura 5.Grupos texturales reconocidos mediante la correlación del coeficiente de asimetría (sko) y el diámetro medio gráfico (Mdo). A.Gráfico general. B. Detalle del grupo IV. Explicación en el texto.

Constituido por matatenas, gránulos y arenas muy gruesas, con un rango de 12 a 1.68 mm (-3.4 a -0.7 (Phi); varían de moderadamente bien a extremadamente mal clasificados (SigmaPhi entre 0.55 y 4.5Phi); el grado de asimetría es muy variable y fluctúa entre -0.7 hasta +0.4. predominando las arenas muy gruesas. Su distribución comprende las márgenes nororiental y noroccidental del lago.

Se localiza en las márgenes del lago, exceptuando las ya citadas, y está constituido por arenas de grano grueso a muy fino (0.5 a 3.3 Phi), que varían de moderadamente, bien a extremadamente mal clasificadas (SigmaPhientre 0.58 y 7.2 (), con un coeficiente de asimetría que fluctúa de -0.27 a +0.3 y sin predominio de ningún tamaño. En el triángulo de Shepard (1954) corresponden francamente a arenas.

Formado por limos grueso y medio, depositados en varias ensenadas pequeñas que se localizan en diversos puntos del lago, principalmente en su porción suroccidental. Los sedimentos de este grupo varían de mal a muy mal clasificados (SigmaPhientre 1.8 a 3.2Phi), con un coeficiente de asimetría que fluctúa entre +0.69 y -0.01, con un predominio de la fracción fina, y un diámetro promedio de 4.5 a 6.3Phi.

Es el de mayor distribución en el fondo del lago y está constituido por limos finos, muy finos y arcillas, con un diámetro promedio de 7.1 a 9.8Phi , un coeficiente de clasificación que varía entre 1.4 y 2.96 (Phi, que indica mal a muy mal clasificados, y un coeficiente de asimetría que va de -0.42 a +0.76, con ligera tendencia hacia los finos. En el triángulo de Shepard corresponden con las áreas de las arcillas limosas y los limos arcillosos. Dentro de este último grupo pueden reconocerse asimismo dos clases texturales (Figs. 4B y 5B) cuya distribución corresponde con lo esperado: los sedimentos más arcillosos al centro y los limos muy finos y finos hacia la periferia (Fig. 3).

De acuerdo con su composición, se identificaron cuatro clases de sedimentos (Fig. 6):

1. Material piroclástico o tefra: formado por gravas de escoria y arena volcánica muy gruesa, con un contenido muy bajo de materia orgánica. Se distribuye principalmente en la ribera noroccidental del lago, entre los poblados de Playa Azul y Escuinapa (incluyendo las márgenes de la ciudad de Catemaco), en la costa sur de Coyame y en los alrededores de la isla Agaltepec

2. Arena volcánica: formada por minerales volcánicos de tipo básico, principalmente por feidespatos (15%), piroxenos (10%), olivino (10%), magnetita (10%) y partículas oxidadas por alteración hídrica (50%). Otros constituyentes como la homblenda, apatita, cuarzo, vidrio volcánico y fragmentos de roca, representan en conjunto un 5%. La materia orgánica es escasa. A excepción de las áreas cubiertas por piroclastos, la arena volcánica se encuentra distribuida casi en toda la ribera del lago, en profundidades generalmente no mayores de tres metros (Av, en la figura 6).

3. Lodo orgánico: formado principalmente por arcillas con un gran contenido de materia orgánica. Destacan aquí los materiales biogénicos representados por colonias de diatomeas centrales (15%), diatomeas pennales (5%), espículas de esponja (5%) y esqueletos de algas filamentosas (5%). La presencia de minerales de origen volcánico es menor al 5%. Se distribuye ampliamente en las áreas profundas del lago (>6.0 m). Alrededor de la península de Tepeyaga y al sur de la población de La Antigua se presenta un aumento en el contenido de espículas (10%) dentro del lodo orgánico (Loe,en la Figura 6).

4. Lodo transicional: constituido por lodo orgánico con un contenido variable de materiales volcánicos. Se localiza en casi todo el lago, en una franja delimitada por las isobatas de tres y seis metros (Lt, en la Figura 6).

Figura 6.Distribución de los sedimientos superficiales del Lago de Catemaco de acuerdo con su composición. Se reconocieron los sigientes tipos composicionales: P, piroclastos; Av arena volcánica; Lt, lodo transicional; Lo, lodo orgánico; Loe, lodo orgánico con espículas.

La distribución del contenido de materia orgánica en los sedimentos se muestra en la figura 7. En ella se aprecia una tendencia general hacia el incremento en la concentración a medida que aumenta la profundidad; sin embargo, los más altos porcentajes de materia orgánica se localizan en la porción suroccidental del lago. La concentración de carbonatos, evaluada en diez muestras tomadas al azar, fluctuó entre 1.24 y 2.23%.

Figura 7. Distribución de las concentraciones porcentuales de materia orgánica en los sedimentos recientes del Lago de Catemaco.

Las variaciones espaciales en la textura de los sedimentos del Lago de Catemaco están determinadas por tres factores principales:a)las diferencias litológicas de la roca madre en distintos segmentos de la costa;b) la distancia de transporte y la pérdida de capacidad de los escurrimientos que penetran al lago, yc)el comportamiento hidrodinámico de éste.

Los materiales gruesos característicos de la zona litoral son aportados in situ por la roca madre que constituye el perímetro o bien proceden de partes más altas de la cuenca, desde donde son arrastrados por los flujos turbulentos que se presentan durante la época de lluvias torrenciales. En algunas áreas próximas al litoral se observa una mezcla de sedimentos gruesos y finos, como en las inmediaciones de la ciudad de Catemaco, en donde gravas típicamente alóctonas aparecen depositadas junto con limos y arcillas endogénicos. Otro caso similar se observa en la ribera sur del poblado de Coyame, lugar en el que coexisten gravas arenosas y arenas gravosas con limos arcillosos y arcillas limosas. En general, sin embargo, puede observarse una transición muy clara en la distribución de los grupos texturales, lo que parece indicar que cada uno de éstos es característico de un ambiente de depósito.

El patrón general se ajusta bien al modelo idealizado de Twenhofel (1932, citado en Reineck y Singh, 1975), en el cual un cinturón externo de guijarros de playa es seguido por una zona de arena, otra más interna de lodo arenoso y lodo fino en la parte central; zonación que se relaciona con la distribución espacial de la energía hidráulica en los lagos.

En el Lago de Catemaco, este patrón sufre algunas modificaciones determinadas por la influencia de los vientos dominantes en la hidrodinámica del lago; de tal suerte que las arcillas se observan desplazadas hacia la zona nororiental, ya que el fuerte oleaje prevaleciente en la porción opuesta (suroccidental) impide su depositación en esta área. Por su parte, las pequeñas porciones aisladas de sedimentos arcillosos al oeste de la península de Tepeyaga y al norte del lago son depósitos derivados de la pérdida de capacidad de transporte de las corrientes, por el efecto de "sombra" que ocasiona la península, en el primer caso, y los cerros vecinos, en el segundo. La más clara distribución de los tamaños en los sedimentos de las porciones meridional y suroriental del lago sugiere que los afluentes que allí drenan realizan, durante el transporte, un mayor trabajo de selección sedimentaria.

La mala clasificación (SigmaPhi) de los sedimentos, o dicho en otras palabras, la amplia dispersión en el tamaño de las partículas en relación con su diámetro medio gráfico sugiere la existencia de condiciones hidrodinámicas muy variables, en las cuales se suceden rápidamente períodos de calma y de circulación. Respaldan este planteamiento nuestros estudios en la columna de agua, que nos han permitido caracterizar al Lago de Catemaco como un ambiente polimíctico (Torres-Orozco et al., datos inéditos).

La composición mineralógica de los sedimentos muestra un predominio de arena volcánica en las márgenes del lago, seguida por un cambio transicional a lodo orgánico a medida que aumenta la profundidad. La arcilla que forma este lodo se deriva de las plagioclasas, olivinos y piroxenos que componen las arenas volcánicas; las cuales, dada su escasa estabilidad química y resistencia física, se alteran y desintegran rápidamente, sobre todo en climas tropicales como el que prevalece en esta región. Llama la atención, sin embargo, la abundancia de materias orgánica e inorgánica biogénica, sobre todo porque en virtud del reciente origen volcánico del lago cabría esperar el predominio de piroclastos. Indudablemente, éstos deben estar sepultados bajo los depósitos recientes, por lo que un estudio de la distribución vertical de los sedimentos bien podría mostrar una secuencia estratigráfica en donde los materiales alóctonos generados durante los últimos eventos volcánicos se alternarían con depósitos endogénicos típicamente lacustres. Estos aspectos constituyen un interesante campo de investigación que aún no ha sido explorado.

La distribución espacial del contenido de materia orgánica en los sedimentos parece estar también relacionada con el patrón general de circulación de las corrientes superficiales del lago. Toda vez que la mayor parte del año dominan los vientos del noreste, éstos producen una corriente en sentido de las manecillas del reloj que arrastra la materia orgánica y la transporta a la porción suroeste; sin embargo, dado que en la costa prevalecen condiciones de alta energía, determinadas por un fuerte oleaje, los materiales no se depositan allí, sino en las partes más profundas de esta zona.

Ha quedado bien establecido que existe una fuerte relación positiva entre el contenido de nitrógeno y el contenido orgánico de los sedimentos evaluado por pérdida por ignición (Hakanson y Jansson, 1983). Ya que las concentraciones de materia orgánica en los sedimentos del lago varían entre el 20 y 30% en más del 80% de su superficie (Figura 7), cabe suponer que se trata de un sistema eutrófico, y aunque hasta la fecha no se conocen las concentraciones de nitrógeno en los sedimentos, los valores obtenidos de diversas variables en la columna de agua del lago, los bajos valores de visibilidad del disco de Secchi, las elevadas concentraciones de fitoplancton y la dominancia de especies fitoplanctónicos propias de ambientes eutróficos (Suárezet al., 1982), refuerzan esta suposición.

Hansen (1961), por su parte, ha propuesto el empleo de la diferencia entre la materia minerogénica (básicamente silice) y la inorgánico biogénica como una medida del estado trófico de los lagos, estableciendo que en los lagos oligotróficos el componente minerogénico es alto y el inorgánico biogénico bajo, mientras que en los ambientes eutróficos ocurre lo contrario. De acuerdo con lo anterior, el lodo orgánico que domina en los sedimentos del Lago de Catemaco, que presenta un contenido de 20% de frústulas de diatomeas y apenas un 5% de minerales volcánicos, es indicador de eutrofia.

En relación con los valores de carbonatos totales registrados debe señalarse que Dean (1974) ha advertido que los sedimentos ricos en arcilla, pero sin carbonatos, pueden sufrir una pérdida de hasta un 5% de su peso durante la incineración, debida, básicamente, a la evaporación de agua intersticial. Esto implica que la suposición en la que se basa la técnica: de que la pérdida de peso durante la ignición corresponde a la pérdida de CO₂ del carbonato de calcio, involucra un error de magnitud directamente proporcional a la cantidad de arcilla presente e inversamente proporcional a la de carbonato. Los valores obtenidos en Catemaco, que varían entre 1.2 y 2.2%, quedan dentro del intervalo de incertidumbre de la técnica de Dean (1974); por tanto, es muy probable que estén prácticamente ausentes. Esto es congruente con lo reportado con anterioridad por Pérez-Rojas (1984), quien empleando una técnica alternativa, el método acidimétrico de Harvey (1969), obtuvo valores de carbonato de calcio inferiores al 0.1%. En este caso, la ausencia de carbonatos parece estar relacionada con una alta producción de bióxido de carbono, debida a la descomposición de la materia orgánica en los sedimentos de lagos productivos, que puede disolver los cristales de calcita que llegan al fondo y mantenerlos en solución.

Este trabajo fue posible gracias al apoyo presupuestal otorgado por la División de Ciencias Biológicas y de la Salud de la Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Agradecemos a los Srs. Mario Villegas y Lucio Carlín las facilidades que nos brindaron para realizar el trabajo de campo, y a José Armando Lara Gutiérrez por su ayuda en el análisis granulométrico.

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