doi: 10.5027/644
Andean Geology 36 (2): 288-310. July, 2009
formerly Revista Geolgica de Chile
www.andeangeology.cl

 

Estacionalidad de la erosin y el transporte elico de partculas en el desierto costero de Atacama, Chile (23°S)

Seasonality of erosion and eolian particle transport in the coastal Atacama Desert, Chile (23°S).

 

Valentina Flores-Aqueveque1, Gabriel Vargas1, Jos Rutllant2, Jacobus P. Le Roux1

 

1 Departamento de Geologa, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Universidad de Chile. Plaza Ercilla 803, Santiago, Chile. v.flores@gmail.com; gvargas@ing.uchile.cl; jroux@ing.uchile.cl
2 Departamento de Geofsica, Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas, Universidad de Chile. Blanco Encalada 2002, Santiago, Chile. jrutllan@dgf.uchile.cl


RESUMEN. La costa del Desierto de Atacama se caracteriza por la ocurrencia de vientos fuertes del sur y suroeste. El clima rido, la geomorfologa plana y las caractersticas granulomtricas de los depsitos superficiales de la Pampa Mejillones, ubicada en la costa del norte de Chile (23°S), favorecen el estudio de los procesos de erosin y transporte elico de partculas en este desierto costero. Mediciones in situ del flujo horizontal de partculas (G) y de vientos, junto con anlisis sedimentolgicos de la capa superficial de esta pampa, permitieron determinar los parmetros relevantes en el proceso de erosin y transporte elico de partculas, as como estimar su estacionalidad. Se determin un coeficiente de rugosidad superficial (z0) promedio del orden de 10-3 m, tpico de planicies desrticas. Estacionalmente se observaron valores de G de hasta 2.100 g cm-1 mes-1 asociados a velocidades de friccin (u*) entre 0,4 y 0,5 m s-1 durante la primavera del ao 2000. Resultados similares se obtuvieron para los aos 1999 y 2001. La sedimentologa (granulometra y textura superficial) y mineraloga de las partculas del suelo y del material capturado en las trampas de polvo, permitieron determinar que la fraccin transportada est caracterizada principalmente por cuarzo y feldespatos, y modas granulomtricas entre 75 y 1.000 um, similares a las observadas en los sedimentos cercanos y al sur (viento arriba) del rea de captura. Los resultados obtenidos y la correlacin preliminar entre los vientos medidos en distintas estaciones meteorolgicas en la pennsula de Mejillones, permiten establecer una relacin directa entre el flujo horizontal de partculas hacia la baha homnima y los vientos regionales del sur-suroeste, especialmente durante los meses de primavera y verano, en concomitancia con la intensificacin de los vientos favorables a la surgencia costera en el rea ocenica adyacente.

Palabras claves: Mejillones, Atacama, Erosin, Transporte elico, Coeficiente de rugosidad superficial, Velocidad de friccin, Surgencia costera.


ABSTRACT. The coast of the Atacama Desert is characterized by the occurrence of strong south- and southwesterly winds. The arid climate, fat geomorphology and the characteristics of the superficial sediments on Pampa Mejillones, located in northern Chile (ca. 23°S), favor the study of eolian erosion and transport processes in this coastal desert. In situ measurements of the horizontal particle flux (G) and winds in the rea, together with sedimentological analyses of the uppermost part of the pampa sediments, allowed determination of the significant parameters in the eolian erosin and particle transport process and its seasonality. A local surface roughness parameter (z0) of about 10-3 m was calculated, which is a typical value of desert plains. Seasonally, values of G up to 2,100 g cm-1 month-1 were observed, associated with friction velocities (u*) between 0,4 and 0,5 m s-1 during the spring of 2000. Similar results were obtained for the years 1999 and 2001. The sedimentology (granulometry and surface texture) and mineralogy of the surface and captured material in the dust traps show that the transported fraction is characterized mainly by quartz and feldspars, with grain-size modes between 75 and 1,000 um, similar to those observed in nearby soils and south (upwind) of the capture area. The results obtained and preliminary correlation of measured winds at the different meteorological stations on the Mejillones Pennsula, indicate a direct relationship between the horizontal particle flux towards Mejillones Bay and the regional south-southwest winds, especially during spring and summer, simultaneous with the intensification of winds favoring coastal upwelling in the area.

Keywords: Mejillones, Atacama, Eolian particle erosion and transport, Surface roughness coefficient, Friction velocity, Coastal upwelling.


1. INTRODUCCIN

La erosin y el transporte elico de partculas constituyen parte de los procesos fundamentales en el modelado de la superficie terrestre. Su estudio es aplicable, por ejemplo, a los estudios de avance de dunas (Nishimori y Tanaka, 2003), desertificacin y deflacin de suelos agrcolas (Gomes et al, 2003b; Rajot et al., 2003), dispersin de contaminantes (Adetunji et al, 2001), y reconstrucciones paleoclimticas y paleooceanograncas (Thompson etal, 2000; Poore etal, 2005; Vargas etal, 2004). Estudios de dinmica sedimentaria han sido desarrollados en las regiones ridas y semiridas del planeta, como en el nordeste de Espaa (Gomes et al., 2003a), el desierto de Arizona (Nickling y Gillies, 1989), el desierto de Sahara (Marticorena y Bergametti, 1996; Rajot et al., 2003; Breuning-Madsen y Awadzi, 2005), desierto de Gobi (Wang et al, 2006), Pampa de la Joya en Per (Bailey, 1906), Nuevo Mxico (Holliday, 1990) y Australia (Hesse y McTainsh, 2003), entre otros. Estas regiones constituyen, adems, las principales reas de emisin de aerosoles terrgenos a la atmsfera. Sin embargo, estudios cuantitativos de los procesos vinculados a la produccin y transporte elico de partculas en el desierto costero de Atacama no han sido realizados.

A lo largo de la costa del norte de Chile, la aridez inducida por el anticicln subtropical es reforzada por la Cordillera de los Andes (Rutllant et al, 2003), las aguas fras del Sistema de la Corriente de Humboldt (Strub et al, 1998) y fenmenos de surgencia costera forzados por los vientos del sur durante todo el ao (Strub et al, 1998; Rutllant et al, 1998) (Fig. 1). La alta frecuencia estival de cielos despejados, sumado a la mayor influencia del anticicln especialmente en primavera, intensifican estos vientos a lo largo de la costa, particularmente durante las horas de la tarde cuando el gradiente trmico tierra-mar es ms intenso (Rutllant et al, 1998). Esta interaccin atmsfera-ocano-continente es amplificada en puntas, cabos y pennsulas, tales como Punta Angamos en la pennsula de Mejillones (23°S), a lo largo de los cuales se favorece la surgencia de aguas fras en la costa (Rutllant et al, 1998; Rutllant y Montecino, 2002) (Fig. 1).


La geomorfologa de la pennsula de Mejillones est caracterizada por bloques alzados y deprimidos de orientacin norte-sur, con una plataforma costera tectnicamente emergida, en la cual se exponen paleocordones litorales pleistocenos (Pampa Mejillones) o terrazas marinas pleistocenas (Punta Angamos) (Fig. 1) (Ortlieb et al, 1996). Las caractersticas sedimentolgicas de la Pampa Mejillones, una extensa planicie (400 km2 aproximadamente) situada en el sector norte de la pennsula, consiste en grava fina a gruesa de regular madurez textural (Folk, 1951), con abundantes restos de conchas de moluscos y gastrpodos marinos pleistocenos (Ortlieb et al, 1996) y matriz arenosa, no consolidada, cubiertos en parte por una costra salina de poco espesor (1-2 cm). Los depsitos de estos paleocordones litorales estn separados por artesas amplias, cubiertas por arena elica con numerosas ondulas y megandulas, cuyo rumbo promedio este-oeste y asimetra hacia el norte evidencian la predominancia del viento del sur en el rea (Fig. 2). La variabilidad espacial en las dimensiones de estas estructuras de origen elico, adems, pone de manifiesto la ocurrencia espordica de episodios de vientos muy intensos desde el sur y suroeste en el rea. Esto, junto con la aridez extrema de esta regin, interrumpida slo ocasionalmente por episodios de lluvia intensa asociados a algunos eventos de El Nio (Vargas et al, 2000), favorecen la erosin y el transporte elico de partculas hacia la baha de Mejillones.


2. TEORA DEL TRANSPORTE ELICO DE PARTCULAS

La capacidad del viento de remover sedimento depende fundamentalmente del tamao, forma y/o densidad de las partculas. Segn esto, los mecanismos posibles de transporte son tres: traccin, suspensin y saltacin. La saltacin realiza entre el 55-72% del transporte elico en los desiertos, movilizando partculas de tamao entre 70-500 m (Pye, 1987), siendo las inferiores a 100 m las ms susceptibles de ser transportadas (Bagnold, 1941; Alfaro, 1997).

La teora del perfil vertical logartmico de velocidades del viento en la capa atmosfrica superficial, definida como las primeras decenas de metros directamente influenciados por la friccin superficial, permite establecer una relacin entre la variacin de la velocidad del viento (a) con la altura (z), la velocidad de friccin (u*) y el parmetro de rugosidad superficial (z0), vlida para condiciones adiabticas o de estabilidad atmosfrica neutra (Fig. 3) (Stull, 1988). En condiciones no muy alejadas de la neutralidad, como aquellas derivadas de un calentamiento solar en el da y de un enfriamiento radiativo nocturno moderadas por el viento, se utiliza el perfil log-lineal del viento cerca de la superficie para el clculo de w*(Stull, 1988).


La erosin y transporte se inician cuando la velocidad de friccin excede la velocidad de friccin umbral (u*t ) definida como la velocidad mnima para movilizar una partcula de tamao, forma y densidad dadas. Diversos autores (e.g., Bagnold, 1941; Iversen y White, 1982; Marticorena y Bergametti, 1995; Alfaro, 1997; Le Roux, 1997) han propuesto una relacin entre u*t y el dimetro de la partcula transportada Dp (Fig. 4), indicando que los factores dem portancia en el transporte de partculas son la velocidad, la energa turbulenta del viento, y la granulometra del sedimento.


La accin del viento genera dos componentes del flujo de partculas, una horizontal (G) que transporta los granos por saltacin y una vertical (F) que los moviliza por suspensin (Marticorena y Berga-metti, 1995). Experimentalmente se ha observado que, para valores altos de u*, G es directamente proporcional a u*3 (Bagnold, 1941; Marticorena y Bergametti, 1995). Ambas componentes, G y F, estn relacionadas de modo tal que la produccin de partculas en suspensin, requiere del bombardeo de partculas de mayor tamao (60-2.000m ), que des-truyen los agregados de partculas finas (<20 m) mantenidas en contacto por cohesin, inyectndolas verticalmente a la atmsfera (sandblasting) (Alfaro et al, 2004).

En este trabajo se determinan y cuantifican los parmetros pertinentes para los procesos de transporte elico horizontal de partculas (G) desde la Pampa Mejillones (23°S) hacia la baha homnima, determinando su variabilidad estacional, las condiciones atmosfricas y variaciones climticas responsables de sta, su relacin con los vientos locales y regionales caractersticos del rea, as como la textura superficial, la granulometra y la mineraloga del material transportado.

3. METODOLOGA

3.1. El experimento EOLOS

Con el fin de determinar los procesos que intervienen en la erosin y el transporte de partculas en la Pampa Mejillones se desarroll el experimento EOLOS-2000 entre el 21 de enero y el 8 de febrero de 2000. Durante la realizacin de este experimento se midi la velocidad media del viento cada 15 minutos a 0,5, 1, 2 y 4 m de altura en la estacin Orica (St1, Fig. 1), a partir de lo cual se calcularon los parmetros u * y z0. Para el mismo perodo se analizaron los vientos medidos cada 15 minutos a 4 m de altura en la estacin DGAC (St2, Fig. 1) y losvientosmedidos en Caleta Constitucin frente a la isla Santa Mara (CC, Fig. 1), y en el aeropuerto de Cerro Moreno en Antofagasta (CM, Fig. 1). Los datos analizados corresponden a la velocidad y direccin del viento medidas a 4 m sobre la superficie y promediados vectorialmente cada 15 y 30 minutos en la estacin Caleta Constitucin y DGAC respectivamente, y mediciones puntuales cada 60 minutos a 10 m de altura en Cerro Moreno. El perodo analizado en estas dos ltimas estaciones comprende los das 20, 21, 22 y 23 de enero del ao 2000.

El flujo horizontal de partculas G se calcul a travs de un monitoreo mensual in situ durante el perodo 1999-2001, por medio de trampas de captura de partculas instaladas en las estaciones Orica (St1) y DGAC (St2) (Fig. 1). Cada sistema de captura consisti en una torre de 2,5 m de altura con tres trampas fijas, ubicadas a 10, 51 y 112 cm de altura en Orica (St1), y a 8, 50 y 110 cm de altura en DGAC (St2), orientadas segn la direccin del viento predominante del sur (Fig. 5). Las trampas fueron elaboradas en acrlico basadas en el diseo de Fryrear (1986).


Se analiz la granulometra, mineraloga y textura superficial del material capturado durante el ao 2000 en Orica (St1) y durante junio, septiembre y octubre de 2000, en DGAC (St2), con el objetivo de determinar sus posibles variaciones temporales y espaciales.

Se realiz un anlisis de muestras de sedimentos de distintos sectores de la Pampa Mejillones, con el fin de caracterizar la textura superficial, granulometra y composicin de las partculas susceptibles de ser transportadas por el viento. Las muestras recolectadas corresponden a los primeros 0,5 cm desde la superficie de un rea de 50x65 cm. Los sitios de muestreo fueron escogidos considerando la heterogeneidad del terreno, fundamentalmente en funcinde (1) un chequeo visual de la granulometra de las partculas del sedimento y de las estructuras sedimentarias de origen elico (ondulas y megandulas), (2) la observacin preliminar dem genes satelitales y fotos areas de la zona, y (3) su ubicacin respecto de las estaciones meteorolgicas y de las trampas de captura (Fig. 6).


3.2. Clculo de la velocidad de friccin (w *) y el coeficiente de rugosidad (z0)

Se determinaron los valores de ambas variables sobre la base de los datos de los perfiles verticales de velocidad del viento promediados cada 5 minutos y recopilados entre el 21 de enero y el 8 de febrero de 2000 en la estacin Orica (St1). Los datos medidos por el anemmetro instalado a 0,5 m de altura se marginaron del anlisis, ya que la comparacin con el resto de los anemmetros mostr diferencias conducentes a error.

Los valores de u * se determinaron optimizando las ecuaciones generales de Businger-Dyer para u * y q0, siendo este ltimo el flujo turbulento vertical de calor, positivo para condiciones estables, negativo en condiciones de inestabilidad y nulo en condiciones neutras (Stull, 1988). La altura de rugosidad (z0) se estim como el promedio de los z0 determinados segn la frmula de Prandtl-von Karman a partir de los perfiles individuales establecidos como neutros, durante viento del sur, sobre la base del perfil logartmico de velocidades (Stull, 1988) (Figs. 3 y 7).


Con el fin de estimar la variabilidad estacional e interanual de a* en el rea para el perodo 2000-2005, se calcul en la estacin Orica (St1) la componente meridional del seudoesierzo superficial del viento (st ) como el producto entre la magnitud del viento medida a 4 m de altura (V(4))y su componente meridional (v), es decir, la velocidad del viento en la direccin norte-sur dada por v=-Vcos(δ)(ms-1), en que 5 es la direccin del viento en grados a partir del norte (0o).

La correlacin local entre los valores de los promedios horarios de u *, obtenidos a partir de los perfiles verticales de viento medidos entre el 21 de enero y el 8 de febrero de 2000, con los promedios horarios positivos (viento del sur) de st calculados para el mismo perodo en esta estacin alcanza un valor de R2=0,69 (Fig. 8). Posteriormente, en consecuencia, se utiliz esta relacin para estimar los valores de u * a partir de las mediciones del viento a 4 m de altura para el perodo 2000-2005.


3.3. Flujo horizontal total de partculas (G), medido in situ

Se calcul un flujo parcial (gparcial) para cada trampa de polvo, considerando la masa del material transportado m (g), el rea de captura A (cm2) y la duracin del muestreo d (das) segn la frmula:

donde C=30 indica que el flujo se normaliza a un mes de 30 das para la comparacin entre perodos.

Dado que el transporte de partculas disminuye exponencialmente con la altura (z) (Stout y Zobeck, 1996) y considerando que el flujo total corresponde a la cantidad (masa) de partculas que pasan por un rea de ancho determinado y altura igual al espesor de la atmsfera, el flujo horizontal total de partculas G se calcul a partir de la integracin con la altura entre 0 e infinito de la curva exponencial (Gparcial) determinada por los gparcial , de cada perodo:

donde a y b son constantes de dimensiones g cm2 mes-1 y cm-1, respectivamente.

El muestreo de las trampas BSNE se realiz para ambas estaciones con regularidad de manera mensual durante todo el ao 2000. Adicionalmente. se consideraron las muestras obtenidas durante los aos 1999 y 2001 para los cuales el muestreo se realiz en forma irregular. En efecto, los tiempos de muestreo fueron de 69, 46 y 102 das para los perodos marzo-mayo, mayo-julio y julio-septiembre de 1999, y de 81, 143 y 46 das para los perodos marzo-mayo, junio-septiembre y octubre-noviembre de 2001.

3.4. Caractersticas sedimentolgicas y mineralgicas de los sedimentos de la pampa y del material transportado

3.4.1 Granulometray textura superficial

Se determin la granulometra de cada muestra de suelo y de las partculas recolectadas en las trampas BSNE para las tres alturas monitoreadas en la estacinOrica (St1) (10,51 y 112 cmde altura sobre la superficie) durante todo el ao 2000 por tamizado en seco con el fin de evitar la desagregacin de las partculas cohesionadas y obtener una distribucin granulomtrica de tamao de grano de las partculas transportadas. La clasificacin granulomtrica utilizada para este propsito fue la de Udden (1898) modificada por Wentworth (1922).

Se estudi la textura superficial de las partculas del suelo por observacin al microscopio electrnico de barrido. Adems, se realizaron anlisis texturales por medio de lupa binocular a las partculas capturadas a 10 cm de altura en la estacin Orica (St1) durante octubre del 2000, correspondiente al mes con mayor flujo (G) de partculas capturadas de todo el perodo. Se analiz por el mismo mtodo la textura superficial de las partculas elicamente transportables (Dp≤1.000 m ), as como los tamaos principales de cada muestra de suelo.

3.4.2 Mineraloga

Se estudi la mineraloga, por observacin a la lupa binocular, de la fraccin elicamente transportable (Dp≤1.000 m ) del suelo, as como a los intervalos de tamaos ms frecuentes de cada muestra. Se realizaron, adems, anlisis mineralgicos a muestras de suelo por difraccin de rayos X.

Tambin se analiz a la lupa binocular la composicin del material capturado a 10 cm de altura en Orica (St1) durante octubre de 2000.

4. RESULTADOS

4.1. Rgimen local de vientos en Orica (St1) y DGAC (St2)

Mediciones de viento realizadas durante el experimento EOLOS-2000 en Orica (St1) y DGAC (St2) muestran un rgimen local de vientos en la Pampa Mejillones (Fig. 9) caracterizado por magnitudes de la componente meridional (v), similares en ambas estaciones, aunque con valores levemente inferiores para la estacin DGAC (St2) principalmente durante las horas de la tarde. Los mnimos (vpromedio , <2,0 m s-1) se observan en la madrugada y maana. A partir de las 12:00 hrs aproximadamente se observa un incremento de las velocidades hasta alrededor de las 18:00 hrs donde alcanzan valores mximos (vpromedio , ~3,0 m s-1).


4.2. Valores de z0 y velocidad de friccin

Los valores de z0 se estimaron a partir de 37 perfiles verticales de velocidad del viento (Fig. 7) durante condiciones casi neutras con vientos del sur. Los resultados varan entre 3,925x10-1 y 2,72x10-1 m, con un promedio de 3,027x10-3 m.

Los valores de u * calculados para el mismo perodo oscilaron entre 0,06-0,49 m s-1 (Fig. 10), con un promedio de 0,249 m s-1 y una desviacin estndar σ = 0,095 m s-1, los cuales superan ligeramente el intervalo de u* tpico (0,05-0,3 m s-1) propuesto por Stull (1988). Los resultados obtenidos muestran un ciclo diario con valores de u * mnimos durante la madrugada y mximos entre el medioda y las primeras horas de la tarde.


Los valores significativos de u*, para los vientos del sur, obtenidos a partir de la relacin entre a* y los valores promedios horarios positivos de sυy (Fig. 8) oscilan entre alrededor de 0 y 0,88 m s-1 (Fig. 11), con una moda en tomo a 0,086 m s-1. En los datos se observ un ciclo anual con un aumento de la frecuencia de mayores velocidades de friccin enprimaveray verano, y velocidades mnimas en invierno.


4.3.  Flujo horizontal

El flujo G mostr un incremento, de 2 a 3 rdenes de magnitud durante la primavera y verano, especialmente en octubre y noviembre (Fig. 12), respecto del resto de los meses de los aos monitoreados (1999, 2000 y 2001).


Al comparar distintos intervalos de u*, que exceden un u*tDp) calculado de 0,24 m s-1 con los valores de G determinados para el ao 2000 se observ que una mayor frecuencia de velocidades de friccin altas (0,4<m*<0,5 m s-1) en primavera coincide con el aumento de G.

Espacialmente, se observ una mayor cantidad de partculas capturadas en la estacin DGAC (St2) que en ORICA (St1) durante todo el perodo de monitoreo.

4.4. Granulometra y textura superficial de las partculas transportadas

El material capturado en la estacin Orica (St1) durante el ao 2000 se caracteriz por dimetros (Dp) inferiores a 1.000 m con modas principales en los rangos 355-425 m , 250-300 m, 180-212 m , 125-150 m 75-90 m, siendo la ms importante la observada entre 125-150 m, coincidente con la moda dominante en la fraccin fina de las muestras de suelo analizadas.

Asimismo, se observaron variaciones espaciales y temporales en el dimetro de las partculas (Fig. 13). Verticalmente se observ una relacin inversa entre el dimetro mximo (Dp .) y la altura (Tabla 1), mientras que superficialmente se observaron diferencias de tamao entre los sedimentos capturados en las dos estaciones, con mayor cantidad de partculas finas en la estacin DGAC (St2) (Tabla 2). Esto coincide con el mayor contenido de partculas de menor tamao (arenas finas a muy finas) observado en los sedimentos superficiales existentes al sur de esta estacin. Temporalmente se pudo apreciar que el Dpmdx transportado aument en primavera, particularmente durante octubre, en ambas estaciones de captura y en los tres aos monitoreados.





Las partculas capturadas presentan superficies pulidas y poseen buen redondeamiento, especialmente los fragmentos de conchas y los granos de cuarzo que adems poseen esfericidad moderada a alta (segn Folk, 1951). Los feldespatos, en general, presentan superficies rugosas y angulosas. Algunos fragmentos lricos y cuarzos presentan irregularidades interpretadas como marcas dem pacto (Fig. 14).


Las caractersticas observadas en las partculas dominantes indican que la madurez textural es moderada (segn Folk, 1951).

4.5. Mineraloga de las partculas transportadas

Al analizar la composicin mineralgica a la lupa binocular por intervalo de tamao del sedimento capturado se observ que sta es homognea independientemente del dimetro de las partculas. Los principales componentes son cuarzo y feldespatos (65-85%), los que fueron considerados conjuntamente debido a que por poseer ambos densidades similares (ρcuarzo =2.65 gm cm3, ρfeldespato =2.55-2.75 gm cm3) (Dana, 1951) son igualmente susceptibles de ser transportados. Otros componentes del material capturado son fragmentos lticos principalmente de origen volcnico (10-15%), restos de conchas (3-15%), agregados de sales (~3%) y cristales individuales de micas y anfbolas (<1%) (Fig. 14).

El predominio de cuarzo sobre feldespato observado en forma cualitativa en el anlisis de lupa binocular indica que la madurez composicional de los depsitos es moderada (segn Folk, 1951).

4.6. Caractersticas granulomtricas y texturales de los sedimentos de la pampa

La granulometra de los sedimentos de la Pampa Mejillones vara desde gravas gruesas a arenas muy finas, con un patrn bimodal o polimodal en la mayora de los casos (Fig. 15). Las curvas de distribucin granulomtrica total muestran un predominio de los sedimentos gruesos (>1.000 m ), excepto para las muestras SM St1, SM St2, SM12 y SM14 donde la frecuencia de los dos intervalos de tamaos msm portantes, uno asociado a sedimentos gruesos (≥4.750 um para SM St1, SM St2 y SM12, y 1400 para SM14) y otro a finos (125 m en todos los casos), es similar. Las partculas gruesas (grava fina a grava gruesa) presentes en las muestras se asocian a las crestas de los paleocordones litorales regresivos alzados; mientras que los depsitos finos se relacionan con arenas elicas depositadas en las artesas formadas entre los cordones.


La fraccin de partculas elicamente transportables indica que la mayora de las muestras poseen modas comunes en los rangos 1.000-1.180 m, 500-600 m, 355-425 m, 250-300 m, 180-212 m, 125-150 m y 75-90 m . Considerando el porcentaje relativo entre las modas ms frecuentes (125-150 m y 1.000-1.180 m) se reconocen 2 poblaciones principales, una en la que predominan las partculas gruesas (arena media a arena gruesa) (SM08 y SM15) y otra donde se destacan las partculas finas (arena muy fina a arena fina) (SM St1, SM St2, SM12, SM13, SM14, SM16 y SM18). La granulometra de las mismas muestra una tendencia a la disminucin en el tamao de grano de oeste a este y de sur a norte a lo largo de la pampa.

4.7 Mineraloga de los sedimentos de la pampa

El anlisis mineralgico semicuantitativo por difraccin de rayos X de los sedimentos de la Pampa Mejillones evidenci una composicin similar a la del material capturado en las trampas de partculas de la estacin Orica (St1), dominada por cuarzo (51%) y albita (38%) (Fig. 16). Observaciones al microscopio electrnico de barrido indicaron texturas superficiales de las partculas como la presencia de dos tipos de superficies: una antigua con bordes redondeados y una ms nueva definida por bordes agudos (Fig. 17). Adems, en la superficie de los granos se observaron trazas dem pacto tpicamente elicas, reconocidas tambin en los anlisis al microscopio estereogrfico, y texturas de disolucin asociadas a fenmenos de pedognesis en la pampa (Fig. 17).




5. DISCUSIN

5.1. Aspectos sedimentolgicos de las partculas transportadas

La granulometra del material capturado en las trampas, de tamaos inferiores a 1.000 um, refleja que los rangos de tamaos dominantes (75-90 um y 125-150 um) son asociables a las modas msm portantes de la fraccin fina (<250 um) de los sedimentos de la pampa. Las partculas capturadas presentan variaciones espaciales, con una disminucin del Dpmx con la altura, concordando con Goossens (1985) quien observ una relacin inversa entre el tamao medio de las partculas y la altura. Sin embargo, los resultados obtenidos por Breuning-Madsen y Awadzi (2005) a partir de un experimento realizado en Ghana, frica occidental, muestran una situacin opuesta, probablemente a causa de distintas condiciones aerodinmicas alrededor de los captores, mayor distancia a la fuente de polvo y, por lo tanto, un transporte dominado por la decantacin de partculas movilizadas en suspensin, evidenciando que estos factores son aspectos dem portancia por considerar en el anlisis de las partculas transportadas en estudios de este tipo. Adems, se observan diferencias entre ambas estaciones de captura con una mayor concentracin de partculas finas en la estacin ms cercana a la costa DGAC (St2) asociadas a diferencias en la sedimentologa de los sedimentos presentes al sur de sta (Tabla 2), debido a la seleccin producida por efecto del viento del sur-suroeste durante el transporte de partculas hacia el norte y el efecto topogrfico que ejerce el morro Mejillones, ubicado en el sector occidental de la pennsula (Fig. 1), el cual actuara como barrera formando un corredor que ayudara a canalizar el viento en direccin al norte.

El incremento del Dpmx transportado, con tamaos en general entre 425 y 1.000 um durante primavera, especialmente en octubre, donde sin embargo, para el ao 2000 se observ una partcula de dimetro de 2.000 m, coincide con el perodo de mayor transporte.

La mineraloga del material transportado result ser independiente del dimetro de los granos, para partculas inferiores a 425 m, el tamao ms grueso analizado. Esto se explica por el predominio de partculas livianas (cuarzo y feldespato) en las fracciones elicamente transportables del suelo.

Las caractersticas texturales de las partculas de cuarzo y fragmentos de conchas como superficies pulidas, bordes redondeados y marcas de impacto en 'V' evidencian lam portancia del transporte elico de acuerdo a lo sealado por Barbey et al. (1974). Por su parte, los feldespatos presentan en general superficies rugosas y angulosas. Esto indica la existencia de dos poblaciones con distinta madurez textural.

Las observaciones realizadas al microscopio de barrido muestran que algunos de los granos transportados tienen una historia compleja indicada por las presencia de trazas dem pacto y la sobreposicin de superficies ms recientes con bordes agudos, a superficies antiguas con bordes redondeados. Esta ltima caracterstica se asocia probablemente al origen de los granos desde antiguas lneas de playa, actualmente emergidas (Higgs, 1979). Las texturas de disolucin observadas en las partculas son interpretadas como el resultado de una estada larga sin disturbios, pero afectada por procesos pedoge-nticos durante la permanencia de los granos en el suelo de la pampa (Le Roux et al., 2008).

5.2. Parametrizacin y estacionalidad del transporte elico

El valor promedio de z0 obtenido (~103 m) durante el experimento de 18 das, en enero-febrero de 2000, concuerda con lo esperado para planicies desrticas segn lo indicado en la literatura (Stull, 1988).

Los valores horarios de u* determinados a partir de los perfiles de viento muestran un ciclo diario con valores ms altos durante el medioda y en las primeras horas de la tarde. Este ciclo diario est condicionado por los vientos regionales que responden al gradiente trmico tierra-mar que alcanza su mximo en la tarde con cielos despejados. A escala anual se observa un aumento de los valores de u * en primavera y verano, con los valores ms bajos en invierno. Este comportamiento es consistente con la influencia del anticicln subtropical y la superposicin del efecto del gradiente termal regional tierra-mar que se incrementa particularmente durante el perodo primaveral-estival a lo largo de la costa (Rutllant et al, 1998;Strub et al., 1998).

El incremento en el flujo horizontal G durante la primavera se caracteriz porundesfase de algunas semanas entre el inicio de la ocurrencia de velocidades altas (u * >0,4 m s-1), y el mximo transporte horizontal de partculas (Fig. 18). Estos resultados difieren en parte de lo indicado por algunos autores (e.g., Bagnold, 1941; Marticorena y Bergametti, 1995; Alfaro, 1997) que sealan una simultaneidad entre ambos procesos. Este desfase observado en la Pampa Mejillones se interpreta como una preparacin de los sedimentos superficiales, durante los perodos de velocidades de friccin relativamente altas al inicio de la primavera, consistente en una remocin de las partculas gruesas en la superficie del suelo seco de la pampa, permitiendo el transporte de las partculas ms finas durante los episodios de velocidades de friccin mximas. A esto podra tambin contribuir la presencia de remolinos de polvo que se observan particularmente en condiciones de velocidades de viento bajas y alta insolacin.


5.3 Transporte elico y clima del desierto costero

Al correlacionar linealmente los valores de sr en Orica (St1), promediados entre las 12:00 y las 24:00 hrs (intervalo de mayor intensidad del viento sur), con los valores correspondientes de las estaciones Caleta Constitucin (R2=0,56) y Cerro Moreno (R2=0,41) (Fig. 1) se pone en evidencia que los mismos vientos responsables del arrastre elico de partculas en la Pampa Mejillones son los que producen la surgencia costera en la pennsula de Mejillones. Una comprobacin climatolgica de este resultado deber hacerse considerando un perodo de tiempo mayor para las correlaciones.

Los mayores valores de st encontrados en Cerro Moreno relativos a los de Orica (St1) y DGAC (St2) (Fig. 19) se deben a que en Cerro Moreno la brisa marina diurna se superpone con los vientos regionales del sur aumentando la magnitud de st mientras que enOrica (St1) y DGAC (St2) se produce la situacin opuesta; la brisa marina en la baha de Mejillones es del norte, generando valores negativos de st (hacia el sur) entre aproximadamente media maana y media tarde, momento a partir del cual los vientos regionales del sur dominan sobre la brisa local. Esto se confirma con el mayor retardo en la aparicin de los vientos del sur en DGAC (St2). Cabe sealar que la velocidad del viento en Cerro Moreno se mide a 10 m de altura, exagerando las magnitudes del viento sur en esta estacin al compararlas con las otras estaciones. Por su parte, la estacin Caleta Constitucin, ubicada en el borde occidental de la pennsula, no recibe influencia apreciable de las brisas locales, representando as condiciones regionales forzantes de la surgencia costera.


En consecuencia, un aumento del flujo horizontal de partculas incrementara el aporte de granos Uticos al fondo de la baha, conjuntamente con un incremento en el aporte de sedimentos orgnicos debidos al aumento de la biomasa planctnica y productividad primaria asociados a los procesos de surgencia (Vargas et al, 2004). El estudio de estos componentes (partculas Meas y restos pelgicos) presentes en los sedimentos laminados de la baha Mejillones ofrece un gran potencial para reconstituciones de alta resolucin (escala decenal y secular) de la variabilidad de la intensidad del viento sur-suroeste dominante en la zona y de los eventos de surgencia costera, basado en reconstrucciones paleooceanogrficas a partir del estudio de testigos de fondo marino extrados de la baha de Mejillones (Vargas et al, 2004, 2007).

6. CONCLUSIONES

Los procesos de transporte elico en la Pampa Mejillones, dada la continua movilizacin de partculas, son un factor importante en la geomorfologa del rea. Estos procesos condicionan el desarrollo de estructuras sedimentarias, como ondulas y me-gandulas, con variaciones locales atribuibles a la topografa, como la presencia de los paleocordones y depresiones de origen tectnico, y a la direccin de los vientos dominantes.

El flujo horizontal de partculas G calculado para el ao 2000 creci desde valores inferiores a 101 g CM-1 durante gran parte del ao a valores dos a tres rdenes de magnitud superiores durante la primavera-verano. Para los aos 1999y 2001 el Gmx calculado result ser un orden de magnitud menor que del ao 2000, probablemente debido a la menor ocurrencia de episodios con velocidades de friccin superiores a 0,4 m s-1 y 0,5 m s-1 en esos aos.

Los Dp de las partculas transportadas son inferiores a 1.000 um con una moda principal en el intervalo 125-150 m, similar a lo observado en la poblacin fina de los sedimentos de la pampa. La granulometra del material capturado presenta diferencias espaciales y temporales. Verticalmen-te se observa una disminucin del Dpmx con un aumento de la altura (entre 710-2.000 um para la trampa inferior, entre 710-1.180 um para la trampa intermedia y entre 425-1.180 um para la trampa superior) y superficialmente se aprecian diferencias entre el material capturado en ambas estaciones, siendo generalmente ms fino enlaestacinDGAC (St2) debido a la granulometra del suelo al sur de sta. Temporalmente, se observa que las partculas de mayor tamao (425 m < Dpmx < 1.000 m) son movilizadas en octubre, correspondiente al perodo de mayor transporte en masa.

El valor del coeficiente de rugosidad obtenido a partir de perfiles de viento es de z0~10-3 m, conforme a lo esperado segn la teora (Stull, 1988). Los valores de la velocidad de friccin (u *) muestran un ciclo diario, con velocidades mximas en la tarde y mnimas durante la noche y madrugada, y un ciclo anual, que presenta velocidades mximas enprimavera-verano, y mnimas eninvierno debido a la influencia permanente del anticicln del Pacfico suroriental y el efecto del incremento diurno del gradiente termal tierra-mar durante el perodo primaveral-estival (Rutllant et al, 1998; Strub et al, 1998).

La variacin estacional del flujo horizontal G es similar a la de la velocidad de friccin, donde el mximo transporte de partculas coincide con las velocidades de friccin ms altas. Sin embargo, se observa que los mximos de u * preceden por varias semanas a los mximos G. La razn de esta diferencia an no est resuelta, pero se supone una preparacin del suelo durante los inicios de la primavera cuando las condiciones del suelo y los altos valores de a* favorecen la remocin de las partculas gruesas, permitiendo el transporte posterior de las partculas ms finas durante los eventos de fuertes vientos de la primavera.

La correlacin de los vientos en las estaciones meteorolgicas de la pennsula de Mejillones sugiere una relacin positiva entre la intensificacin estacional del transporte de partculas y los vientos favorables a la surgencia medidos en Caleta Constitucin.

 

Agradecimientos

Este trabajo fue financiado por los proyectos DI (104/05-2), Fondecyt 11060484 y la Facultad de Ciencias Fsicas y Matemticas de la Universidad de Chile.

El Programa de Desarrollo en Dinmica de la Atmsfera y el Clima (PRODAC: Departamento de Investigacin, Universidad de Chile) apoy el mantenimiento de la estacin meteorolgica de Caleta Constitucin y el trabajo de terreno. El proyecto JEAI (IRD) apoy el mantenimiento de la estacin meteorolgica y muestreo de trampas de polvo en la estacin Orica (St 1). El proyecto ECOS-CONICYT C05U03, permiti el apoyo en terreno de S. Alfaro y S. Caquine au del Laboratoire Inter-Universitaire des Systmes Atmosphriques (LISA), Francia, durante una reciente campaa de adquisicin de datos y verificacin de las hiptesis planteadas en este trabajo.

R. Muoz (Departamento de Geofsica, Universidad de Chile), contribuy a la optimizacin de los algoritmos para los clculos de u* y q0 Z. Salinas (Departamento de Geofsica, Universidad de Chile) contribuy al tratamiento de los datos meteorolgicos. H. Fuenzalida (Departamento de Geofsica, Universidad de Chile), realiz valiosos comentarios. Agradecemos tambin el trabajo de los evaluadores S. Bidart, F Colombo y J. Garca-Ramos, cuyas observaciones nos ayudaron a mejorar considerablemente el manuscrito.

 

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Manuscrito recibido: agosto 02, 2007; revisado/aceptado: noviembre 19.

2010 Servicio Nacional de Geologa y Minera