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Multequina

versión On-line ISSN 1852-7329

Multequina vol.20 no.1 Mendoza jun. 2011

 

ARTICULO ORIGINAL

Dinámica eólica e hídrica en el sistema de Médanos Grandes, SE de San Juan, Argentina

Aeolian and hydric dynamic in the Medanos Grandes system, SE San Juan, Argentina

 

Graciela Pastrán1, Eduardo Martínez Carretero1,2, Manuel Mamani3, Alberto Vich3 y Víctor Sánchez4

1 Geobotánica y Ecología Vegetal, Departamento Biología-Museo de Ciencias Naturales, Facultad de Ciencias Exactas Físicas y Naturales, Universidad Nacional San Juan-Argentina

2 Geobotánica y Fitogeografía (IADIZA) (CONICET), CC 507 5500 Mendoza-Argentina

3 Instituto Argentino de Glaciología, Nivología y Ciencias Ambientales (IANIGLA) (CONICET)

4 Instituto Nacional del Agua (INA), Centro Regional de Aguas Subterráneas (CRAS) mpastran@unsj.edu.ar

 


Resumen

En los sistemas sammófilos los factores ecológicos más importantes son el movimiento de arena y la disponibilidad de agua.

En este trabajo se describe la dinámica eólica e hídrica en crestas e intermédanos del sistema de los Médanos Grandes de San Juan, mediante el análisis del movimiento eólico de arena, los volúmenes de arena removidos por erosión hídrica medidos en cubetas y estudios topográficos y geofísicos para determinar el perfil de humedad del suelo.

En las crestas dominan los procesos eólicos, sin la formación de nebkhas y con diferencias en el movimiento de arena en función de la cobertura vegetal. Para el período de estudio en las crestas con cobertura vegetal menor al 5% el movimiento de arena fue de -0,361 m3/m, mientras que en las crestas con cobertura de hasta el 35 % fue de -0,017 m3/m. Estos ambientes presentaron resistividades entre 5000 a 6000 O.m correspondientes a menos de 0,6 gr de agua/100 gr de arena en los primeros metros de profundidad.

En los intermédanos las variaciones en la depositación y erosión eólica neta para el período de estudio fue de 0,032 m3/m, mientras que la tasa media de erosión hídrica fue de 0,184m3/año.

En cuanto a la disponibilidad de agua se detectaron valores de resistividad entre 500 y 700 O.m a a 5 m de profundidad que corresponden a un bulbo húmedo (agua capilar aislada) con valores de 1,21g a 2g de agua/100 g de arena.

Palabras clave: Erosión; Bulbo húmedo; Agua capilar aislada; Sammófilo

Summary

In psammophilous systems the most important ecological factors are the sand movement and water disponibility.

In this paper is described the aeolian and hydrical dinamism in crests and inter sand-dunes in the Medanos Grandes system (San Juan), analyzing the aeolian sand movement, volumes of sand removal by hydric erosion registered in erosion registered in canvas and by topographic and geophysic studies determining the soil profile of humidity.

In crests domain aeolian processes, without nebkhas formation and with differences in sand movement according to plant cover. For the studied period, in crests with plant cover less than 5% sand movement was -0,361 m3/m (agradation), while -0,017 m3/m when plant cover was up to 35%. These environments showed resistivities between 5000 and 6000 O.m, belonging to less 0.6 g water/100 g sand, in the first meters of depth.

In inter sand-dunes variations in both net depositation and aeolian erosion, for the studied period, was 0.032 m3/m, while the water (hydric) mean erosion rate was 0.184 m3/year. On the other hand, resistivity values between 500 and 700 O.m were detected to 5 m deep, belonging to a wet bulb (isolated capillary water) with values 1.21 to 2 g water/100 g sand.

Key words: Erosion;  Wet bulb; Isolated capillary water; Psammophilous system


 

Introducción

Los denominados mares de arena constituyen extensas áreas cubiertas por arenas eólicas en las que el viento juega un papel determinante en el modelado y en la distribución de las especies vegetales, principalmente por su efecto fisiológico de desecamiento y mecánico de enterramiento-desenterramiento de las plantas (Braun Blanquet, 1979; Ennos, 1997); a su vez, la vegetación obstaculiza la acción del viento reteniendo partículas, funcionando como trampa de arena (Cooke et al., 1993) generando montículos denominados nebkhas.

La dinámica de los ecosistemas dunarios se explica fundamentalmente por la interrelación entre arenas móviles, vientos constantes y regulares que involucran movimiento eólico de arena, obstáculos (vegetación) y por la dinámica del agua.

En los médanos la dirección de vientos, la topografía y la vegetación influyen en los patrones espaciales y temporales de erosión eólica (Fearnehough et al., 1998). Yizhaq et al. (2007) determinaron que la velocidad crítica o umbral del viento para desplazar una partícula de arena es la de 22 km/h. El efecto del viento en las dunas es intenso y diferencial, siendo las laderas de barlovento las de máxima erosión. Este cambio inducido por la topografía del médano influirá en el transporte de arena (Qian et al., 2009) y consecuentemente en la composición de la vegetación (Moreno-Casasola, 1986; González Loyarte, 1990, 2003; Méndez, 1992; Lortie et al., 2007).

Entre los trabajos que analizan los procesos de erosión eólica en sistemas sammófilos continentales en Argentina se encuentran los aportes de Hueck (1951) en la cuenca de Andalgalá (Catamarca), Morello (1956) en Neuquén, Dalmasso et al. (1988) en Lavalle (Mendoza) y Tripaldi (2010) en San Rafael (Mendoza).

La erosión hídrica es la resultante de la acción combinada del agua en forma de lluvia y del escurrimiento superficial para disgregar y transportar partículas del suelo, y de la capacidad del suelo para resistir dicha acción (Vich, 2004). Los factores climáticos, por lo tanto, cumplen un papel importante, y es la precipitación, tanto por su intensidad como por su duración, el elemento desencadenante del proceso. Las dunas también están sujetas a erosión hídrica que, en contraste con la erosión eólica, conduce a nivelación gradual de la topografía de la duna (Jungerius & Decker, 1994).

En los sistemas de médanos la arena determina poros grandes y uniformes con buena capacidad de infiltración, por lo que la mayor parte del agua caída es infiltrada, de manera que usualmente hay más humedad en las capas más profundas. En la Argentina, Hueck (1950) en los médanos de Cafayate (Salta) determinó diferencias de humedad entre la superficie y 30 cm de profundidad, en época de sequía, de hasta el 4,6%. Morello (1956) encontró que el sector de mayor humedad en los médanos se ubica entre los 10 y 40 cm de profundidad. En general se considera que valores de humedad relativa que sobre la superficie del suelo alcanzan hasta un 5%, a profundidades de 20-30 cm muestran incrementos del 50% (Müller-Hohenstein, 1992).

Para conocer la humedad del subsuelo a profundidades mayores habitualmente se aplican técnicas de geofísica, fundamentalmente sondeos eléctricos verticales que usan métodos de prospección geoeléctricos. Diversos autores han analizado el comportamiento del suelo en relación a los recursos hídricos (Rhoades, 1979; Barker, 1989; Frohlich & Parke, 1989). Gispert-Folch (2005) presentó una modificación de la metodología de Wenner, usada para el cálculo de la resistividad eléctrica (ρ) en estudios geoeléctricos, y definió el desarrollo del volumen de suelo húmedo; mientras que Romero Castellanos (2007) determinó la distribución vertical de humedad en las dunas de Guardamar (España) combinando sondeos mecánicos y geoeléctricos.

A la distribución tanto vertical como horizontal del agua en el suelo desde un punto de entrada de agua se lo denomina volumen de suelo húmedo (Roth, 1974; Zur, 1996).

Material y Método

Área de estudio

Los Médanos Grandes son un conjunto de dunas fijas y semifijas ubicadas en el sector sur-sureste de San Juan, entre los 31º 40´S-67º 42´W y los 32º 00´S-68º 10´W cubriendo una superficie aproximada de 1700 km2. El bioclima de la región corresponde al Tropical Hiperárido (Pastrán, 2011). La precipitación media anual es de 140 mm, el déficit hídrico anual es aproximadamente de 1168 mm (Berra & Ciancaglini, 1979). Considerando datos de la Estación Meteorológica Las Chacritas, situada a 15 km al oeste de los Médanos Grandes, el período con mayor frecuencia porcentual de vientos con velocidades críticas superiores a los 22 km /h corresponde a primavera, que es la época más seca, con lo que se acentúa su efecto erosivo.

Diseño de campo

Erosión

Para analizar la erosión eólica se establecieron cuatro transectas con 10 estacas graduadas al milímetro en crestas con 5% de cobertura vegetal y en crestas con cobertura vegetal del 35%. En los intermédanos se colocaron 4 transectas fijas con 4 estacas graduadas. Los datos se registraron entre junio y diciembre de 2009 y se efectuaron lecturas quincenalmente, midiendo las variaciones de altura (erosión-depositación).

Para estudiar la erosión hídrica se midieron los volúmenes de arena removidos en 8 cubetas ubicadas en intermédanos. El volumen de suelo erosionado se determinó como el producto entre la sección transversal media resultante entre dos mediciones consecutivas y la distancia que las separa (Figura 1).

Figura 1. Determinación de la cubeta de erosión hídrica a campo y parámetros medidos para su caracterización
Figure1. Determination in field of a canva of water erosion and parameters for its characterization

Cada cubeta estaba delimitada por vegetación dominada casi exclusivamente por Tricomaria usillo, que retuvo el suelo con sus raíces. Dendrocronológicamente se determinó la edad de 20 plantas de T. usillo presente en las cubetas, se midió el diámetro de tronco a altura de cuello de planta (2,7-4,5 cm) y se estableció la relación funcional entre el diámetro y la edad. Mediante la ecuación de regresión obtenida se calculó la edad de las plantas de otras cubetas.

Perfil de humedad edáfica

Para modelar el perfil de humedad se empleó la técnica geofísica de Tomografía Eléctrica. Se realizó una campaña geofísica en el mes de octubre de 2008 (período libre de lluvias), se midieron 3 perfiles de Tomografía Eléctrica R2D: uno de 360 m y dos de 180 m de longitud, distribuidos de manera de cubrir: 1) la cresta de una duna de gran altura (80 metros), 2) la zona de intermédanos y 3) el perfil de enlace entre los dos anteriores para facilitar la interpretación. De esta manera se obtuvo información y resultados comparables entre cresta e intermédano, y además se identificaron en el subsuelo los distintos niveles resistivos en conjunto.

Para relacionar los valores de resistividad obtenidos mediante tomografía eléctrica con porcentajes de humedad en el médano se realizaron ensayos de tomografía en laboratorio. Se trabajó con arena de los Médanos Grandes tipificadas como arenas finas (X = 2,88 ø) (Tripaldi, 2002), efectuando mediciones geoeléctricas con el Dispositivo Wenner-Schlumberger. Previo al ensayo se determinó gravimétricamente el contenido de agua a saturación.

Las lecturas iniciales fueron con la arena seca a estufa a 60ºC durante 96 horas. Las lecturas de resistividad se realizaron variando el contenido de humedad de la arena mediante la incorporación de volúmenes conocidos de agua destilada (conductividad eléctrica: 200 micro siemens/cm), hasta llegar a la condición de saturación para al volumen de arena en estudio, con una temperatura media de la arena de 25ºC. Se obtuvieron datos de resistividad, medidos inmediatamente de agregada el agua, a distinta profundidad: 30, 37 y 45 cm; para ello se varió la distancia entre los electrodos. Se asume que el movimiento de agua en los poros en profundidad no fue homogéneo, a pesar de que el agua en cada muestra se distribuyó lo más uniformemente posible. A partir de los datos geofísicos se realizó el modelado tridimensional empleando el programa RockWorks Versión 1.5.

Resultados y Discusión

Erosión

Los resultados que se presentan son indicadores de magnitudes y no valores exactos, ya que interesa conocer la dinámica de cada geotopo: crestas e intermédanos.

A diferencia de lo encontrado en otros sistemas de dunas donde en las crestas se registró la mayor tasa de depositación (Ardon et al., 2009), en el sistema de Médanos Grandes en las crestas domina la erosión eólica y no se forman nebkhas.

Teniendo en cuenta los datos de campo registrados, las crestas indican deflación; las que tienen cobertura vegetal menor al 5% presentaron un movimiento de arena absoluto de: 0,361 m3/m/año y las con cobertura mayor al 35%, de 0,017 m3/m/año; en los intermédanos, el movimiento eólico de arena para el período estudiado fue de 0,032 m3/m/año (Figura 2).

Figura 2. Movimiento absoluto de arena en crestas con diferente cobertura vegetal e intermédanos. Las crestas con cobertura vegetal menor al 5% presentan aproximadamente 20 veces más movimiento de arena. 1. Crestas con menos del 5% de cobertura vegetal, 2. Crestas con cobertura vegetal >35%, 3. Intermedanos
Figure 2. Absolut sand movement in crests with differente plant cover and inter-sand dunes. Crests with plant cover <5% show approximatelly 20 times more sand movement. 1. Crests < 5% plant cover, 2. Crests with plant cover >35%, and 3. Inter sand-dunes

Thomas et al. (2005) en las dunas del Kalahari (África) registraron diferencias en el movimiento de arena en crestas con distintas coberturas vegetales, sugiriendo que la cobertura vegetal es el primer factor limitante para el movimiento de arena.

La ubicación topográfica y el incremento de elementos finos en los intermédanos proporciona mejores condiciones de humedad, lo que permite mayor cobertura vegetal disminuyendo el efecto erosivo del viento en estos geotopos (Kim & Yu, 2008).

El volumen medio por erosión hídrica en cubetas fue de 9,20 m3/m2.

Las plantas de T. usillo mostraron edades entre 45-50 años. La relación funcional diámetro-edad fue de: edad = 42.7138 + (0.5783*diám.) (p = 0,05; r2 = 0,49).

Teniendo en cuenta los volúmenes de las cubetas y la edad de T. usillo que definía cada cubeta se calculó una tasa media de erosión en los intermédanos de 0,184 m3/año, para plantas con edades de 50 años.

Perfil de humedad edáfica

Para estudiar la disponibilidad de agua considerando el volumen de arena estudiado y el volumen de agua a saturación, se determinó en laboratorio gravimétricamente la cantidad de gramos de agua contenida por cada 100 gr de arena, relacionándolo con datos de resistividad obtenidos en el ensayo inmediatamente después de la aplicación (Tabla 1), de manera similar a lo realizado por Gispert-Folch (2005) en áreas bajo riego.

Tabla 1.Contenido de agua y resistividad a distintas profundidades
Table 1. Water content and resistivity to different depths

En la Figura 3 se muestra la relación entre las tasas de incremento de la resistividad, entre 47-37 cm y entre 37-30 cm de profundidad, y el porcentaje de agua en el suelo. Para el período en estudio, con contenidos de agua entre 1,81 y 2,41 gramos cada 100 gramos de arena, las tasas de resistividades tienden a ser constantes, lo que reafirma que los rangos de resistividades menores a 1000 O.m se relacionan con contenidos de agua mayores a 1,21 g % g de suelo.

Figura 3. Variación de la tasa de resistividad (O.m) a tres profundidades y contenido de agua (g%g)
Figure 3. Resistivity tax (O.m) variation at three depths and water content (g%g)

La correlación obtenida entre las resistividades a distintas profundidades y el contenido de agua se observa en la Figura 4.

Figura 4. Correlación entre resistividad y contenido de agua en arena de los Médanos Grandes: 1) a 45 cm de profundidad, 2) a 37 cm de profundidad, 3) a 30 cm de profundidad
Figure 4. Correlation between resistivity and water content in sands of Médanos Grandes: 1) at 45 cm depth, 2) at 37 cm depth, 3) at 30 cm depth

Los valores de resistividad registrados a campo varían entre 500-6300 O.m. Arenas secas de las dunas costeras de Guardamar (España) presentaron resistividades mayores a 9800 O.m (Romero Castellanos, 2007). En las crestas de Medanos Grandes, las arenas eólicas sueltas superficiales, muy secas, presentan valores superiores a 5000 O.m que corresponden a menos de 0,6 gr de agua/100 gr de arena. En el perfil tomográfico de la megaduna, el 4% de los datos presentan valores menores a 500 O.m a profundidades mayores a los 37 m correspondientes a 2 gr de agua/100 gr de arena. En el perfil del intermédano el 21% de los datos presenta resistividad menor a 500 O.m, que corresponde 2 gr de agua/100 gr de arena a 5 m de profundidad, en suelo no saturado. Muller-Hohenstein (1992) refiere que en campos eólicos de Arabia y Norte de África, las capas profundas (sin indicar profundidad) contienen entre 3 y 5 gramos de agua/100 g de arena, que por la composición granular de la arena está disponible para las plantas.

En el modelado tridimensional (Figura 5) se han graficado las resistividades entre 6000-500 O.m, obtenidas a campo.

Figura 5. Modelado 3D del subsuelo con datos de resistividad (vista oeste transparente). De color blanco el área con resistividad menor a 700 O.m, que correspondería al bulbo húmedo (agua capilar aislada) con 1,21 hasta 2 gr de agua/100 gr de arena.
Figure 5. 3D Modeling of the sub-soil with resistivity data (West view transparent). White colour shows the area with resistivity below 700 O.m, it would correspond to the wet bulb (isolated capillarity water) with 1.21 to 2 g water each 100 g of sand.

En la Figura 5 se observa, por debajo de los 35 metros de profundidad en la megaduna y por debajo de los 5 metros hasta los 13 metros en el intermédano, el sector que correspondería al bulbo húmedo (suelo no saturado), con agua capilar aislada, con valores de resistividad menores a 700 O.m y que corresponde a contenidos de humedad disponible para las plantas de aproximadamente 2 gr de agua/100 gr de arena. Este bulbo húmedo resulta equiparable al volumen de suelo húmedo, a partir de un punto de aporte, propuesto por Roth (1974) y Zur (1996).

Conclusiones

En relación a los procesos de modelado por erosión eólica el sistema sammófilo de Médanos Grandes se encuentra estabilizado por la vegetación siendo inactivo o con actividad solo en las crestas con cobertura vegetal menor al 5%. En los intermédanos domina el proceso de erosión hídrica.

La técnica geofísica permitió trazar el perfil de humedad en las megadunas. Se encontró correlación negativa entre la resistividad aparente del suelo y el nivel de saturación. Los sectores de mayor interés, desde el punto de vista del perfil de humedad del subsuelo en las megadunas, están ubicados entre los 15 y 35 metros de profundidad, y en los intermédanos altos entre los 5 y los 13 m, donde constituyen un bulbo húmedo o volumen de suelo húmedo con valores de 1,21 hasta 2 g de agua/100 g de arena disponible para las plantas.

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Recibido: 06/2011

Aceptado: 12/201