Análisis textural de sedimentos fluviales distales de arroyos de la Pampa Ondulada, provincia de Buenos Aires, Argentina

M. Manassero¹, C. Camilión² y A. Ronco³

¹Centro de Investigaciones Geológicas, calle 1-644, La Plata. Facultad de Ciencias Naturales y Museo, Universidad Nacional de La Plata (UNLP), Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET). e-mail:manasser@cig.museo.unlp.edu.ar
²Centro de Estudios de Aguas y Suelos de Uso Agropecuario, calle 3- 584,La Plata, Facultad de Ciencias Naturales y Museo, UNLP. CONICET. e-mail: mcamili@hotmail.com
³Centro de Investigaciones del Medio Ambiente, calle 47 esq. 115, La Plata, Facultad de Ciencias Exactas, UNLP. CONICET. e-mail: cima@quimica.unlp.edu.ar

Recibido: 10 de octubre de 2004
Aceptado: 05 de enero de 2005

Resumen: La dinámica de los procesos actuantes en la depositación de materiales en los lechos de los cursos de agua superficiales reviste importancia en los estudios ambientales ya que este compartimento puede ser el posible sumidero de contaminantes, actuando como agente de retención y/o de transporte. Este proceso está, a nivel inorgánico, fundamentalmente regulado por las propiedades físico-químicas de las partículas más finas. La permanencia de las mismas en suspensión posibilita una mayor dispersión de contaminantes hacia cursos colectores mayores, afectando la calidad ambiental de áreas más alejadas. Se estudiaron muestras de sedimentos de fondo de la cuenca inferior en siete de cursos de agua de la Pampa Ondulada (Arroyos del Medio, Ramallo, Tala, Arrecifes, Areco en el sector norte y Carnaval- Martín, del Gato y Pescado en el sector sur). El análisis granulométrico de los testigos (subdivididos en nivel superior e inferior) no mostró diferencias notables cuando se analizaron las medidas de tendencia central (media y mediana). Las medidas de dispersión (selección, asimetría y curtosis) en cambio son dispares. Resultan útiles, en especial, los diagramas C-M (primer percentil vs mediana). A través de estos parámetros se discriminaron dos tipos de cursos de agua con identidad propia por sus características texturales y procesos sedimentarios dominantes: los cursos de características netamente «fluviales» con subpoblaciones de tracción, saltación y suspensión (C muy distinto de M) que sugieren variaciones notables del régimen hidráulico en regiones de mayor pendiente regional, y los cursos de tipo fangoso (fracción limo dominante) y mejor seleccionados, con escasas variaciones en su régimen hidráulico (C muy parecido a M), donde los procesos de suspensión-decantación predominan sobre los de tracción en regiones de menor pendiente local. La procedencia de estos sedimentos se vincula, en el primer caso, a una mezcla de aportes de materiales producto de la erosión hídrica y eólica en cuencas extensas de la llanura pampeana, mientras que para el segundo caso, la procedencia es a partir de sedimentos (limos) eólicos escasamente retrabajados. Todas estas rocas sedimentarias se incluyen dentro del modelo de depositación del Loess Tipo Pampeano de edad cuaternaria tardía, acarreado por vientos derivados del campo de hielo de la Cordillera Patagónica al SW, que formaron un gran mar de arena y una faja de loess detrás. Las rocas fuentes de estos sedimentos son la Cordillera Andina y las Sierras Pampeanas.

Palabras claves: Sedimentos de fondo fluviales; Granulometría; Diagramas C-M; Región pampeana.

EXTENDED ABSTRACT

Grain-size analysis of down-river bottom sediments within the «Pampa Ondulada», Buenos Aires Province, Argentina.

The dynamics of bottom fluvial sediments play an important role in environmental studies, considering specially the fact that they may act as natural sinks of pollutants, and also as transporting agents. In this way, the transit of these finer sediments may result in a danger to the environmental quality of downcurrent areas of a basin. The size of the component particles is then, one of the fundamental textural characteristics of all fragmented deposits and their lithified equivalents (Passega, 1957, 1977, Day, 1965, Carver, 1971). In this contribution, bottom sediments sampled in equivalent distal positions of seven different fluvial basins of the Pampa Plains (Pampa Ondulada) of Argentina have been studied (Fig. 1). All the rivers flow from west to east within the Province of Buenos Aires reaching either the Paraná River or the Río de la Plata Estuary (Fidalgo and Martinez, 1983). Listed from north to south they are: del Medio, Ramallo, Tala, Arrecifes, Areco (northern sector) and Carnaval-Martín, del Gato and del Pescado (southern sector) (see also Fig. 2). Grain size determination of cores, taken at a water depth of 1 m in both margins, have been analysed (Fig. 3). The cores were divided in an upper layer (0-10 cm) and a lower layer (10-20 cm). Statistical parameters do not show large differences; the mean and the median are similar corresponding from coarse to very coarse silt (5-6 to 4-5 φ). In spite of this, most of the differences are shown in the percentile one (C) values (silts and sands), poor to moderate sorting (standard deviation), high kurtosis (concentration of peakness of the distribution) and positive skewness (Limarino and Martinez, 1992, Tripaldi, 2002) (Table 1). In this respect, the C-M diagram is specially usefull to discriminate different types of fluvial environments considering textural parameters and sedimentary procesess. From this diagram two types of rivers are recognized based on the characteristics of their bottom sediments (Figs. 4-6). River sandy bottom sediments with a tipically fluvial inprint, rolling-sliding, saltation and suspension populations are well defined (C different from M), suggesting important changes in the hydraulic regime. These rivers (del Medio, Arrecifes, Areco, Martín-Carnaval, and del Gato) are located within areas with stepper regional slopes and show complex provenance. In river silty bottom sediments that show finer textures, only well developed saltation and suspension populations are present (C similar to M), with moderate sorting, suggesting a steady flow and slow hidraulic regimes, where settling procesess dominate. These rivers (mainly del Tala, and some samples from Ramallo and del Pescado) are associated with areas with smaller local slopes and show generally a simple provenance. The provenance of these sediments is interpreted, in the former, as complex source produced by both water and wind erosion in an extense basins within the Pampa Plains, while in the latter, the source is poorly reworked eolian material (lime) (Ahlbrant, 1979, Pye, 1987, Bidart, 1992, 1996). All these sedimentary rocks are included within the depositional model of the Pampa Type Loess, where winds derived from the Patagonian ice field in the SE, during the Late Quaternary, formed a large sand sea and a loess belt behind it. The source rocks of these sediments are both the Andean Cordillera and the Pampean Range (Iriondo, 1987, Iriondo and Kröhling, 1996, Kröhling and Orfeo, 2002).

Key Words: Fluvial bottom sediments; Grain-size; C-M diagrams; Pampean area.

INTRODUCCION

Los sedimentos de lecho de las aguas superficiales pueden convertirse en el destino final de contaminantes cuando la capacidad de carga se ve superada o cuando intervienen fenómenos de decantación por cambios en propiedades tales como el pH y la conductividad. En regiones de llanura como la pampa bonaerense, sometidas a un régimen climático húmedo, el proceso de disección superficial del paisaje se ve favorecido cuando existe un gradiente topográfico tal como ocurre en la Pampa Ondulada y los materiales superficiales son relativamente permeables (Gutierrez Elorza, 2001). Esta región presenta un relieve ondulado, de ahí su denominación, por la presencia de lomas recortadas por arroyos, cañadas y ríos, alineadas en sentido SO-NE con redes de drenaje definidas, especialmente aquellas que desaguan en el río Paraná y Delta (Fig. 1). A la erosión hídrica natural se le adiciona la proveniente del escurrimiento superficial de los suelos cuando la cobertura herbácea natural se pierde por las prácticas agrícolas, que en la última centuria han sido muy intensas. Ya en el año 1983 se señalaba que la casi totalidad de las lomas de esta región estaban afectadas por erosión, habiéndose estimado una pérdida de 72-96 ton/ha/año (Kugler, 1983).

Figura 1. Mapa de ubicación de los cursos de agua estudiados y sitios de muestreo.
Figure 1. River Location of sampling sites and study area.

Se destaca también, que la mayoría de los suelos de la región (Hojas INTA, 1972, 1978) se clasifican como suelos franco limosos (más del 50 % de fracción limo) con promedios de 62,2 % de limo, 27,1 % de arcilla y sólo 10,75 % de arena. El material que se mueve en suspensión en estos cursos de agua es representativo de la fracción más fina de los horizontes superiores de estos suelos (Konta, 1990)

Geomorfológicamente en esta llanura se reconocen las áreas de interfluvios (planicies altas) y las zonas de pendientes, con lomas suavemente onduladas o planas. El relieve alcanza a veces a superar el 3 % de pendiente, siendo más frecuentes las del 1,5-2 %. En esta pampa, constituida por sedimentos limosos eólicos, han evolucionado suelos profundos y bien drenados del tipo Argiudoles en los interfluvios y en las pendientes. Mientras que en los bajos y arroyos aparecen materiales aluvionales jóvenes y a veces suelos con engrosamiento de su horizonte superficial por el arrastre de partículas desde las partes más altas del relieve. Respecto al clima, la región presenta una buena distribución anual de precipitaciones (900-1000 mm), con ligero déficit en período estival y los suelos por sus características físicas tienen buena capacidad de retención de humedad (entre 200 y 300 mm), con suelo a capacidad de campo.

Existe un activo proceso de disección superficial del paisaje (Figs. 1-2), en muchos casos con control estructural de la red de drenaje. Los cursos que desaguan al río Paraná son los de mayor longitud (50- 60 km) descendiendo desde la cota de 50-60 m snm, mientras que los que desembocan en el Río de la Plata son más cortos (distancias menores a 15 km) y descienden desde cotas no mayores a 30 m (Fidalgo y Martinez, 1983). La pendiente general de los cursos varía entre 0,3-1 m/km y el caudal se estima en el 12 % de las precipitaciones, aproximadamente 20.000 hm³/ año (Sala, 1972).

Figura 2. Vista general de los ríos Arrecifes y Pescado. Nótese el desarrollo de una extensa planicie de inundación en la margen izquierda del Arrecifes en contraste con el desarrollo de la misma y juncales en ambas márgenes del Pescado.
Figure 2. General view of Arrecifes and Pescado rivers. Note the development of an extense coastal plain within the left margin of the Arrecifes and in both vegetated margins of the El Pescado River.

El objetivo del presente trabajo es el de analizar las variaciones granulométricas de los sedimentos de fondo (Fig. 3) de las cuencas inferiores de cursos representativos de la región, con el fin de evaluar la dinámica de los procesos de suspensión-decantación. Los cursos de agua estudiados de norte a sur comprenden los arroyos o ríos del Medio, Ramallo, Tala, Arrecifes, Areco, Carnaval, Martín, del Gato y del Pescado (Fig. 1).

Figura 3. Ejemplo de testigo con sedimento de fondo limo-arcilloso.
Figure 3. Example of core composed by silt and clay bottom sediments

METODOLOGIA

Se realizaron muestreos de sedimentos de fondo del lecho que fueron subdivididos en nivel superior e inferior (0-10 y 10-20 cm) en ambas márgenes a aproximadamente 1 m de profundidad bajo el pelo de agua. Los cursos seleccionados son de primer a tercer orden, con naciente en la zona interior de la provincia de Buenos Aires y que vuelcan sus aguas en los ríos Paraná y de La Plata. Los sitios de muestreo se ubican en posiciones equivalentes en una transecta NO-SE. El muestreo se efectuó con tubos de PVC, con una recuperación aproximada de 30 cm de espesor. El análisis granulométrico fue realizado por tamizado y pipeteo (Day, 1965) a intervalos de escala 0,5 φ. Cada muestra incluye unos 20 g de material. Los parámetros estadísticos fueron obtenidos mediante medidas gráficas utilizando las fórmulas detalladas por Folk y Ward (1957), Carver (1971) y Scasso y Limarino (1997).

RESULTADOS

Textura y Procedencia de los Sedimentos

En el marco regional, la cubierta loéssica pampeana forma parte del Sistema Eólico Pampeano (Iriondo y KrÖhling, 1995, 1996, Iriondo, 1997, Kröhling y Orfeo, 2002) compuesto por un «Mar de Arena Pampeano» que integra la mitad sur de La Pampa y por la «Faja Periférica Loéssica», desarrollada al noreste del Mar de Arena. El área de estudio se ubica dentro de esta Faja Loéssica que tiene 330 km de ancho promedio y una longitud cercana a los 2.000 km. Este sistema sedimentario se desarrolló durante los primeros estadios de la última glaciación pleistocénica, y fue posteriormente retrabajado durante fases áridas sucesivas y sujeto a pedogénesis en períodos húmedos. Las áreas de aporte principales fueron la Cordillera de los Andes y las Sierras Pampeanas. La mineralogía de las arcillas, limos y arenas finas presenta dos características contrastadas, la illita es el argilomineral dominante y las arenas presentan una composición muy variada (Iriondo y Kröhling, 1996) con áreas fuente volcánicas a partir de material fino de caída de cenizas y material más grueso proveniente de rocas ígneo-metamórficas.

En los sedimentos fluviales analizados, otro de los elementos importantes que surgen a partir del análisis textural integrado del diseño los histogramas y el estudio de los diagramas de frecuencia acumulada, es su afinidad con procesos erosivos de carácter eólico y/o hídrico que tienen lugar en la llanura pampeana.

De esta forma, es interesante resaltar que los únicos sedimentos que reúnen características texturales de «limo» constituido por material de transporte eólico de probable origen andino (Bidart, 1992, 1996, Morrás, 1996) corresponden a las 4 muestras pertenecientes al arroyo El Tala (Figs. 4-6).

Figura 4. Variación de parámetros estadísticos en los cursos estudiados desde el norte hacia el sur y diagrama C-M para las muestras del nivel superior.
Figure 4. Variation of statistical parameters within the studied rivers from the north to the south and C-M diagram for the upper bed samples.

Figura 5. Variación de parámetros estadísticos en los cursos estudiados desde el norte hacia el sur y diagrama C-M para las muestras del nivel inferior.
Figure 5. Variation of statistical parameters within the studied rivers from the north to the south and C-M diagram for the lower bed samples.

Figura 6. Diagrama triangular arena-limo-arcilla para las muestras de sedimento de fondo estudiadas.
Figure 6. Ternary diagram sand-silt-clay for the studied bottom sediments.

Estas características de facies netamente eólicas, son:

1) Ausencia de arenas muy gruesas a gruesas (tamaños mayores a 500 micrones), ya que este intervalo granulométrico se corresponde con el valor crítico de la competencia eólica (Mazzoni, 1978).

2)  Histogramas unimodales.

3) El segmento de tracción en los diagramas de frecuencia acumulada está muy pobremente representado (Pye, 1983, Bidart, 1996).

Los depósitos sedimentarios de los cursos de agua restantes poseen una procedencia más compleja, pues las cuencas imbríferas son de mayor desarrollo areal y reciben a su vez, aguas de cursos tributarios de distintos órdenes y con características hidrodinámicas variadas. Los sedimentos sufren entonces, un transporte fluvial prolongado, abundante material arcilloso se mueve por suspensión, y además, se superponen simultáneamente los aportes de naturaleza fluvial y eólica.

El análisis granulométrico permite visualizar la gradual variación textural de materiales acumulados en los diferentes arroyos como producto de la sedimentación progresiva de los componentes sólidos transportados por un flujo continuo y desacelerado que pierde paulatinamente su capacidad de transporte sin que se modifiquen las condiciones de fluidez. De esta manera las diferencias granulométricas responden al transporte selectivo de los materiales como respuesta a las variaciones hidrodinámicas producidas en la dirección del movimiento.

Parámetros Estadísticos

En la Tabla 1 se presentan los valores de parámetros estadísticos leídos a partir de las curvas granulométricas de frecuencia acumulada correspondientes a las cuencas inferiores de los cursos estudiados. Se puede ver que los valores de tendencia central como la mediana o la media, para la mayoría de los arroyos, son similares y se corresponden con valores de limo muy grueso (4-5 φ), o limo grueso (5-6 φ) como es el caso del arroyo Ramallo y algunas muestras del río Arrecifes.

Tabla 1. Parámetros estadísticos de las muestras analizadas.
Table 1. Statistical parameters of the studied samples.

La selección, parámetro que se utiliza para estudiar la heterogeneidad de los tamaños de partícula transportados y su movilización, es mala, salvo en cursos con menor capacidad de carga como El Tala, donde estos valores numéricos de selección son moderados (Figs. 4-5).

Otra medida de dispersión que resulta muy útil para describir la distribución de partículas es la asimetría. Valores positivos marcan una mejor selección para los tamaños más finos y cierta dispersión para los gruesos (cola de gruesos). Como es el caso de la mayoría de los arroyos, estos valores pueden indicar un importante aporte eólico (Ahlbrant, 1979, Limarino y Martinez, 1992, Tripaldi, 2002) o corresponden a material retrabajado de las márgenes del curso.

Por otro lado, los arroyos Ramallo, del Gato y Arrecifes presentan muestras con asimetría negativa o cola de finos, con una mejor selección para los tamaños gruesos y dispersión en los finos, marcando un mayor retrabajo fluvial del material transportado.

El último parámetro utilizado para caracterizar a las distribuciones granulométricas, es la curtosis (Kg), que describe cuan similares a la distribución normal son las poblaciones muestrales. En los arroyos analizados predominan las distribuciones leptocúrticas, salvo el caso del Tala y una muestra del Ramallo que pueden presentarse mesocúrtica o sea muy similares a una distribución normal (Figs. 4-5).

Transporte Selectivo de Partículas Finas

A los fines de establecer si existe un transporte selectivo de material fino se comparó la granulometría del suelo circundante a un afluente de primer orden del río Arrecifes, con el sedimento depositado en el lecho del curso en dicho sector (Tabla 2). Se encontró que en la naciente del curso el sedimento del lecho posee alto tenor de arcilla, mucho mayor al del suelo, pero a poca distancia pierde una parte importante de estos coloides, y aguas abajo tan sólo retiene aproximadamente el 30 % de los mismos. Si se analiza la distribución granulométrica de las tres fracciones de tamaño de partícula de suelos y sedimentos se observa el alto contenido de limo en las muestras y una gran variación en el contenido de arcilla (Tabla 2). El ejemplo ilustra la alta proporción inicial de limos y arcillas (relación arena/pelita muy baja) en el tributario caracterizado del río Arrecifes. Este grupo de muestras es identificado en los gráficos adjuntos como un ejemplo puntual de un curso de primer orden que vuelca sus aguas en el río Arrecifes.

Tabla 2: Granulometría de suelos y sedimentos en afluente de primer orden del río Arrecifes. T1 corresponde a la naciente del curso y T2, T3 y T4 corresponden a los sitios subsiguientes aguas abajo del afluente.
Table 2: Soil and sediment grain size analysis of a first order affluent of the Arrecifes River. T1 corresponds to river head and T2, T3 and T4 correspond to down stream following sites.

Finalmente se ha utilizado el diagrama C-M o de Passega (1957, 1977) que combina una medida de dispersión contra otra de tendencia central. El valor C corresponde al percentil 1, o al valor de 1 % de la distribución. Este valor es de gran importancia pues estima en forma directa la competencia (mayor tamaño transportado) del agente de transporte. El valor Md corresponde al 50 % de la distribución e indica, junto al anterior, diferentes ambientes sedimentarios. De esta manera pueden discriminarse ambientes con dominio de suspensión fina, suspensión uniforme, gradada o carga de lecho hasta depósitos de playa con valores altos de C y de M.

Si bien se destaca que el estudio se restringió a los sectores distales a 1 m de profundidad, podemos interpretar que para las muestras analizadas (Figs 4-5), tanto el nivel superior como el inferior, muestran un agrupamiento dentro de dos campos diferenciables, tal como se indica a continuación.

Subfacies fluviales, de mayor energía: donde la movilización del material ha sido tractiva o turbulenta (suspensiones gradadas), dentro de la carpeta de materiales sólidos transportados por el flujo turbulento del fondo. Hay en estos depósitos netamente fluviales una máxima variación hidrodinámica de la energía del sistema. Ejemplos típicos de estas subfacies son los arroyos del Medio, Arrecifes, Areco, Carnaval y del Gato que presentan también una mayor pendiente regional.

Subfacies fluviales de menor energía: integradas por materiales más finos (limos y fangos), vinculados a aporte eólico y/o a procesos de desbordamiento y depositados a partir de suspensiones uniformes que varían gradualmente su contenido clástico y granulométrico a medida que disminuye el poder del flujo, decreciendo la velocidad media y la fuerza tractiva, permitiendo la selección del material pelítico más grueso.

Estos depósitos presentan una escasa variación hidrodinámica, y corresponden principalmente a los arroyos del Tala y del Pescado (y en menor medida al Ramallo) con una pendiente local comparativamente menor a las anteriores.

Por último, si se analizan los diagramas de barra en particular para las muestras del arroyo El Tala, se comprueba que los mismos presentan histogramas unimodales con modas en la fracción de limo. Los arroyos restantes, en cambio, presentan histogramas bimodales con modas en limo grueso a muy grueso y arcilla, por lo que serían clasificados en la Fig. 6 como «loess típico» y «loess arcilloso» y en algunos casos muy contados (n = 6), como «loess arenoso» (más de 20 % de arenas).

CONCLUSIONES

En la Faja Periférica Loéssica del NE de la provincia de Buenos Aires se estudiaron los sedimentos costeros de fondo (aproximadamente 1 m de profundidad de agua en ambas márgenes) en locaciones análogas dentro de las cuencas de los ríos o arroyos: del Medio, Ramallo, Tala, Arrecifes y Areco, que vierten sus aguas en el río Paraná, además de los arroyos Carnaval, Marín, del Gato y del Pescado, que desembocan en el Río de la Plata. Los análisis granulométricos para horizontes superiores (primeros 10 cm) e inferiores no muestran diferencias notables cuando se analizan las medidas de tendencia central (media y mediana) que corresponden a limos gruesos y muy gruesos (Mz: 5-6 y 4-5 φ), pero si son dispares las medidas de dispersión (desvío estándar, asimetría y curtosis), en especial, los diagramas C-M (primer percentil vs mediana), resultan muy útiles para discriminar a dos grupos de cursos con identidad propia según sus características texturales y los procesos sedimentarios dominantes:

Subfacies fluviales de mayor energía: las más arenosas de características netamente «fluviales» con subpoblaciones de tracción, saltación y suspensión muy bien definidas (C muy distinto de M) que sugieren variaciones notables de los regimenes hidráulicos. Se corresponden con las muestras de los arroyos: del medio, Arrecifes, Areco, Carnaval, del Gato.

La procedencia de estos sedimentos (loess típico y loess arcilloso) es compleja, a partir del retrabajo fluvial de depósitos de variada índole en cuencas de gran extensión areal, producto de la erosión hídrica y eólica ampliamente desarrollada en la llanura pampeana.

Se verifica, en estos casos, un enriquecimiento en las fracciones limosas de los sedimentos de fondo de los cursos a medida que se aproximan a su desembocadura mientras que una proporción notable de las partículas arcillosas permanece en suspensión.

Subfacies fluviales de menor energía: las más limosas y mejor seleccionadas, con escasas variaciones de régimen hidráulico (C muy parecido a M) donde predominan los procesos de suspensión decantación sobre los de tracción. Se corresponden con las muestras de los arroyos del Tala, y en menor medida a las de Ramallo y del Pescado.

La procedencia de estos sedimentos (en muchos de los casos como en arroyo del Tala, compuesto exclusivamente por limo) posee una importante componente «heredada» a partir del escaso retrabajo fluvial de facies eólicas, aunque tampoco se descartan procesos de desbordamiento fluviales que puedan generar depósitos parecidos partir de suspensiones uniformes.

Agradecimientos. Se agradece muy especialmente a los revisores Dres. Gerardo Perillo y Oscar Orfeo por las acertadas y valiosas sugerencias que mejoraron sustancialmente a esta contribución. Este trabajo ha sido realizado con aportes del PICT 2000-078480, Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica. Se brinda un especial reconocimiento a Comisión Nacional de Actividades Espaciales CONAE por proveer imágenes satelitales del área de estudio.

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