Artículos

 

Cronología de la sedimentación reciente y caracterización geoquímica de los sedimentos de la laguna de Alvarado, Veracruz (suroeste del golfo de México)

 

Chronology of recent sedimentation and geochemical characteristics of sediments in Alvarado Lagoon, Veracruz (southwestern gulf of Mexico)

 

Ana Carolina Ruiz-Fernández¹*, Mohamed Maanan², Joan Albert Sanchez-Cabeza³, Libia Hascibe Pérez Bernal¹, Perla López Mendoza⁴, Audrey Limoges⁵

 

¹ Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Unidad Académica Mazatlán, 82040 Mazatlán, Sinaloa, México. *Corresponding author. E-mail: caro@ola.icmyl.unam.mx

² Université de Nantes, UMR 6554 LETG, BP 81227, 44312, Nantes, France.

³ Instituto de Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Unidad Académica Procesos Oceánicos y Costeros, Ciudad Universitaria, 04510 México DF.

⁴ Posgrado en Ciencias del Mar y Limnología, Universidad Nacional Autónoma de México, Unidad Académica Mazatlán, 82040 Mazatlán, Sinaloa, México.

⁵ Geotop, Université du Québec à Montréal, CP 8888, succ. Centreville, Montréal, Québec, H3C 3P8, Canada.

 

Received September 2014,
accepted December 2014.

 

RESUMEN

Las lagunas costeras son altamente sensibles a los impactos antrópicos, y los registros sedimentarios pueden proporcionar valiosas reconstrucciones temporales de los cambios ambientales en la laguna, la zona costera y la cuenca de captación. La laguna de Alvarado (Veracruz, suroeste del golfo de México) es parte de un amplio complejo de humedales reconocido como sitio Ramsar. Sin embargo, su cuenca de captación es una de las zonas de México con mayores tasas de deforestación debido a la transformación de tierras bajas en pastizales y terrenos de cultivo, y esto ha repercutido en problemas de azolvamiento en los cuerpos de agua aledaños. Con el propósito de evaluar el impacto del cambio de uso del suelo sobre la laguna de Alvarado, se reconstruyeron los cambios en el flujo y procedencia de los sedimentos por medio del estudio de la composición elemental (determinada por espectrometría de fluorescencia de rayos X) de un núcleo sedimentario fechado por métodos radiométricos (²¹⁰Pb, ¹³⁷Cs, ^239,240Pu). El registro sedimentario mostró evidencia del aceleramiento del ritmo de sedimentación desde hace más de 134 ± 17 años; sin embargo, durante los últimos 40 años (1972-2011) se observaron cambios en la composición elemental que señalan la incorporación de sedimentos intemperizados de origen continental, así como un incremento de alrededor del 470% en las tasas de acumulación sedimentaria, que coinciden con los periodos de mayor deforestación y azolvamiento. Los incrementos recientes en las tasas de acumulación y el cambio en las características geoquímicas se atribuyeron a la erosión causada por cambios de uso del suelo en la cuenca de drenaje de la laguna de Alvarado.

Palabras clave: fechado con ²¹⁰Pb, tasas de acumulación sedimentaria, laguna de Alvarado, intemperismo, cambio de uso del suelo.

 

ABSTRACT

Coastal lagoons are very sensitive to anthropogenic impacts and sedimentary records may provide valuable temporal reconstructions of the environmental changes in the lagoon, the coastal zone, and the catchment area. The Alvarado Lagoon (Veracruz, southwestern gulf of Mexico) belongs to an extensive complex of wetlands recognized as a Ramsar site. However, its catchment basin has one of the highest deforestation rates in Mexico due to the transformation of lowlands for agriculture and grazing, thus causing siltation of the surrounding aquatic bodies. To evaluate the impact of land use change on Alvarado Lagoon, sediment fluxes and provenance were reconstructed by studying the elemental composition (determined by X-ray fluorescence spectrometry) of a sediment core dated radiometrically (²¹⁰Pb, ¹³⁷Cs, ^239,240Pu). The sedimentary record showed an acceleration of the sediment accumulation rate during more than 134 ± 17 years; however, the changes in elemental composition during the past 40 years (i.e., 1972-2011) indicated the incorporation of continental weathered sediments and an increment of sediment accumulation of circa 470%, in coincidence with the period of higher deforestation and siltation. The recent increase in sediment accumulation rates and changes in geochemical features are attributed to erosion caused by land use changes in the Alvarado Lagoon drainage basin.

Key words: ²¹⁰Pb dating, sediment accumulation rates, Alvarado Lagoon, weathering, land use changes.

 

Introducción

El término cambio global hace referencia a los cambios en la estructura y funcionamiento del sistema Tierra ocasionados por el rápido crecimiento de la población humana. Entre sus manifestaciones más conspicuas, está el aumento de la erosión debido a cambios de uso del suelo (Vitousek 1994, Ruiz-Fernández et al. 2014) y a la pérdida de cobertura vegetal, relacionada con la demanda de recursos naturales para satisfacer las necesidades de la población. Las zonas costeras, interfase natural entre las cuencas y los océanos, son ecosistemas especialmente valiosos e incluyen algunos de los ecosistemas más impactados por el cambio global, debido a que albergan una cuarta parte de la población mundial (Nicholls y Small 2002).

Los cambios en el uso del suelo pueden ser reconocidos en los registros sedimentarios de los ecosistemas costeros debido a que generalmente aumentan la erosividad del suelo, lo cual se ve reflejado en aumentos del ritmo de acumulación sedimentaria en los sistemas acuáticos (e.g., Ruiz-Fernández et al. 2009) y en cambios en la composición geoquímica de los sedimentos (e.g., Koinig et al. 2003, Ruiz-Fernández et al. 2012). Para evaluar los cambios en las tasas de sedimentación e identificar los factores que los controlan, se requiere de un marco temporal confiable.

El método de fechado con ²¹⁰Pb es el más utilizado para reconstruir los cambios ambientales recientes en sistemas acuáticos. El ²¹⁰Pb es un radionúclido natural, miembro de la serie radiactiva del ²³⁸U; tiene un periodo de semidesintegración (T_/2) de 22.23 años y permite fechar sedimentos acumulados en los últimos 100-150 años, periodo durante el cual son más notables las diversas manifestaciones del cambio global (e.g., contaminación, elevación del nivel del mar, eutrofización).

El complejo fluvio-lagunar y deltáico-estuarino de Alvarado es un sistema de gran importancia ecológica, pesquera y turística. Se encuentra rodeado por la segunda área de mayor superficie de manglar en el estado de Veracruz (México). Es considerado una región prioritaria para la conservación terrestre, marina e hidrológica, y para la conservación de las aves por parte de la Comisión Nacional de Biodiversidad (CONABIO), y ha sido declarado sitio RAMSAR desde 2004. No obstante, se han registrado diversos impactos al ecosistema, tales como la contaminación por residuos urbanos, agrícolas e industriales; la modificación de su entorno debido a la tala de manglar; la conversión de extensas áreas forestales a terrenos ganaderos; y el incremento de la erosión y acarreo de sedimentos (DOF 2004).

Bajo la premisa de que la erosión de la cuenca de drenaje ha modificado el ritmo de sedimentación y la calidad del sedimento acumulado en la laguna de Alvarado, en este trabajo hemos reconstruido cuantitativamente los cambios en las tasas de acumulación sedimentaria (cm año^-1) y másica (g cm^-2 año^-1) durante 134 ± 17 años registrados en un núcleo sedimentario recolectado en la laguna de Alvarado. Los sedimentos fueron fechados con el método de ²¹⁰Pb y la cronología fue corroborada con los trazadores radioactivos ¹³⁷Cs y ^239,240Pu. Se utilizaron las características texturales y geoquímicas de los sedimentos para evaluar el grado de intemperismo químico en los sedimentos y evidenciar los cambios en la procedencia de los sedimentos, que fueron relacionados con cambios de uso del suelo y deforestación en la zona.

 

Materiales y métodos

Área de estudio

La laguna de Alvarado se localiza en la zona centro del estado de Veracruz (SW del golfo de México). Forma parte del complejo lagunar de Alvarado (8637.5 ha, fig. 1), conformado por cuatro lagunas costeras salobres y someras (3 m máximo) interconectadas: Alvarado (4452.5 ha), Buen País (512.5 ha), Camaronera (2212.5 ha) y Tlalixcoyan (1460 ha). El complejo lagunar también incluye más de 100 lagunas interiores y los ríos Papaloapan, Acula, Blanco y Limón (Contreras-Espinosa 1993, Portilla-Ochoa 2003).

El clima en la zona es de tipo Aw2, cálido subhúmedo con temperatura media anual mayor que 22 °C, temperatura del mes más frío mayor que 18 °C y precipitación media anual de 500 a 2500 mm (Arriaga et al. 2000). Los suelos dominantes de la región son de tipo Gleysol (38%), Vertisol (24%), Arenosol (15%) y Solonchak (2%) (INEGI 2009).

El complejo lagunar de Alvarado es un ecosistema altamente productivo: alberga extensos bosques de mangle (mangle rojo, Rhizophora mangle; mangle blanco, Laguncularia racemosa; y mangle negro, Avicennia germinans), es hábitat del manatí Trichechus manatus (en peligro de extinción) y es refugio de especies de aves consideradas en peligro o amenazadas (CONAMP 2014). Estudios previos han registrado problemas de azolvamiento del sistema estuarino debido a la erosión de suelos causada por la deforestación en la parte alta de la cuenca (Bello et al. 2009) y contaminación de los sedimentos por metales pesados (e.g., Cu, Ni, Pb y Zn; Rosales et al. 1986, Guzmán Amaya et al. 2005).

 

Muestreo

El núcleo sedimentario Alvarado se recolectó en noviembre de 2011 en la laguna de Alvarado (18°47'52.44" N, 95°51'28.44" W; fig. 1), a 1.5 m de profundidad de columna del agua. Se utilizó un nucleador de gravedad (UWITEC) provisto de un tubo de PVC transparente de 1 m de largo y 8.5 cm de diámetro interno. El núcleo fue extrudido y seccionado en intervalos de 1 cm de espesor. Las muestras se pesaron, congelaron y secaron con una liofilizadora Labconco (modelo 7754042). Se registró el peso seco para determinar la densidad in situ y la profundidad másica de acuerdo con Sanchez-Cabeza y Ruiz-Fernández (2012). Las muestras fueron molidas en mortero de porcelana y almacenadas en bolsas de plástico hasta su análisis.

 

Análisis de laboratorio

Radiocronología con ²¹⁰Pb

El ²¹⁰Pb en los sedimentos (²¹⁰Pb_total) incluye una fracción que procede principalmente de la atmósfera (²¹⁰Pb_exceso), donde el ²¹⁰Pb se forma debido a la desintegración del gas ²²²Rn que emana de los suelos, y una fracción producida in situ (²¹⁰Pb_soportado) que puede determinarse como el promedio de los valores de ²¹⁰Pb_total en la sección asintótica del perfil de actividad de ²¹⁰Pb_total respecto a la profundidad (fig 2a). La actividad de ²¹⁰Pb_exceso se utiliza para el fechado de los sedimentos y se calcula como la diferencia entre ²¹⁰Pb_total y ²¹⁰Pb_soportado (Sanchez-Cabeza et al. 2012).

La actividad de ²¹⁰Pb_total se determinó a través de la actividad de su descendiente ²¹⁰Po medida mediante espectrometría alfa, bajo la suposición de equilibrio secular entre ambos isótopos, en conformidad con el método descrito por Ruiz-Fernández et al. (2009). Brevemente, se agregó una cantidad conocida de ²⁰⁹Po como estándar interno a una alícuota de 0.3 g de sedimento seco y molido, la cual se digirió en una mezcla de ácidos concentrados (5:4:1 de HNO₃-HCl-HF) en recipientes de teflón (Savillex) sobre una plancha de calentamiento a 120 °C durante 12 h. El digerido se evaporó a sequedad (<80 °C) y el residuo se suspendió en HCl concentrado para eliminar los remanentes de HNO₃ (este paso se repitió tres veces). El residuo final se resuspendió en HCl 0.5N y se eliminó por centrifugación; se agregaron 0.5 g de ácido ascórbico al sobrenadante y se puso en contacto con un disco de plata (2 cm de diámetro) para permitir el depósito espontáneo de los isótopos de polonio mediante agitación orbital durante 12 h a temperatura ambiente. La actividad de ²⁰⁹Po y ²¹⁰Po se midió en un espectrómetro alfa Ortec 576A durante el tiempo necesario para obtener una incertidumbre de conteo menor que el 5%. El análisis de réplicas (n = 4) del material de referencia certificado IAEA-300 (radionúclidos en sedimento del mar Báltico) confirmó una buena exactitud y precisión del método (dentro de 1σ del valor certificado de ²¹⁰Pb y con un coeficiente de variación del 3.5%, respectivamente).

Para establecer la cronología de los sedimentos, se utilizó el modelo de flujo constante (Robbins 1978, Sanchez-Cabeza y Ruiz-Fernández 2012). La hipótesis fundamental del modelo es que el flujo de ²¹⁰Pb a la superficie del sedimento es constante; por lo tanto, la actividad de ²¹⁰Pb en los sedimentos es resultado de su desintegración radioactiva y de los cambios en el ritmo de acumulación de los sedimentos (Sanchez-Cabeza y Ruiz-Fernández 2012). La incertidumbre de la cronología y la acumulación sedimentaria fue calculada mediante un método de simulación Monte Carlo (Sanchez-Cabeza et al. 2014).

 

Marcadores estratigráficos

El fechado con ²¹⁰Pb se corroboró con los perfiles de distribución de los marcadores estratigráficos ¹³⁷Cs (T_1/2 = 30.14 años) y ^239,240Pu (²³⁹Pu, T_1/2 = 24,100 años; ²⁴⁰Pu, T_1/2 = 6561 años). ¹³⁷Cs y ^239,240Pu son radionúclidos artificiales que se encuentran presentes en el ambiente principalmente debido a la precipitación global, resultado de las pruebas atmosféricas de armamento termonuclear. ¹³⁷Cs y ^239,240Pu suelen ser detectables en los sedimentos después de las primeras pruebas termonucleares a principios de la década de 1950, y presentar actividades máximas entre 1962 y 1964, y una reducción a partir de entonces (DeLaune et al. 1978).

La actividad de ¹³⁷Cs se determinó mediante espectrometría gamma de alta resolución. Se analizaron alícuotas de sedimento seco y molido (~4.5 g), contenidas en viales de plástico (6 cm de largo χ 1 cm de diámetro), durante un mínimo de 48 h, en un detector de pozo de Ge hiperpuro (Ortec).

La actividad de ^239,240Pu se determinó mediante espectrometría alfa en sistemas Ortec-Ametek 576A. Aproximadamente 3 g de sedimento calcinado (600 °C por 8 h), adicionados con un estándar de ²⁴²Pu como trazador de recuperación, se digirieron en una mezcla de ácidos concentrados (1:3 HCl + HNO₃) en una plancha de calentamiento (150 °C, 6 h). Los isótopos de plutonio fueron purificados con una resina de intercambio aniónico (AG 1 χ 8-200, Bio-Rad Laboratories, Inc.; Wong 1971) y se electrodepositaron sobre un disco de plata (0.3 mm de espesor, 2 cm de diámetro; Puphal y Olsen 1972) utilizando como solución electrolito una mezcla de HCl y oxalato de amonio + cloruro de amonio (pH = 2), un ánodo de platino (1 mm de espesor) y una fuente de poder Agilent U8001A (corriente de 1 A).

 

Caracterización geoquímica de los sedimentos

La distribución del tamaño de grano de los sedimentos se determinó con un equipo de difracción de rayo láser Malvern Masterizer 2000. Previo al análisis, las muestras se trataron con H2O2 al 30% para eliminar la materia orgánica. Para determinar la concentración de materia orgánica, se utilizó el método de Walkley-Black descrito por Loring y Rantala (1992), y la concentración de carbonatos (como CaCO₃) se analizó utilizando el método volumétrico descrito por Stuardo y Villarroel (1976). La susceptibilidad magnética de los sedimentos se determinó en sedimento seco y molido, utilizando un medidor de susceptibilidad magnética Bartington MS2 acoplado a un sensor de frecuencia simple MSG2. La composición elemental de los sedimentos (13 < Z < 92) se determinó por fluorescencia de rayos X (Spectro Xepos-3): 4 g de sedimento molido fueron colocados en una celda de polietileno de baja densidad con fondo recubierto con una película de Prolene.

 

Análisis estadísticos

Se realizó un análisis de correlación de Pearson para determinar la asociación entre las variables analizadas, y se determinó la significancia del coeficiente de correlación mediante una prueba de t de Student (P < 0.01). Previo al análisis se verificó que los datos tuvieran una distribución normal mediante la prueba de Kolmogorov-Smirnov.

 

Resultados

Marco temporal de los sedimentos

Fechado con el método de ²¹⁰Pb

La actividad de ²¹⁰Pb_total en los sedimentos del núcleo Alvarado varió de 18.5 a 76.0 Bq kg^-1. El valor de ²¹⁰Pbsoportado, estimado a partir del promedio de las actividades de ²¹⁰Pbtotal entre 23 y 57 cm de profundidad, fue de 21.3 ± 1.8 Bq kg^-1 (fig. 2a). El método de fechado permitió estimar una edad máxima de 134 ± 17 años (i.e., 1878, sección 19-20 cm). El modelo de edad y la variación de la tasa de acumulación másica (0.04-0.23 g cm^-2 año^-1) y la tasa de acumulación sedimentaria (0.06-0.61 cm año^-1) se presentan en la fig. 2c.

 

Validación con ¹³⁷Cs y ^239,240Pu

Las actividades de ¹³⁷Cs y ^239,240Pu en los sedimentos del núcleo Alvarado variaron de 1.2 a 4.6 Bq kg^-1 y de 72 a 182 mBq kg^-1, respectivamente. Los perfiles de actividad de ¹³⁷Cs y ^239,240Pu (fig. 2b) muestran los valores máximos en la sección 11-12 cm que, de acuerdo con el modelo de edad, corresponde a los años entre 1958 y 1966, en perfecto acuerdo con el máximo esperado en 1963.

 

Caracterización de los sedimentos

Los sedimentos del núcleo Alvarado fueron predominantemente limosos (69-90%) y presentaron bajo contenido de materia orgánica (<2%) y de carbonatos (1-7%). La mayoría de las variables analizadas mostraron escasa variación respecto a la profundidad (fig. 3, notar la reducida amplitud de las escalas), aunque la densidad in situ (p) de los sedimentos, el contenido de arenas y los valores de susceptibilidad magnética fueron ligeramente más bajos en el segmento inferior (debajo de 26 cm de profundidad) que hacia la superficie.

Las concentraciones de carbonatos y de Ca presentaron una tendencia constante a disminuir desde el fondo del núcleo hacia la superficie. Los valores de susceptibilidad magnética mostraron un máximo entre 19 y 28 cm de profundidad (más antiguo que AD 1878 ± 17), que coincidió con los porcentajes máximos de arena, Ca y Zr, y los porcentajes mínimos de limo y Rb. Las concentraciones de Al, K, Rb, Si y Fe presentaron una tendencia a disminuir hacia la superficie del núcleo (la tendencia comienza a observarse desde hace más de un siglo, i.e., secciones de antigüedad mayor que 134 ± 17 años). Se encontró una correlación positiva (P < 0.001) entre el porcentaje de arcillas y las concentraciones de Al, Fe, K, Rb, lo cual sugiere una misma fuente detrítica para los cuatro elementos y su transporte preferencial en la fracción más fina de los sedimentos. En contraste, el porcentaje de arenas presentó una correlación positiva significativa (P < 0.001) con la concentración de Zr y los valores de susceptibilidad magnética, lo cual indica la posibilidad de un cambio de fuente de sedimentos, con mayor contenido de Zr, presente en la fracción más gruesa (aunque poco abundante) del sedimento.

Para evaluar si existieron cambios en el origen de los sedimentos acumulados, se calcularon las razones de elementos indicadores de terrígenos (Ti/Al, Si/Al, Zr/Al, K/(Fe+Mg)) (Sageman y Lyons 2004) y los siguientes índices de intemperismo químico: índice de terrígenos (IT = Al/(Al + Fe + Mn; Boström 1973), razón de Ruxton (R = SiO₂/Al₂O₃), índice de intemperismo de Parker (WIP = (100)[(2Na₂O/0.35) + (MgO/0.9) + (2K₂O/0.25) + (CaO/0.7)]) e índice Si-Ti (STI = (100)[(SiO₂/TiO₂)/((SiO₂/ TiO₂)+(SiO₂/Al₂O₃) + (Al₂O₃/TiO₂))]) (Price y Velbel 2003).

Una reducción en los valores de la razón Si/Al (déficit de Si respecto a Al) en los sedimentos es indicativo del intemperismo químico de los silicatos, lo cual usualmente produce la disolución preferente de Si y K respecto a Al en la fase sólida (Lopez et al. 2006). En cambio, el incremento de la razón Si/Al (exceso de Si respecto a Al) puede indicar el suministro de granos de cuarzo vía eólica, o bien de sílice biogénica (Sageman y Lyons 2004 y referencias en el mismo). Las razones Si/Al, Ti/Al y Zr/Al aumentan en los sedimentos eólicos debido al enriquecimiento de cuarzo, minerales ricos en Ti y circón (Schnetger et al. 2000 y referencias en el mismo). Asimismo, el incremento en la razón Si/Al puede reflejar condiciones más áridas o un decremento en el suministro fluvial de sedimentos con relación a un flujo basal eólico constante (Werne et al. 2002). Un aumento en los valores de K/(Fe + Mg) indica el incremento en el aporte fluvial de sedimentos clásticos detríticos (Sageman y Lyons 2004).

El IT es utilizado para identificar el suministro de terrígenos a los sedimentos y sus valores disminuyen con la distancia al continente (Böstrom 1973). Los valores de R, WIP y STI decrecen con el intemperismo (Price y Velbel 2003). El índice R está basado en la pérdida de Si y asume la inmovilidad de Al durante el intemperismo. El WIP está basado en las proporciones de metales alcalinos y alcalino térreos (Na, K, Mg y Ca, los elementos mayoritarios más móviles) durante el intemperismo de los silicatos. El STI evalúa el grado de intemperismo químico de rocas metamórficas silicatadas en regiones tropicales.

Se observó un primer máximo en las razones Ti/Al, Zr/Al y K/(Fe + Mg) y los valores de R, IT y STI entre 35 y 45 cm de profundidad (más antiguos que AD 1878 ± 17, límite de fechado de este estudio), acompañados por un incremento en el porcentaje de arenas y de Zr (fig. 3), que indica un incremento en el aporte de material detrítico. De acuerdo a los valores de IT y STI, se trata de sedimentos menos intemperizados que los sedimentos más antiguos encontrados por debajo de 45 cm de profundidad, y podrían ser, por ejemplo, sedimentos litorales acarreados por un evento catastrófico (e.g., una tormenta o huracán). Para los sedimentos más recientes, las razones Ti/Al, Zr/Al, K/(Fe + Mg) y los valores de R, WIP, IT y STI mostraron una tendencia a incrementarse hasta la sección de 10-11 cm de profundidad (AD 1966 ± 3) lo cual indica el incremento del transporte de sedimentos continentales poco intemperizados, probablemente debido al gradual incremento de la erosión y transporte de sedimentos próximos a la costa.

Entre 10 y 3 cm de profundidad (1972-2004), las razones Ti/Al y Zr/Al se mantuvieron en sus valores máximos, pero los valores de la razón K/(Fe + Mg) y de R, IT, STI comenzaron a disminuir gradualmente hacia la superficie. Esto indica un decremento en el aporte de material detrítico fluvial (indicado por K/(Fe + Mg)), así como el aumento de material más intemperizado (R y STI) que procede desde cada vez mayor distancia en el continente (índice IT) y que es transportado principalmente por vía eólica (razón Ti/Al). Aunque el índice WIP no muestra la misma tendencia decreciente que R y STI (de hecho muestra una tendencia creciente en los 5 cm superficiales), esta sección incluye los valores más bajos de WIP en todo el perfil.

 

Discusión

Las actividades de ¹³⁷Cs son bajas pero consistentes con los valores previamente registrados en otras áreas costeras mexicanas del Pacífico (Páez-Osuna y Mandelli 1985; Ruiz-Fernández et al. 2001, 2004, 2007) y con los observados en el estuario del río Coatzacoalcos, a ~250 km al sur de la laguna de Alvarado (Rosales-Hoz et al. 2003, Ruiz-Fernández et al. 2012). Las bajas actividades de ¹³⁷Cs, comunes en áreas costeras subtropicales y tropicales, pueden deberse principalmente a tres factores: (a) tiempo transcurrido desde su liberación al ambiente, ya que debido a la desintegración radioactiva, las actividades de ¹³⁷Cs, acumuladas en el sedimento desde mediados de 1960, a la fecha han disminuido alrededor de un 70%; (b) ubicación geográfica, ya que se estima que de la cantidad total de ¹³⁷Cs liberada a la atmósfera, tan sólo un 9% se depositó en las latitudes 10-20° N (Aoyama et al. 2006); y (c) comportamiento geoquímico, ya que el ¹³⁷Cs puede ser movilizado de los sedimentos, ya sea debido a su alta solubilidad en agua de mar, o a consecuencia de condiciones anóxicas y altamente reductoras (IAEA 2005).

Las actividades de ^239,240Pu también son bajas y consistentes con los valores registrados para el estuario del río Coatzacoalcos (0.06 ± 0.01 a 0.19 ± 0.01 Bq kg^-1, Ruiz-Fernández et al. 2012). En comparación con los escasos datos disponibles en latitudes tropicales de la costa atlántica americana, los valores de ^239,240Pu en los sedimentos de Alvarado son comparables a los encontrados por en una marisma intermareal de la costa sureste de Brasil (<0.02-0.19 Bq kg^-1, Sanders et al. 2010) y en zonas costeras de Cuba (0.01-0.78 Bq kg^-1, Corcho-Alvarado et al. 2014).

Las tasas de acumulación másica (0.04-0.23 g cm^-2 año^-1) y de acumulación sedimentaria (0.09-0.61 cm año^-1) incrementaron de manera consistente a lo largo de los últimos 134 ± 17 años (fig. 2c), equivalente a un aumento de alrededor del 670% en las tasas de acumulación sedimentaria entre 1878 y 2011, y de al rededor del 470% entre 1972 y 2011. Es notable que la aceleración de la acumulación de sedimento durante el periodo más reciente (0.015 cm año^-2, 1986-2011) es un orden de magnitud mayor que el observado entre fines del siglo XIX y principios de la década de 1980 (0.001 cm año^-2).

De acuerdo con las razones de elementos mayoritarios (Ti/Al, Zr/Al y K/(Fe+Mg)) y los índices de intemperismo R, WIP, IT y STI, hace más de un siglo que la incorporación de sedimentos erosionados proviene de la cuenca próxima, aunque durante los últimos 39 ±2 años los sedimentos proceden de fuentes cada vez más lejanas. Según los registros previos para la zona (DOF 2004), la influencia humana es el factor más importante en los problemas de erosión que impactan a la laguna de Alvarado.

La deforestación y el cambio en la cobertura y uso del suelo en México son un problema que se ha presentado desde tiempos precolombinos; además, durante las últimas cuatro décadas, este proceso se ha incrementado dramáticamente, pues se estima que las tasas de deforestación en el país varían entre 370-746 mil ha año^-1 para selvas y bosques cerrados (Aguilar et al. 2000 y referencias incluidas). La zona que hoy ocupa el municipio de Alvarado había estado habitada por diversos grupos indígenas antes de la llegada de los españoles, y se reporta que desde mediados del siglo XVI existían actividades agrícolas, relacionadas con el cultivo de caña y producción de azúcar (SEGOB 2010), que podrían haber contribuido a la erosión de los terrenos en los alrededores del complejo lagunar de Alvarado.

El incremento considerable de la acumulación sedimentaria registrado en el núcleo Alvarado a partir de la década de 1980 (fig. 2c) tan sólo puede ser atribuido a cambios de uso del suelo y prácticas inadecuadas de cultivo agrícola, que aceleran la erosión de suelos en la cuenca de drenaje. De acuerdo con Bello et al. (2009), el complejo lagunar de Alvarado tiene altas tasas de deforestación: entre 1976 y 2000, en los alrededores de la boca de la laguna de Alvarado se perdieron cerca de 7000 ha de vegetación característica de humedales y más de 3000 ha de dunas (i.e., el 22% y 98%, respectivamente). Estos cambios son atribuidos al incremento de la ganadería, dada la transformación de vegetación natural a zonas de pastizales inducidos (91% de las zonas de agricultura temporal de 1976 fue convertido a pastizales), así como a la expansión de terrenos de cultivos de caña de azúcar (Pronatura 2014). En el mismo periodo (1976-2000), la tasa de deforestación en las selvas altas de la zona fue del 12% anual. Las altas tasas de deforestación desde las zonas altas de la cuenca han sido relacionadas con la erosión de suelos, que han tenido como consecuencia el azolvamiento de la boca de la laguna de Alvarado (Bello et al. 2009).

Los núcleos sedimentarios fechables son registros únicos de procesos locales, regionales y globales. Si bien los resultados de este estudio no pueden ser fácilmente extrapolados al resto del complejo lagunar, el registro sedimentario refleja un proceso regional: la erosión de la cuenca de captación del complejo lagunar de Alvarado. Este estudio es la primera reconstrucción cuantitativa de la historia del azolvamiento de la laguna de Alvarado y, por lo tanto, constituye una base confiable para futuros estudios que permitan una mejor gestión de la zona costera.

 

Agradecimientos

Este trabajo fue posible gracias al financiamiento de los proyectos PAPIIT-DGAPA IN105009, PAPIIT-DGAPAIN203313, INFR-2013-01 204818 y Red PROMEP/103.5/13/9366; y a la beca de maestría de CONACYT otorgada a PLM. Los autores agradecemos el apoyo de Rosalba Alonso Rodríguez en el trabajo de campo, el apoyo técnico de Humberto Bojórquez en el trabajo de laboratorio y de Germán Ramírez y Carlos Suárez en la elaboración de figuras, así como los valiosos comentarios de dos revisores anónimos de la primera versión del manuscrito.

 

Referencias

Aguilar C, Martínez E, Arriaga L. 2000. Deforestación y fragmentación de ecosistemas: Qué tan grave es el problema en México? Biodiversitas 30: 7-11.         [ Links ]

Aoyama A, Hirose K, Igarashi Y. 2006. Re-construction and updating our understanding on the global weapons tests ¹³⁷Cs fallout. J. Environ. Monitor. 8: 431-438.         [ Links ]

Arriaga L, Espinoza JM, Aguilar C, Martínez E, Gómez L, Loa E. (coordinadorescoordinators/eds.). 2000. Regiones terrestres prioritarias de México. Comisión Nacional para el Conocimiento y Uso de la Biodiversidad, México. http://www.conabio.gob.mx/conocimiento/regionalizacion/        [ Links ]

Bello J et al., Gómez L, et al., Magaña V et al., Graizbord B et al., Rodríguez PH et al. 2009. Sitio piloto Río Papaloapan-Laguna de Alvarado. In: Buenfil Friedman J (ed.), Adaptación a los Impactos del Cambio Climático en los Humedales Costeros del Golfo de México. Vol. II. Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales/Instituto Nacional de Ecología, México, pp. 435-456.         [ Links ]

Boström K. 1973. The origin and fate of ferromanganoan active ridge sediments. Stockholm Contrib. Geol. 27: 149-243.         [ Links ]

[CONANP] Comisión Nacional de Áreas Naturales protegidas. 2014. Humedales mexicanos de importancia internacional (sitios RAMSAR). http://ramsar.conanp.gob.mx/docs/sitios/FIR_RAMSAR/Veracruz        [ Links ]

Contreras-Espinosa F. 1993. Ecosistemas costeros mexicanos. Universidad Autónoma Metropolitana. México, 415 pp.         [ Links ]

Corcho-Alvarado JA, Díaz-Asencio M, Froidevaux P, Bochud F, Alonso-Hernández CM, Sanchez-Cabeza JA. 2014. Dating young Holocene coastal sediments in tropical regions: Use of fallout ^239,240Pu as alternative chronostratigraphic marker. Quatern. Geochronol. 22: 1-10.         [ Links ]

DeLaune RD, Patrick Jr WH, Buresh RJ. 1978. Sedimentation rates determined by ¹³⁷Cs dating in a rapidly accreting salt marsh. Nature 275: 532-533.         [ Links ]

[DOF] Diario Oficial de la Federación. 2004. Carta Nacional Pesquera. Ecosistemas lagunares costeros. Laguna Alvarado, Veracruz. DOF, quinta sección, 15 mayo 2004, México.         [ Links ]

Guzmán-Amaya P, Villanueva FS, Botello AV. 2005. Metales en tres lagunas costeras del estado de Veracruz. In: Botello AV, Rendón-von-Osten J, Gold-Bouchot G, Agraz-Hernández C (eds.), Golfo de México, Contaminación e Impacto Ambiental: Diagnóstico y Tendencias. 2nd ed. Universidad Autónoma de Campeche, Universidad Nacional Autónoma de México, Instituto Nacional de Ecología, pp. 361-372.         [ Links ]

[IAEA] International Atomic Energy Agency. 2005. Worldwide marine radioactivity studies (WOMARS). Radionuclide levels in oceans and seas. Final report of a coordinated research project. IAEA-TECDOC-1429, 187 pp.         [ Links ]

[INEGI] Instituto Nacional de Estadística y Geografía. 2009. Prontuario de información geográfica municipal de los Estados Unidos Mexicanos. Alvarado, Veracruz de Ignacio de la Llave. http://www3.inegi.org.mx/sistemas/mexicocifras/datos-geograficos/30/30011.pdf        [ Links ]

Koinig KA, Shotyk W, Lotter AF, Ohlendorf C, Sturm M. 2003. 9000 years of geochemical evolution of lithogenic major and trace elements in the sediment of an alpine lake: The role of climate, vegetation, and land-use history. J. Paleolimnol. 30: 307-320.         [ Links ]

Lopez P, Navarro E, Marce R, Ordoñez J, Caputo L, Armengol J. 2006. Elemental ratios in sediments as indicators of ecological processes in Spanish reservoirs. Limnetica 25: 499-512.         [ Links ]

Loring DH, Rantala RTT. 1992. Geochemical analyses of marine sediments and suspended particulate matter. Fisheries and Marine Services, Technical Report 700, p. 58.         [ Links ]

Nicholls RJ, Small C. 2002. Improved estimates of coastal population and exposure to hazards released. EOS 83: 301-305.         [ Links ]

Páez-Osuna F, Mandelli EF. 1985. ²¹⁰Pb in a tropical coastal lagoon sediment core. Estuar. Coast. Shelf Sci. 20: 374-387.         [ Links ]

Portilla-Ochoa. 2003. Ficha Informativa de los Humedales de Ramsar del Sistema Lagunar Alvarado. http://ramsar.conanp.gob.mx/docs/sitios/FIR_RAMSAR/Veracruz        [ Links ]

Price JR, Velbel MA. 2003. Chemical weathering indices applied to weathering profiles developed on heterogeneous felsic metamorphic parent rocks. Chem. Geol. 202: 397-416.         [ Links ]

Pronatura. 2014. Manglares. Pronatura Veracruz, AC. http://www.pronaturaveracruz.org/ecoforestal/ef_manglares.php        [ Links ]

Puphal KW, Olsen DR. 1972. Electrodeposition of alpha-emitting nuclides from a mixed oxalate-chloride electrolyte. Anal. Chem. 44: 284-289.         [ Links ]

Robbins JA. 1978. Geochemical and geophysical applications of radioactive lead isotopes. In: Nriagu JP (ed.), Biogeochemistry of Lead. Elsevier Science BV, Amsterdam, pp. 285-393.         [ Links ]

Rosales HL, Carranza EA, Alvarez RU. 1986. Sedimentological and chemical studies in sediments from Alvarado lagoon system, Veracruz, Mexico. An. Inst. Cienc. Mar Limnol. UNAM 13: 19-28.         [ Links ]

Rosales-Hoz L, Cundy AB, Bahena-Manjarrez JL. 2003. Heavy metals in sediment cores from a tropical estuary affected by anthropogenic discharges, Coatzacoalcos Estuary, Mexico. Estuar. Coast. Shelf Sci. 58, 117-126.         [ Links ]

Ruiz-Fernández AC, Hillaire-Marcel C, Ghaleb B, Páez-Osuna F, Soto-Jiménez M. 2001. Isotopic constraints (²¹⁰Pb, ²²⁸Th) on the sedimentary dynamics of contaminated sediments from a subtropical coastal lagoon (NW Mexico). Environ. Geol. 41: 74-89.         [ Links ]

Ruiz-Fernández AC, Páez-Osuna F, Machain-Castillo ML, Arellano-Torres E. 2004. ²¹⁰Pb geochronology and trace metal fluxes (Cd, Cu and Pb) in the Gulf of Tehuantepec, South Pacific of Mexico. J. Environ. Radioactiv. 76: 161-175.         [ Links ]

Ruiz-Fernández A, Frignani M, Tesi T, Bojórquez-Leyva H, Bellucci L, Páez-Osuna F. 2007. Recent sedimentary history of organic matter and nutrient accumulation in the Ohuira Lagoon, nortwestern Mexico. Arch. Environ. Contam. Toxicol. 53: 159-167.         [ Links ]

Ruiz-Fernández AC, Hillaire-Marcel C, de Vernal A, Machain-Castillo ML, Vásquez L, Ghaleb B, Aspiazu-Fabián JA, Páez-Osuna F. 2009. Changes of coastal sedimentation in the Gulf of Tehuantepec, South Pacific Mexico, over the last 100 years from short-lived radionuclide measurements. Estuar. Coast. Shelf Sci. 82: 525-536.         [ Links ]

Ruiz-Fernández AC, Sanchez-Cabeza JA, Alonso-Hernández C, Martínez-Herrera V, Pérez-Bernal LH, Preda M, Hillaire-Marcel C, Gastaud J, Quejido-Cabezas AJ. 2012. Effects of land use change and sediment mobilization on coastal contamination (Coatzacoalcos River, Mexico). Cont. Shelf Res. 37: 57-65.         [ Links ]

Ruiz-Fernández AC, Sanchez-Cabeza JA, Ontiveros Cuadras JF, Páez Osuna F. 2014. Registros ambientales del cambio global. Revista Ciencia y Desarrollo 40: 6-11.         [ Links ]

Sageman BB, Lyons TW. 2004. Geochemistry of fine-grained sediments and sedimentary rocks. In: MacKenzie F (ed.), Sediments, Diagenesis, and Sedimentary Rocks, Treatise on Geochemistry. Vol. 7. Elsevier, New York, pp. 115-158.         [ Links ]

Sanchez-Cabeza JA, Ruiz-Fernández AC. 2012. ²¹⁰Pb sediment radiochronology: An integrated formulation and classification of dating models. Geochim. Cosmochim. Acta 82: 183-200.         [ Links ]

Sanchez-Cabeza JA, Díaz-Asencio M, Ruiz-Fernández AC (Editors). 2012. Radiocronología de sedimentos costeros utilizando ²¹⁰Pb: Modelos, validación y aplicaciones. International Atomic Energy Agency, Vienna, STI/PUB/1538, 2012, 105 pp. http://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/P1538_S_web.pdf        [ Links ]

Sanchez-Cabeza JA, Ruiz-Fernández AC, Ontiveros Cuadras JF, Pérez Bernal LH. 2014. Monte Carlo uncertainty calculation of ²¹⁰Pb sediment dating chronologies and accumulation rates. Quatern. Geochronol. 23: 80-93.         [ Links ]

Sanders CJ, Soak JM, Sanders LM, Waters MN, Patchineelam SR, Ketterer ME. 2010. Intertidal mangrove mudflat ²⁴⁰+²³⁹Pu signatures, confirming a ²¹⁰Pb geochronology on the southeastern coast of Brazil. J Radioanal Nucl Chem 283: 593-596.         [ Links ]

Schnetger B, Brumsack HJ, Schale H, Hinrichs J, Dittert L. 2000. Geochemical characteristics of deep-sea sediments from the Arabian Sea: A high-resolution study. Deep-Sea Res (II) 47: 2735-2768.         [ Links ]

[SEGOB] Secretaría de Gobernación. 2010. Enciclopedia de los Municipios de México. Municipio de Alvarado. INAFED Instituto para el Federalismo y el Desarrollo Municipal, Secretaría de Gobernación. http://www.e-local.gob.mx/wb2/ELOCAL/EMM_veracruz.         [ Links ]

Stuardo J, Villarroel M. 1976. Aspectos ecológicos y moluscos en las lagunas costeras de Guerrero, México. An. Cent. Cienc. Mar Limnol. UNAM 3: 1-180.         [ Links ]

Vitousek PM. 1994. Beyond global warming: Ecology and global change. Ecology 75: 1861-1876.         [ Links ]

Werne JP, Sageman BB, Lyons TW, Hollander DJ. 2002. An integrated assessment of a "Type euxinic" deposit: Evidence for multiple controls on black shale deposition in the Middle Devonian Oatka Creek Formation. Am. J. Sci. 302: 110-143.         [ Links ]

Wong KM. 1971. Radiochemical determination of plutonium in sea water, sediments and marine organisms. Analytica Chimica Acta 56,3: 355-364.         [ Links ]