C Y N, SU DISTRIBUCIÓN Y ESTEQUIOMETRÍA, EN SEDIMENTOS

Distribución
y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
Cienc. Tecnol. Mar, 25 (1): 89-108,
2002
89
C Y N, SU DISTRIBUCIÓN Y ESTEQUIOMETRÍA, EN SEDIMENTOS SUPERFICIALES DE LA
REGIÓN SUR DE LA ZONA DE FIORDOS Y CANALES AUSTRALES DE CHILE, 52o - 56o S
(CRUCERO CIMAR-FIORDO 3)
C AND N, THEIR DISTRIBUTION AND STOICHIOMETRY, IN SURFACE SEDIMENTS OF
THE CHILEAN FJORDS: SOUTHERN ZONE, 52o - 56o S (CIMAR-FIORDO 3 CRUISE)
NELSON SILVA S. (¹)
PILAR ORTÍZ (1, 2)
(¹) Escuela de Ciencias del Mar,
(²) Universidad Católica de Valparaíso.
Casilla 1020, Valparaíso. email: [email protected]
Dirección actual: Servicio Hidrográfico
y Oceanográfico de la Armada.
Casilla 324, Valparaíso
Recepción: 11 de mayo de 2000 – Versión corregida aceptada: 22 de enero de 2001
RESUMEN
En la porción austral de la zona de los canales y fiordos chilenos, entre el estrecho de Magallanes
(52o 19’ S) y el cabo de Hornos (55o 58’ S), se tomaron muestras de sedimentos super ficiales con el fin
de medir la concentración y variabilidad horizontal de los principales elementos químicos asociados a su
materia orgánica (carbono orgánico e inorgánico y nitrógeno Kjeldahl) y determinar las relaciones estequiométricas entre carbono y nitrógeno.
La distribución del contenido de carbono inorgánico del sedimento del área, permitió “a priori”
dividir el área en tres zonas con diferentes concentraciones. Dos zonas agrupan a las estaciones con
contenido de carbono inorgánico preferentemente alto (4 - 11%), las cuales se ubicaron en el extremo
occidental del estrecho de Magallanes (zona noroccidental) y en la porción oriental del canal Beagle y en
bahía Nassau (zona sur oriental). La tercera zona agrupa a las estaciones donde las concentraciones de
carbono inorgánico son preferentemente bajas (0 - 2%), las cuales se ubicaron en el resto del área de
estudio (zona central). En cuanto a la distribución de carbono orgánico y nitrógeno Kjeldahl, si bien la
zonación del área de estudio en base a estas variables es estadísticamente aceptable, no fue tan clara
como en el caso del carbono inorgánico, o como ocurrió en las zonas norte (41 o 30’ S - 46o 30’ S) (Silva
et al., 1998) y central (46o 50’ S - 52o 30’ S) (Silva et al., 2001) de los canales y fiordos chilenos, donde
la segregación se realizó en base a la distribución de las concentraciones de los componentes orgánicos.
Las altas concentraciones de carbono inorgánico registradas se explicaron por la presencia de una
gran cantidad de restos de conchas de organismos marinos. Según datos previos obtenidos por expediciones italianas en el área (Brambati et al., 1991), estos restos corresponden mayoritariamente a
Lamellibranchia, Gastropoda, Brachiopoda y Foraminífera.
La distribución de las principales fracciones de la granulometría (gravas, arenas y limo-arcilla) no
explicó la segregación observada por el C-inorgánico. Sólo se observó una tendencia a aumentar el contenido de C-orgánico en la medida que aumentó la participación de las fracciones más finas en el sedimento.
Para la zona de alto contenido de carbono inorgánico, el valor obtenido para la razón C:N del sedimento
fue de 5,59, lo cual es menor que la razón C:N = 6,63 de Redfield, mientras que para las estaciones de bajo
contenido de carbono inorgánico la razón C:N del sedimento fue de 8,13, lo cual es mayor que la razón de
Redfield. El primer caso, la desviación fue interpretada como el resultado de las características químicas
propias de un tipo de sedimento marino más rico en nitrógeno, relacionado a organismos con conchas. En el
segundo caso, la desviación fue interpretada como el resultado de la presencia de sedimento de origen marino
con cierto grado de descomposición diagenética de su materia orgánica y/o por aportes al sedimento de
material edáfico y/o terrígeno, arrastrado hacia el sedimento por los ríos o escurrimiento costero.
Palabras claves: Sedimentos, carbono, nitrógeno, estuarios, fiordos, Chile.
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ABSTRACT
In Chile’s southernmost channels and fjords zone, between the Magellan Strait (52o 19’ S) and
Cape Horn (55o 58’ S), bottom surfaces sediment samples were taken. The concentration and spatial
variability of major chemical elements associated with their organic matter content (organic and inorganic
carbon and nitrogen) was studied, and the stoichiometric relationship between carbon and nitrogen was
estimated.
The distribution of the inorganic carbon content of the sediment of the area, enabled “a priori”
division of the area in three zones with different concentrations. Two zones, gathered the stations with
high inorganic carbon content (4 - 11%), located in towards the occidental extreme of the Magellan Strait
(northwest zone) and in the eastern portion of the Beagle channel and Nassau Bay (southeastern zone).
The third zone groups the stations where concentrations of inorganic carbon were low (0 – 2%), which were
located in the rest of the area of study (central zone). The organic matter distribution, organic carbon and
Kjeldahl nitrogen zonation were statistically acceptable, as it occurred in the northern (41o 30’ S - 46o 30’
S) (Silva et al., 1998) and central zones (46o 50’ S - 52o 30’ S) (Silva et al., 2001) of the Chilean channels
and fjords, where the segregation was done based on the distribution concentrations of the organic
components.
High concentrations of inorganic carbon recorded are explained by the presence of a large quantity
of shell remains from marine organisms. According to previous data obtained by Italian expeditions in the
area (Brambati et al., 1991), these remains correspond principally to Lamellibranchs, Gastropods,
Brachiopods and Forams.
The main grain size sediment distribution (granules, sands and silt-clay), does not explain the
observed segregation shown by the C-inorganic concentration distribution. Only a tendency to an increase
in the C-organic concentration, associated to the increase of the lower size grain fraction in the sediment,
was observed.
In the high inorganic carbon zone, the figure obtained for the C:N ratio of the sediment was 5,59
which is lower than the Redfield’s C:N = 6,63 ratio, while for the stations with low inorganic carbon, the
C:N ratio of the sediment was 8,13. In the former case, deviation was interpreted as the result of the
presence of a nitrogen rich sediment, associated to organisms with shells. The latter deviation was
interpreted as a result of the presence of sediments of marine origin with a certain degree of diagenetic
decomposition of its organic matter and /or by edaphic material and/or terrigenous contributions to the
sediment, brought in by rivers or coastal runoff.
Key words: Sediments; carbon; nitrogen; estuaries; fjords; Chile.
INTRODUCCIÓN
Chile tiene un extenso sistema estuarino en
su extremo austral, el que se extiende entre
Puer to Montt (42o 30’ S) y cabo de Hornos (55o
58’ S), con unas 780 millas náuticas de largo,
cubier to por una miríada de islas entrelazadas
por innumerables canales.
Durante la última glaciación, la zona sur de
Chile estuvo cubierta por glaciales, los que ejercieron una acción erosiva, socavando una serie
de canales y fiordos. Posterior a esta glaciación y
durante el período interglacial más cálido, los hielos fueron derritiéndose paulatinamente, por lo
que el nivel del mar subió llenando las cuencas
dejadas por los glaciares y por el hundimiento tectónico del valle longitudinal al sur de Puerto Montt
(Borgel, 1970-1971). Al recibir estos canales y
fiordos, el aporte de agua de ríos y de deshielos
de los glaciares aledaños, que aún permanecen,
se generó la vasta zona estuarina indicada anteriormente.
Producto de los mecanismos geológicos de
formación de esta zona, los fondos de estos canales y fiordos son irregulares y suelen presentar
morrenas y/o umbrales que actúan como barreras para la circulación de las aguas de las zonas
profundas, produciendo cuencas con una alta sedimentación (Pickard y Stanton, 1980). De acuerdo con la capacidad de renovación de las aguas y
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
con la cantidad de materia orgánica que puedan
recibir estas cuencas, pueden generarse zonas
con condiciones de suboxia o anoxia en las cercanías del fondo. En el caso de los canales chilenos, en ninguno de ellos se han observado condiciones de anoxia, siendo 1,5 ml/l el valor más
bajo observado en toda el área (Silva et al., 1995;
1997 y datos no publicados).
La extensa zona de fiordos y canales de la
región austral de Chile puede ser dividida en tres
grandes áreas separadas por características geográficas mayores (Pickard, 1971). La primera, o
zona nor te, comprende el área ubicada entre
Puer to Montt y península de Taitao (41o 30’ S –
46o 50’ S), la segunda, o zona central, comprende desde golfo de Penas hasta el estrecho de
Magallanes (46o 50’ S - 52o 30’ S) y la tercera, o
zona sur, desde el estrecho de Magallanes hasta
cabo de Hornos (52o 30’ S - 55o 58’ S). Esta zona
constituye un ecosistema muy amplio, caracterizado por condiciones oceanográficas extremas,
donde confluye la influencia de aguas oceánicas
de la corriente de la Deriva de los Vientos del
Oeste, que penetran hacia la zona interior de canales y fiordos, además de la influencia de aguas
frías y de baja salinidad, producto de la alta pluviosidad de la zona, del aporte fluvial y del constante deshielo de glaciares que existen en las
cercanías de algunos fiordos (Silva y Neshyba,
1979-80; Silva et al., 1995; 1997).
Dada las particulares características geográficas y oceanográficas de estas zonas de canales
(bahías protegidas, aguas poco contaminadas,
etc.), éstas están siendo utilizadas en forma creciente para el desarrollo de cultivos de especies
marinas. De hecho, a la fecha se han instalado
alrededor de 74 centros de cultivo entre la XI y XII
regiones (SERNAPESCA, 1996), lo cual implica un
importante uso localizado de sus aguas. Sin embargo, el conocimiento de las características, tanto físicas como químicas y biológicas, de la columna de agua y de los sedimentos es escaso,
por lo que su uso en estas condiciones tiene implícito un riesgo ambiental impor tante.
En la zona de los canales chilenos, el esfuerzo científico tendiente a conocer las condiciones
oceanográficas ha sido escaso para lo extenso
del área. En el caso de la información acerca de
componentes químicos del sedimento marino en
la zona de fiordos y canales australes de Chile,
ésta es más escasa aún, disponiéndose para la
zona norte de los canales australes los resultados del crucero Cimar-Fiordo 1 (Silva et al., 1998)
y para la zona central, los resultados de los cruceros Campos de Hielo Sur (Ahumada et al., 1996)
91
y Cimar-Fiordo 2 (Silva et al., 2001). Para la zona
sur, sólo existe información para el estrecho de
Magallanes (Brambati et al., 1991).
La necesidad de disponer de información referente a los sedimentos, se debe a que los sistemas estuarinos son zonas con altas tasas de
sedimentación de materia orgánica particulada
(0,1 - 10 cm/año) (Farías, 1997), la cual proviene principalmente de los ríos y de la alta producción de materia orgánica en la columna de agua.
Debido a lo anterior y a pesar de la descomposición heterótrofa en la columna de agua, en las
zonas costeras, gran parte de la materia orgánica producida fotosintéticamente en la superficie
logra llegar al fondo, depositándose en el sedimento (Knauer et al., 1979). Es así como en áreas
poco profundas y de alta producción, como sería
el caso de los canales australes chilenos, una
cantidad importante de la producción primaria superficial suele llegar al fondo. Experimentos con
trampas de sedimento han mostrado que alrededor del 30 al 40% de la producción anual de la
columna de agua puede alcanzar el piso marino
(Davies, 1975).
Es importante considerar que los sedimentos
marinos, además de representar un hábitat para
una gran variedad de organismos, presentan concentraciones de materia orgánica particulada de
alrededor de cuatro órdenes de magnitud superior a la del agua suprayacente (Klump y Martens,
1983), por lo que constituyen una importante fuente de elementos químicos al medio acuático (Wolff,
1980). Una fracción de la materia orgánica depositada en los sedimentos superficiales lo hace
en forma de compuestos orgánicos complejos
lábiles y metabolizables (Lee y Cronin, 1982), por
lo que la transformación bentónica y los procesos de remineralización asociados con la materia que sedimenta, revisten gran importancia al
aporte de nutrientes necesarios para los procesos de producción primaria (Rowe et al., 1975).
Por esta razón, la magnitud en la cual los sedimentos reciclan o retienen elementos nutrientes
puede ejercer un control importante de la producción biológica de la columna de agua, ya que éstos pueden aportar entre un 30 a un 80% de los
nutrientes requeridos por el fitoplancton para su
crecimiento (Nixon, 1981). De aquí que si estos
se llegan acumular en forma desmesurada, pueden contribuir de manera importante a generar
procesos de eutroficación de zonas localizadas.
El presente trabajo tiene como objetivo general realizar una evaluación de la matriz química
de los sedimentos de la zona entre el estrecho
de Magallanes y el cabo de Hornos. En esta opor-
92
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
tunidad se pretende conocer la distribución horizontal de la concentración de carbono (orgánico e
inorgánico) y nitrógeno, asociándolos a los procesos oceanográficos preponderantes del área. Por
otra parte, también se pretende establecer la
estequiometría de la relación C:N del sedimento
superficial de la zona en estudio, con el fin de
poder estimar, en una primera aproximación, su
procedencia.
El equipo LECO CR-12 fue calibrado con
dos estándares de suelo cer tificados según
el National Institute of Standards and
Technology (NIST). Las mediciones para C-total y C-orgánico se realizaron en duplicado o
triplicado (dependiendo de la variabilidad de
la matriz sedimentaria) y los resultados se
expresaron como porcentaje (C%) o en µg-at
C/g sedimento seco de carbono orgánico e
inorgánico.
MATERIALES Y MÉTODOS
Entre el 6 y 18 de octubre de 1997, se
realizó el muestreo de 57 estaciones oceanográficas ubicadas entre el estrecho de Magallanes (52 o 19’ S) y el cabo de Hornos (55 o
58’ S) (Fig. 1), a bordo del buque de investigación científica AGOR “Vidal Gormaz”, de la
Armada de Chile. De esas estaciones, en 36
de ellas se tomaron muestras de sedimentos
super ficiales con un Box Corer.
De las muestras del Box Corer, se tomaron sub muestras de los primeros 2 a 3 centímetros del sedimento, las que fueron colocadas en bolsas de polietileno y mantenidas
en un congelador a –20 o C hasta su análisis.
Una vez en el laboratorio, cada muestra fue
descongelada, secada y molida hasta polvo
muy fino en un mor tero de ágata. Para la
granulometría, la muestra se guardó sellada
en bolsas de polietileno y en frío (4 o C).
La información de la granulometría de las
muestras de sedimentos, en base a la clasificación de Udden-Wenthwor th, fue determinada mediante tamizado en húmedo, si eran mayoritariamente limos-arcillas, o en seco si eran
mayoritariamente arenas. Los resultados se
agruparon en tres fracciones principales: gravas, arenas y limos-arcillas.
Las fracciones correspondientes a carbono total (C-total) y carbono orgánico (Corgánico), fueron determinadas mediante la
técnica de combustión en corriente de oxígeno puro, usando un equipo analizador elemental para carbón LECO CR-12. Para hacer
la determinación de C-orgánico, fue necesario un pre-tratamiento por acidificación de
las muestras de sedimento con HCl 1:1, de
modo de eliminar los carbonatos como CO2.
Posteriormente, a la muestra tratada con ácido se le eliminó el exceso de ácido por evaporación y el C-orgánico remanente se midió en el LECO CR-12. El C-inorgánico se
estimó como la diferencia en el contenido
de C-total y C-orgánico.
El nitrógeno fue deter minado usando la
técnica de micr o-Kjeldahl modificada por
Branstreet (Walton, 1970). Para calibrar las
mediciones de nitrógeno, se utilizaron dos
estándares de suelo cer tificado de acuerdo con las nor mas NIST. Las muestras se
analizaron en duplicado y los resultados se
expresaron como porcentaje (N%) o como
µg-at N/g sedimento seco. A estos resultados se le denominó nitrógeno Kjeldhal para
indicar que el nitrógeno medido es el or gánico más el amonio adsorbido en las par tículas de sedimento y el amonio retenido
en el agua intersticial remanente que poseía la
muestra y se le abreviará como N-Kjeldahl.
Con la finalidad de identificar posibles zonas con características afines en la distribución super ficial de los sedimentos, se aplicó
a los datos la metodología diseñada por Silva et al. (1997), ordenándose las estaciones en función de su cercanía y teniendo en
consideración los diferentes procesos oceanográficos, hidrográficos y glaciológicos que
afectan el área (circulación estuarina positiva, cuencas semi aisladas con baja circulación y erosión terrestre por la acción de glaciares activos, entre otros). Para la comparación de las diferentes pendientes generadas en esta metodología, se utilizó el test
de Schef fé (Zar, 1984).
Con el fin de analizar estadísticamente las
diferencias geográficas asociadas a la presencia de mayores o menores concentraciones
de las variables químicas entre zonas, la existencia de diversas áreas y dado el número desigual de muestras asignadas a cada zona, se
decidió aplicar pruebas no paramétricas para
validar la zonación encontrada: Test de
Kolmogoronov-Smirnov para inferencias de ubicación basadas en dos muestras y el Análisis
de Varianza de Kruskal Wallis (Gibbons, 1986).
Con el fin de determinar las relaciones
estequiométricas de C y N, se efectuó un análisis de regresión lineal simple entre los da-
93
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
52°
Primera
Angostura
Segunda
Angostura
13
20° 80°W
S
Pta. Dungeness
20
O
tw
a
y
12
15
16
26
no
Cabo
Deseado
Se
53°
2
10
Isla
Santa Inés
9
24
8
5 Pta. Arenas
6 Bahía Inútil
57
56
55
C. Whiteside
60°
20°
30°
30°
40°
40°
50°
50°
Océano Atlántico
90°W
53°W
Antártica Chilena
60°
60°
54
54°
Isla Carlos III
d
ar
bo
Ca
55°
w
ro
F
29
37
Canal Beagle
40 46 41
39
38
Isla
49Navarino
42
50 48
18 33
47
44
32
45
Bahía Nassau
Cabo de Hornos
CIMAR FIORDO 3
75°W
51
CordillerarDarwin
Océano Pacífico
56°
S
Seno
Almirantazgo
53
70°
65°
Fig. 1: Posición de las estaciones oceanográficas para la obtención de muestras de sedimento superficial en el
crucero Cimar-Fiordo 3.
Fig. 1: Geographic positions of oceanographic stations for surface sediment sampling in Cimar-Fiordo 3 cruise.
tos C-orgánico y N-kjeldahl expresados en µgat/g sedimento seco. Para la comparación de
las diferentes pendientes obser vadas se utilizó el test de Schef fé (Zar, 1984).
RESULTADOS
Granulometría, contenido de carbono y nitrógeno Kjeldahl en sedimentos super ficiales
La distribución granulométrica muestra, en
general, que los sedimentos estuvieron compuestos mayoritariamente por arenas y por
limo-arcilla. Sólo en cinco estaciones, las gravas superaron el 33% (Fig. 2a). La fracción de
arena se presentó en dos sectores definidos,
uno a lo largo del tramo occidental del estrecho de Magallanes (entre la boca occidental
del estrecho y el cabo Froward) y el otro en el
extremo sur de la zona (canales Beagle, Murray
y Ponsonby, bahía Nassau). La fracción de limoarcilla, no tuvo una distribución tan definida
como en el caso de las fracciones más gruesas. La fracción limo-arcilla fue preponderante
en el seno Otway, bahía Inútil y algunas estaciones del seno Almirantazgo, canal Beagle,
Brazo Nor te y Agostini.
La concentración de C-orgánico fluctuó entre 0,09 y 2,18%, no obser vándose a simple
vista un patrón de distribución horizontal definido (Fig. 2b). Las concentraciones de carbono orgánico en la zona fueron, en general, más
bien bajas. Dentro de la distribución anterior,
cabe destacar la presencia de concentraciones
muy bajas (<0,8%) en el extremo sur-este de
la zona.
El contenido de C-inorgánico en los sedimentos de la zona, presentó una fluctuación
entre 0,01 y 10,36%. Las mayores concentraciones de carbono inorgánico se presentaron
en dos zonas geográficamente bien definidas
(Fig. 3a). La primera de ellas en el extremo
noroeste de la zona (extremo occidental del
estrecho de Magallanes), con un máximo de
6,30%, mientras que la segunda, se ubicó en
el extremo sureste de la zona (extremo orien-
94
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
52.0
Gravas
52.5
Arenas
53.0
Fangos
53.5
54.0
54.5
55.0
55.5
CIMAR FIORDO 3
Granulometría (%)
56.0
A
56.5
75
74
73
72
71
70
69
68
67
66
65
64
52.0
52.5
Segunda
Angostura
Cabo
Deseado
Primera
Angostura
0.0 - 0.8
0.8 - 1.6
Pta. Dungeness
1.6 - 2.4
53.0
y
wa
Ot
no
e
S
53.5
2.4 - 3.2
Océano Atlántico
Pta. Arenas
3.2 - 4.0
il
Inút
Ba.
Isla
Santa Inés
C. Whiteside
54.0
Isla Carlos III
54.5
Seno
Almirantazgo
Cabo Froward
55.0
Isla
Navarino
Bahía Nassau
55.5
Océano Pacífico
CIMAR FIORDO 3
Carbono Orgánico (%)
56.0
56.5
Canal Beagle
Cordille
ra Darw
in
75
74
73
72
71
Cabo de Hornos
B
70
69
68
67
66
65
64
Fig. 2: Distribución de las fracciones granulométricas principales (A) y carbono orgánico (B) en los sedimentos superficiales de la zona del estrecho de Magallanes al cabo de Hornos.
Fig. 2: Main grain size fractions (A) and organic carbon (B) distribution in surface sediments of the Magellan Strait to
Cape Horn zone.
95
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
52.0
Segunda
Angostura
52.5 Cabo
0.0 - 0.4
Primera
Angostura
0.4 - 0.8
Pta. Dungeness
0.8 - 1.6
Deseado
53.0
y
wa
Ot
no
Se
53.5
1.6 - 2.4
Océano Atlántico
Pta. Arenas
2.4 - 3.2
il
Inút
Ba.
Isla
Santa Inés
3.2 - 4.0
4.0 - 7.0
C. Whiteside
7.0 - 10.0
54.0
Isla Carlos III
54.5
Seno
Almirantazgo
Cabo Froward
Canal Beagle
Cordille
ra Darw
in
55.0
Isla
Navarino
Bahía Nassau
55.5
Océano Pacífico
56.0
56.5
CIMAR FIORDO 3
Carbono Inorgánico (%)
75
74
73
72
71
Cabo de Hornos
70
69
A
68
67
66
65
64
52.0
Segunda
Angostura
52.5 Cabo
Primera
Angostura
0.0 - 0.1
0.1 - 0.2
Pta. Dungeness
Deseado
0.2 - 0.3
53.0
0.3 - 0.4
Océano Atlántico
Pta. Arenas
0.4 - 0.5
53.5
Isla
Santa Inés
C. Whiteside
54.0
Isla Carlos III
54.5
Seno
Almirantazgo
Cabo Froward
Canal Beagle
55.0
Isla
Navarino
55.5
Océano Pacífico
CIMAR FIORDO 3
Nitrógeno Kjeldahl (%)
56.0
56.5
75
74
73
72
71
Cabo de Hornos
70
69
68
B
67
66
65
64
Fig. 3: Distribución de carbono inorgánico (A) y nitrógeno Kjeldahl (B), en los sedimentos superficiales de la zona del
estrecho de Magallanes al cabo de Hornos.
Fig. 3: Inorganic carbon (A) and Kjeldahl nitrogen (B) distribution in sur face sediments of the Magellan Strait to Cape
Horn zone.
96
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
tal del canal Beagle y bahía Nassau), con un
máximo de 10,35%.
de los canales y fiordos de la zona al nor te del
estrecho de Magallanes (Silva et al., 1998 y
2001). Sin embargo, el contenido de C-inorgánico sí muestra “a priori”, una clara agrupación en tres sectores, un sector caracterizado
por bajos valores y dos sectores caracterizados por altos valores (Fig. 3a). El sector de
baja concentración, tuvo una cober tura geográfica mayor que los otros dos y se ubicó en la
zona central del área de estudio, abarcando
par te central y este del estrecho de Magallanes, seno Otway, bahía Inútil, seno Almirantazgo, canal Agostini, porción este del canal
Beagle, bahía Ponsonby, canal Murray y canal
Brazo Nor te. En cuanto a los sectores de mayor concentración, se ubicaron en la porción
oeste del estrecho de Magallanes y en la porción sur-este del canal Beagle y en la bahía
Nassau. (Fig. 3a).
Las concentraciones de N-kjeldahl fluctuaron
entre 0,001 y 0,28%, no presentando a simple
vista un patrón de distribución horizontal definido (Fig. 3b). Las concentraciones de N-kjeldahl
en la zona fueron, en general, más bien bajas
(<0,3%) y del mismo modo que en el C-orgánico,
en el extremo sur-este de la zona (extremo oriental del canal Beagle y bahía Nassau), se observaron concentraciones muy bajas (<0,1%).
El análisis de regresión lineal para determinar la proporción C-orgánico v/s N-kjeldahl de los
sedimentos superficiales de todas las estaciones de Cimar-Fiordo 3, dio como resultado una
pendiente con un valor de 8,18 (R2 = 0,94) (Fig.
4). Esto implica una relación C:N de 8,18.
C-orgánico (µg-átC/g)
2500
Y = 8.17777 * X + -37.6031
R^2 = 0.939672
2000
49
1500
24
8
1000
12
500
0
26
50
6 41
38
53
10 56 54 29
51 5 45
39 9 44
42
47
33
2 18 32
15
0
20
40
46
55
16
13
57
37
100
200
300
400
N-kjeldahl (µg-átN/g)
Fig. 4: Regresión lineal entre las variables N-kjeldahl y C-orgánico para
todas las muestras de sedimento de Cimar-Fiordo 3.
Fig. 4: Linear regression between N-kjeldahl and C-organic, including all
Cimar-Fiordo 3 sediment samples.
Segregación horizontal en la distribución de los
sedimentos
La obser vación de la distribución horizontal de la concentración de componentes orgánicos de los sedimentos (C-orgánico y Nkjeldahl) en el área de estudio (Figs. 2b, 3b),
no permitió identificar “a priori” zonas geográficas con diferencias en la concentración de
estos compuestos y proponer un patrón de
segregación horizontal, como ocurrió en el caso
Del análisis anterior, es posible entonces suponer
que, de acuerdo con la tendencia a agruparse que
presentan las mayores y menores concentraciones
del C-inorgánico, el área se podría segregar en tres
zonas. Para efectuar la agrupación de estaciones para
cada zona, se utilizó el mismo procedimiento aplicado por Silva et al., (1998 y 2001). De este modo, se
agruparon primero las estaciones ubicadas en el extremo oeste del estrecho Magallanes (zona
noroccidental), luego las estaciones ubicadas en la
zona central (zona central), para finalmente agrupar
97
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
Tabla I. Agrupación de las estaciones de acuerdo con su ubicación geográfica y características oceanográficas asociadas.
El número entre paréntesis indica el número de orden correlativo asignado.
Table I. Stations grouping according to their geographical location and associated oceanographic features. The assigned
rank order in parenthesis.
Zona noroccidental
Zona central
09 (1)
10 (2)
12 (3)
13 (4)
15 (5)
20 (11)
24 (12)
26 (13)
29 (14)
02 (6)
05 (7)
06 (8)
08 (9)
16 (10)
54 (23)
55 (24)
56 (25)
57 (26)
37 (15)
38 (16)
39 (17)
46 (27)
47 (28)
Zona sur oriental
40 (18)
49 (19)
50 (20)
51 (21)
53 (22)
44 (34)
45 ( 35)
las estaciones del extremo sur (zona sur oriental)
(Tabla I). Las estaciones de la zona nororiental como
las de la sur oriental presentaron una mayor influencia oceánica del Pacífico, que las de la zona central,
que tuvieron mayor efecto continental y glaciar (Fig. 1).
18
32
33
41
42
(29)
(30)
(31)
(32)
(33)
rentes procesos oceanográficos que afectarían
su producción.
Al aplicar esta misma técnica a las variables
orgánicas, las pendientes de los tramos correspondientes a las mismas estaciones resultan ser
significativamente diferentes entre sí (Test de
Scheffè: C-orgánico F2,29=6,39 [p<0,05]; Nkjeldahl F2,29=10,05 [p<0,05]).
Al comparar las tres pendientes para el C-inorgánico,
éstas resultaron ser significativamente diferentes entre sí
(Test de Schef fè: F2,29 =
163.7 [p<0.05]). De acuerdo
con Silva et al. (1998), estos
cambios de las pendientes pueden ser interpretados como el
resultado de la existencia de
zonas, donde el C-inorgánico de
cada muestra contribuye al total con una cantidad proporcionalmente distinta, producto de
la presencia de zonas con dife-
Proporción acumulada
Posteriormente, se procedió a efectuar el cálculo de la contribución individual de cada muestra respecto a la sumatoria total de ellas, para C-orgánico,
C-inorgánico, y N-kjeldahl. Sólo la suma acumulada
de las contribuciones individuales del C-inorgánico
Lo anterior confirma la separación “a priori” que
versus el número de orden, mostró claramente la
muestra la distribución del C-inorgánico (Fig. 3a),
existencia de tres tramos, donde la pendiente tuvo
por lo que en esta región de estudio habrían tres
sentido diferente (Fig. 5). Un tramo constituido por las estaciones
N-kjeldahl
C. orgánico
C. inorgánico
1.0
de la zona noroccidental, un segundo constituido por las estaciones de la zona central y un terce0.8
ro constituido por las estaciones
de la zona oriental. Estos cam0.6
bios de pendientes no fueron tan
evidentes para C-orgánico y N0.4
kjeldahl.
0.2
0.0
A)
0 10 20 30 40
Nº de orden
Fig. 5:
Fig. 5:
B)
0 10 20 30 40
Nº de orden
C)
0 10 20 30 40
Nº de orden
Proporción acumulada v/s número de orden en los sedimentos superficiales de la zona del estrecho de Magallanes al cabo de Hornos:
A) C-inorgánico.
B) C-orgánico.
C) N-kjeldahl.
Cumulative proportion in sediments v/s rank order in Magellan Strait to
cape Horn zone:
A) Inorganic carbon.
B) Organic carbon.
C) Kjeldahl nitrogen.
98
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
zonas que pueden ser segregadas en función
de la presencia de sedimento rico en material
calcáreo. En el caso de C-orgánico y N-kjeldahl,
donde la separación visual no fue tan definida
como en el caso anterior, el análisis estadístico permitió establecer que dicha zonación también puede ser aplicable para estas variables.
Sin embargo, en este último caso, no es clara
la relación causa efecto con la información que
se dispone.
nificativa en las respectivas medianas. Esto es
producto de la similitud de los estadísticos de
tendencia central y de la alta variabilidad de la
información analizada, situación que no ocurre
de igual forma con la variable inorgánica.
Las diferencias y similitudes obser vadas
entre las zonas se deberían principalmente
a los distintos procesos, tanto físicos como
biogeoquímicos, que regulan la cantidad y
calidad del material que es producido en la
columna de agua, en el bentos o que entra
a los canales a través de los ríos o por la
acción de los glaciares y ventisqueros adyacentes.
Una vez establecida la agrupación de estaciones, se calcularon los diferentes estadísticos básicos de ellas (mediana, media, desviación
estándar, máximo y mínimo), para todas las variables involucradas en el estudio. (Tabla II).
DISCUSIÓN
La comparación estadística de las medianas
del C-inorgánico del sedimento de las tres zonas, mediante el Test de Kolmogoronov-Smirnov
(p<0,01), indicó que no hay diferencias significativas entre la zona occidental versus la oriental, pero sí las hay entre la zona occidental y
oriental versus la zona central, lo que es acorde con la segregación propuesta. Este test también indicó que no hay diferencias significativas entre el contenido de los componentes orgánicos entre las tres zonas segregadas previamente en base al C-inorgánico.
Factores que influyen en la segregación horizontal
En los ambientes costeros, la alta productividad biológica en aguas super ficiales, las
descargas fluviales y la erosión del borde continental, representan las principales fuentes
de par tículas al sedimento (Wassmann, 1985;
Eisma, 1986). En aguas costeras, alrededor
de un 25 a 50% de su productividad primaria
super ficial logra depositarse en el fondo, después de sedimentar a través de la columna
de agua (Nixon, 1981; Jor gensen, 1982;
Bernal et al., 1989; Ahumada, 1991; Farías
et al., 1994). De aquí que la situación más
común sea que bajo zonas de alta producción
primaria, los sedimentos también suelan presentar altas concentraciones de compuestos
orgánicos.
Lo anterior implica que, si bien desde el punto de vista de la contribución del C-inorgánico,
es posible aceptar una segregación horizontal.
La contribución de los componentes orgánicos
al sedimento no es lo suficientemente intensa
y constante para producir una diferenciación sig-
Tabla II. Datos estadísticos de cada una de las variables químicas analizadas en el sedimento.
Table II. Descriptive statistics for each chemical sediment variable.
Variable
C-orgánico
C-inorgánico
N-kjeldahl
Zona occidental
Mediana
Media
D. Estándar
Máximo
Mínimo
0,29
5,02
0,06
0,40
4,12
0,07
0,43
2,16
0,08
1,15
6,30
0,22
0,09
1,62
0,01
Variable
C-orgánico
C-inorgánico
N-kjeldahl
5
5
5
Zona central
Mediana
Media
D. Estándar
Máximo
Mínimo
0,90
0,15
0,13
0,90
0,22
0,13
0,59
0,16
0,08
2,18
0,55
0,28
0,12
0,01
0,01
Variable
C-orgánico
C-inorgánico
N-kjeldahl
Observaciones
Observaciones
23
23
23
Zona oriental
Mediana
Media
D. Estándar
Máximo
Mínimo
0,24
6,01
0,06
0,29
5,98
0,06
0,15
3,17
0,03
0,63
10,36
0,12
0,20
0,78
0,04
Observaciones
7
7
7
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
Debido a la escasez de información oceanográfica disponible para la zona de estudio, no es
posible estimar el aporte promedio anual de materia orgánica particulada a los sedimentos por
par te de la producción planctónica, ríos o
escurrimiento costero. Sin embargo, sobre la base
de la información climatológica, mor fológica, hidrográfica y oceanográfica disponible es posible
inferir, a grandes rasgos, los principales procesos que están influyendo en la presencia de las
zonas de alta y baja concentración observadas
en las variables químicas de los sedimentos de
la región.
Respecto a la climatología, Balduzzi (1991) dividió la zona del estrecho de Magallanes en dos
áreas, una occidental y otra oriental. El área occidental es dominada por remanentes de la cordillera de los Andes con altitudes que en algunos
casos exceden los 2.000 metros, siendo la topografía muy variable, debido a la presencia de numerosos canales y fiordos. Esta área se caracteriza por un clima severo en términos de lluvia y
temperatura, con fuertes vientos del oeste durante el verano, los que transportan gran cantidad
de humedad desde el Pacífico, para luego descargarla en la cordillera de los Andes. El rango de
precipitación promedio anual en esta área fluctúa
entre 2.000 y 5.000 mm (Ministerio de Obras
Públicas - Dirección General de Aguas, 1987).
Podría pensarse que la influencia de estas características climáticas afectaría la calidad del sedimento. Sin embargo, Brambati et al. (1991) señalan que a pesar de la intensa precipitación parece que no hay mucha depositación de material
terrígeno en las cuencas, probablemente debido
al relativamente bajo desarrollo de la red hidrográfica y las bajas temperaturas, las cuales transforman el agua meteórica en hielo, por lo cual
éstas no serían un factor relevante en cuanto al
aporte y distribución de componentes orgánicos
en la zona.
En el ár ea oriental, las condiciones
climáticas son muy diferentes de las de la zona
occidental, en par ticular con respecto a las lluvias, las cuales en esta región están distribuidas de acuerdo con un gradiente este-oeste,
variando desde aproximadamente los 250 a 700
mm por año (Ministerio de Obras Públicas - Dirección General de Aguas, 1987). Los vientos,
que son frecuentes, tienen una dirección prevaleciente hacia el este, siendo secos e intensos, alcanzando a veces velocidades máximas
sobre los 140 Km/h. Bajo estas condiciones,
el viento actúa como considerable agente
erosionador y depositador, removiendo material detrítico, transpor tándolo y depositándolo
99
en la zonas más bajas y en el mar (Balduzzi,
1991).
En relación a la morfología de los canales y
fiordos, la zona presenta una serie de cuencas
profundas (i.e. 500 – 1.100 m), separadas ya sea
por canales o bien por umbrales someros (i.e. 50
– 100 m) (Panella et al., 1991), que hacen que
dichas cuencas actúen como trampas de sedimento, donde el material más fino tiende a acumularse en el fondo.
Respecto a los aspectos hidrológicos, las
mareas son la característica hidrológica más
impor tante de la zona (Medeiros & Kjer fve,
1988, fide Panella et al., 1991). Según estos
autores, la cuenca oriental del estrecho de Magallanes presenta un régimen de mareas
semidiurno con una gran amplitud, la que en
promedio alcanza a 7,1 m, pudiendo llegar
hasta los 9 m en sicigia. Las cuencas centrales y occidentales presentan mareas de tipo mixtas y semidiurnas con un amplitud mucho menor, la que en promedio alcanza a 1,1 m con
un máximo de 1,2 m en sicigia. Esta gran amplitud de las mareas y la compleja mor fología
de los canales, generan corrientes de marea
muy fuer tes, especialmente en la zona oriental del estrecho, donde pueden alcanzar velocidades entre 3 a 4,5 m/s en la Primera y Segunda Angosturas respectivamente.
Las intensas corrientes de marea en el
sector oriental pr ovocan la erosión y
resuspensión de los sedimentos inorgánicos
más finos, los cuales son subsecuentemente
transpor tados a la cuenca central, donde, producto de una abrupta disminución de la corriente de marea debido al mayor ancho de la
cuenca, se sedimentan, depositándose en su
zona profunda. Debido a lo anterior, en las
zonas someras, como la cuenca oriental del
estrecho de Magallanes, alrededor del umbral
de la isla Carlos III, o en el umbral del Pacífico, se presentan, en general, sólo gravas careciendo de sedimentos finos, los que se presentan preferentemente en zonas profundas
(Brambati et al., 1991), situación que también puede ser apreciada en general en la distribución de las fracciones preponderantes de
la granulometría del sedimento de la zona de
estudio (Fig. 2a).
El análisis de la distribución de gravas, arenas o limos-arcillas v/s el C-inogánico o el Corgánico, no muestra un patrón de distribución que explique la segregación antes indicada (Fig. 6). La única tendencia general que
100
100
100
80
80
Arenas (%)
Gravas (%)
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
60
40
20
0
60
40
20
0
0
2500 5000 7500 10000
0
C– inorgánico (µg-at C/g)
100
100
80
80
60
60
Gravas (%)
Limos y Arcillas (%)
C–inorgánico (µg-at C/g)
40
20
40
20
0
0
0
0
2500 5000 7500 10000
500
1000 1500 2000
C– orgánico (µg-at C/g)
C– inorgánico (µg-at C/g)
100
Limos y Arcillas (%)
100
80
Arenas (%)
2500 5000 7500 10000
60
40
20
0
80
60
40
20
0
0
500
1000 1500 2000
C– orgánico (µg-at C/g)
0
500
1000 1500 2000
C– orgánico (µg-at C/g)
Fig. 6: Dispersión de C-inorgánico y C-orgánico v/s las fracciones granulométricas principales, gravas, arenas y limosarcillas.
Fig. 6: Dispersion of C-organic and C-organic v/s main grain size fractions, granules, sands and silt-clay.
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
se aprecia en los gráficos de dispersión, es
un aumento de las concentraciones de C-orgánico asociadas a un aumento de la par ticipación de las fracciones más finas en la composición del sedimento (Fig. 6).
Desde el punto de vista oceanográfico, la zona
de estudio corresponde básicamente a un sistema estuarino y se puede agrupar en dos áreas:
Un área sur occidental, que incluye el borde desmembrado y montañoso del área de estudio, la
cual se conecta al Pacífico por una serie de canales y otra área central - nororiental, que incluye la zona interior y su conexión al Atlántico a
través del estrecho de Magallanes (Panella et
al., 1991).
El área sur occidental se caracteriza por
salinidades super ficiales relativamente bajas
(27 - 31 psu, fide Panella et al., 1991), debido
a la alta pluviosidad de la zona, a la presencia
de ríos con caudales medianos (i.e. San Juan
18,9 m3/s; fide Ministerio de Obras Públicas,
Dirección General de Aguas, 1987) y al aporte
de agua dulce de los glaciares y ventisqueros,
asociados a remanentes de la última glaciación,
dentro de los cuales se destacan los asociados a la cordillera de Dar win. Datos no publicados de salinidad del crucero Cimar-Fiordo 3,
muestran en los senos Almirantazgo y Agostini
salinidades super ficiales menores a 10 psu,
producto del apor te de agua dulce provenientes de los glaciares adyacentes de la cordillera
de Dar win. Por otra par te, producto de la gran
cantidad de canales conectados al océano Pacífico, esta zona sur occidental recibe una activa influencia oceánica, desde donde ingresan
aguas oceánicas más saladas hacia el interior
de ésta (Panella et al., 1991).
El área interior y nororiental incluye terrenos
más bajos, propios de la llanura patagónica
(Brambati y Colantoni, 1991), por lo que la influencia de glaciares, ventisqueros, lluvias y ríos
(i.e. Óscar 2,0 m3/s; Oro 3,0 m3/s; Side 2,3 m3/s;
fide Ministerio de Obras Públicas, Dirección General de Aguas, 1987), es más reducida que la
zona occidental, lo que se traduce en salinidades
comparativamente más altas (31 - 32,5 psu, fide
Panella et al., 1991). El aporte de agua oceánica
desde el Pacífico es a través de la zona sur occidental y desde el Atlántico a través de la boca
oriental del estrecho de Magallanes.
La presencia de agua superficial dulce y fría
provenientes de los glaciares o ventisqueros hacia las cabezas de los fiordos, junto con el material fino en suspensión (“silt”) generado por és-
101
tos, afecta la producción fitoplanctónica del área
creando condiciones adversas para el crecimiento del plancton. Silva et al. (2001) observaron
que para la zona central de los canales chilenos
(Golfo de Penas al estrecho Magallanes), la zona
occidental de éstos, con mayor efecto oceánico,
presentaba mayor cantidad de compuestos orgánicos en el sedimento que la zona oriental, con
mayor efecto de glaciares y ventisqueros. Estos
autores atribuyeron esta distribución a condiciones oceánicas menos extremas del borde occidental, con menores rangos de temperatura y
salinidad, menor estabilidad en la columna de
agua, menor aporte de “silt” y mayor contenido
de nutrientes desde el océano, lo cual favorecería la producción primaria respecto de la zona
oriental donde se encuentra el efecto de los glaciares de campo de Hielos Norte y Sur.
La información de biomasa fitoplantónica para
la zona de este estudio proviene principalmente
de Panella et al. (1991), quienes indican que en
el sector oriental y central del estrecho es donde
existe comparativamente una mayor cantidad de
clorofila “a” respecto a la cuenca occidental. Esta
diferenciación la explican tentativamente en función de una mayor homogeneidad vertical de la
columna de agua de las cuencas central y oriental, lo que favorece el desarrollo del plancton. En
el caso de la cuenca occidental, la formación en
el sector oeste de una estructura de dos capas
estables, consistente en una capa superficial de
aguas más frías y diluidas con agua dulce de origen continental y una capa subsuperficial de aguas
más cálidas y más salinas de origen oceánico
(subantártico). Probablemente los bajos niveles
de nutrientes de las aguas continentales y de
deshielos que fluyen en la capa super ficial, junto
con una marcada estratificación, ayudan al desarrollo de condiciones oligotróficas de la capa super ficial, lo que favorece una modesta producción planctónica, en esta región del estrecho.
Con relación a este punto, Cabrini & Umani
(1991), Umani & Monti (1991) y Uribe, 1991 señalan en términos de biomasa fitoplantónica, que
la subcuenca oriental se caracteriza por altos valores de biomasa en todas las profundidades estudiadas, especies bentónicas y altos porcentajes de tintínidos, en tanto que la subcuenca central, se caracteriza por valores más bajos en
nanoplancton respecto que el primero y por una
preponderante población de diatomeas, pero un
número inferior y baja diversidad. Aun cuando la
biomasa sea mayor en superficie, en las profundidades intermedias y profundas los valores de
abundancia son bajos. Por último, la cuenca occidental se caracteriza por una biomasa pobre y
102
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
una homogénea composición de poblaciones de
fitoplancton, es decir, presenta baja concentración y baja diversidad en la columna de agua.
En cuanto a la explicación de las altas concentraciones del C-inorgánico de las muestras de
la zona noroccidental (estrecho de Magallanes) y
sur oriental (canal Beagle y bahía Nassau), se explica en base al alto contenido de conchas que
tenían las muestras. En varias muestras, estas
concentraciones superaron a las de carbono orgánico y el 48% de ellas fueron superiores al 5%
de C-inorgánico, llegando incluso a concentraciones del orden del 10%.
Brambati et al. (1991) también encontraron
valores de C-inorgánico altos en los sedimentos
de la zona noroccidental del estrecho de Magallanes, con una concentración máxima del orden de
5%. Estos mayores valores de C-inorgánico fueron explicados por dichos autores por la presencia de calcita contenida en fragmentos de conchas de Lamellibranchia, Gastropoda, Brachiopoda y Foraminífera. Es posible que esta situación también sea similar en la zona del canal
Beagle y bahía Nassau. Estos autores también
señalan que la presencia de este compuesto, varía
de cuenca a cuenca tendiendo a incrementar progresivamente y marcadamente en aquellas muestras tomadas en la sección del Pacífico, en donde
en ellas se encuentra un alto contenido de carbonatos y en particular de Mg-calcita, los cuales
serían de origen biogénico.
Silva et al. (2001) observaron una situación
similar para los canales Ladrillero, Picton, Trinidad, Concepción y Smith, en canales oceánicos
al norte del estrecho de Magallanes, donde el Cinorgánico de varias muestras superaron al C-orgánico llegando incluso a concentraciones superiores a 6%. Estos autores explicaron esta situación sobre la base de la gran cantidad de material calcáreo presente en los sedimentos en estos canales con conexión directa al océano.
En el caso de la zona norte (Cimar-Fiordo 1),
Silva et al. (1998) no encontraron valores de Cinorgánico altos, ya que, en general, fueron bajos
(media 0,32%, máximo 1,19%) y sin un patrón
definido de distribución en el área. Dichas concentraciones son mucho menores que las encontradas en la zona occidental de esta zona central
de los canales chilenos.
Relación estequiométrica C:N del sedimento
El fitoplancton es el productor primario más
abundante en el océano y por lo tanto es la fuen-
te generadora de materia orgánica dominante en
el medio marino, por lo que su composición química será determinante en la proporcionalidad en
que se encuentren el carbono y nitrógeno, tanto
de la columna de agua como del sedimento.
Redfield et al. (1963) determinaron una proporción C:N promedio igual a 6,63 para el fitoplancton
marino, siendo ésta diferente a la de las plantas
superiores terrestres, las cuales presentan valores mucho mayores (98 de acuerdo con Deevy,
1973; 126 de acuerdo con Delwiche & Likens,
1977). Por lo tanto, el conocimiento de la razón
C:N en los sedimentos puede ser usado, en una
primera instancia, para inferir el origen y la del
estado de degradación de la materia orgánica,
aun cuando la interpretación de sus variaciones
pueda ser a menudo complicada.
Basado en lo anterior, se puede asumir que si
la razón C:N en los sedimentos es igual o cercana a 6,63, ésta provendría mayoritariamente del
plancton marino residente. Muestras de sedimento super ficial con razones C:N mayores a 6,63
podrían explicarse, por la presencia de cantidades variables de material terrígeno o edáfico más
pobre en nitrógeno orgánico (Naiman & Sedell,
1979; Deevy, 1973; Delwiche & Likens, 1977).
Sin embargo, es impor tante tener también
en cuenta que es conocido que en la medida
que el sedimento marino envejece se presenta
un aumento de la relación C:N, la que puede
superar a 10, producto de que un mayor tiempo
de permanencia aumenta la mineralización, provocando una disminución del nitrógeno orgánico (Price, 1976; Jorgensen, 1996a). Lo anterior se debe a que al descomponerse la materia
orgánica, el nitrógeno orgánico del sedimento
se transforma en especies que se difunden hacia el agua suprayacente o que no son medidas
por el método Kjeldahl, lo que provoca el aumento en dicha relación. Tal es el caso de los
sedimentos de bahía Concepción, donde Farías
et al. (1996) obtuvieron relaciones C:N entre
11 y 12 para los sedimentos super ficiales
anóxicos de esa bahía.
La desviación respecto a Redfield del valor de
la relación C:N (8,18 v/s 6,63), observada en los
sedimentos de la zona de estudio (Fig. 4), puede
ser explicada, ya sea por el aporte de material
edáfico y/o terrígeno arrastrado por los ríos o
escurrimiento costero, que se sumaría al sedimento de origen marino, el cual sería preponderante. También podría ser explicado por la presencia de sedimento de origen marino que ha
sufrido algún grado de descomposición de la
materia orgánica.
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
Los dos procesos indicados anteriormente
implican un aumento de la relación C:N. Sin
embargo, con la información obtenida en Cimar-Fiordo 3, no es posible afirmar si sólo
ocurre uno de ellos o si los dos ocurren en
conjunto. La dificultad de definir taxativamente
cual es predominante se debe a que, por una
par te, la presencia de material edáfico junto
con material marino es algo de esperar en el
sedimento de la zona de los canales, ya que
en ella la mayoría de las islas que la componen están cubier tas por tupidos bosques nativos, los cuales liberan material orgánico rico
en carbono, el que eventualmente puede llegar hasta el lecho de los canales y fiordos.
Por otra par te, la muestra de sedimentos que
se tomó para los análisis químicos tenía unos
tres centímetros de espesor, por lo que ella
podría involucrar material marino antiguo, con
algún grado de descomposición de su materia orgánica. Sin embargo, al no disponerse
de datación para estas muestras, sólo es
posible obtener una apreciación subjetiva de
la edad de ellas en base a datos obtenidos
en otros fiordos chilenos de más al nor te.
Salamanca (1996) fechó testigos de sedimentos del seno Aysén y del estero Cupquelán,
obteniendo para los primeros 4 cm, 7 y 14
años de edad, respectivamente.
Un análisis más exhaustivo de la dispersión
de los datos de C-orgánico y N-kjeldahl y su asociación con la segregación horizontal de ellos,
en conjunto con el análisis de distribución de
las concentraciones de C-inorgánico de muestras de sedimentos de la zona central de los
canales australes chilenos (Crucero Cimar-Fiordo 2), permitieron a Silva et al. (2001) obtener
información adicional sobre factores que afectaban a la estequiometría de la razón C:N. Estos autores dividieron dicha zona en dos, una
oriental (asociada a los fiordos y los campos de
hielo nor te y sur), con bajos contenidos de Corgánico y N- kjeldahl y otra occidental (asociada a canales cercanos al borde oceánico), con
altos valores de C-orgánico y N- kjeldahl. Observaron también, que algunas estaciones de la
zona occidental mostraban concentraciones de
C-inorgánico muy altas (i.e. 4,9 a 6,8%), las
cuales en ocasiones superaban al C-orgánico
producto de un gran contenido de conchas
calcáreas.
Silva et al. (2001) encontraron que el análisis conjunto del sedimento de todas las estaciones muestreadas en la zona, presentaba una razón C:N de 6,26 con un R 2 de 0,94,
lo que era muy cercano al valor teórico de
103
Redfield. Sin embargo, al efectuar un análisis por separado de las estaciones en base
a la segregación occidente-oriente y a su contenido de C-inorgánico, las estaciones con
alto C-inorgánico (i.e. >4,5%), presentaron
una estequiometría C:N distinta de las estaciones con bajo C-inorgánico (i.e. <4,5%).
Ellos determinaron que las estaciones asociadas a bajos contenidos de C-inorgánico
presentaban una razón C:N de 7,37 (R 2 =
0,98), mientras que las estaciones con altos contenidos de C-inorgánico presentaron
una razón C:N de 5,4 (R 2 = 0,99), razones
que resultaron ser estadísticamente diferentes. Lo anterior fue interpretado como producto de distintas características químicas
de los generadores del sedimento, lo que
afectaba a las proporciones C:N asociadas.
El grupo de estaciones de bajo contenido de
C-inorgánico presentó un sedimento con una
relación C:N más alta que Redfield, producto de material marino (planctónico) con aportes de material terrígeno y/o edáfico, aunque también podría haber material marino antiguo con algún grado de mineralización.
La situación en la zona del presente estudio,
es, en parte, similar a la de Cimar-Fiordo 2, con
una zona occidental donde se presentan estaciones con concentraciones de C-inorgánico muy alto
(i.e. 5 a 10%), superando largamente a las concentraciones de C-orgánico y otra zona centraloriental, donde las concentraciones de las variables inorgánicas son mucho más bajas (Tabla II)
(Fig. 3a).
Si se realiza el mismo procedimiento de
Silva et al. (2001), es decir, si se efectúa un
nuevo análisis de regresión para la relación
C:N sólo de las estaciones con bajo C-inorgánico y otro separado sólo para las estaciones con alto C-inorgánico (Tabla II), se puede obser var que las muestras de ambos cruceros presentan un compor tamiento similar.
Las estaciones con bajo contenido de C-inorgánico presentaron una razón C:N de 8,15
(R 2 = 0,95) (Fig. 7a), mientras que las estaciones con altos contenidos de C-inorgánico
presentaron una razón C:N de 5,99 (R 2 =
0,97) (Fig. 7b). Al comparar estadísticamente
las pendientes, ellas resultaron ser diferentes (Test de Schef fè : F 2,31 = 6,13 [p<0,05]),
lo que implica que estos sedimentos tienen
distinta razón C:N.
Si se trata los datos C-orgánico y N-kjeldahl
de la zona de alto contenido de C-inorgánico
por separado, ellos dan como resultado propor-
104
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2000
49
1500
1000
500
0
2500
Y = 8.1538 * X + 3.98062
R^2 = 0.951315
C-orgánico (µg-átC/g)
C-orgánico (µg-átC/g)
2500
24
55
46
57
20 16
8
26 40
50
37
6
53 29
51 56
54
5
39
A) bajo
38
47 2
0
100
CI
2000
1500
300
13
1000
500
0
200
Y = 5.99742 * X + -8.23792
R^2 = 0.9683
400
32 12 41
9
18
42
45
44
10
15 33
0
100
C-orgánico (µg-átC/g)
C-orgánico (µg-átC/g)
2500
Y = 5.74174 * X + -14.0302
R^2 = 0.870329
2000
1500
1000
500
0
41
32
18 4244
45 33
0
C) alto CI
100
200
300
200
300
400
N-kjeldahl (µg-átN/g)
N-kjeldahl (µg-átN/g)
2500
B) alto CI
400
N-kjeldahl (µátN/g)
Y = 5.96778 * X + 17.3495
R^2 = 0.994435
2000
1500
13
1000
500
0
12
10 9
15
0
D) alto CI
100
200
300
400
N-kjeldahl (µátN/g)
Fig. 7a: Regresión lineal entre las variables C-orgánico y N-kjeldahl para las estaciones de la zona central, con bajo Cinorgánico.
Fig. 7a: Linear regression for C-organic against d N-kjeldahl for the central zone stations, with low C-inorganic.
Fig. 7b: Regresión lineal entre las variables C-orgánico y N-kjeldahl, para todas las estaciones de la zona noroccidental
y sur oriental, con alto C-inorgánico.
Fig. 7b: Linear regression of C-organic against N-kjeldahl, for all the nor th-western and south- eastern zone stations,
with high C-inorganic.
Fig. 7c: Regresión lineal entre las variables C-orgánico y N-kjeldahl, sólo para las estaciones de la zona noroccidental,
de alto contenido de C-inorgánico.
Fig. 7c: Linear regression of C-organic against N-kjeldahl, only for the north-western zone stations, with high C-inorganic.
Fig. 7d: Regresión lineal entre las variables C-orgánico y N-kjeldahl, sólo para las estaciones de la zona sur oriental
occidental, con alto contenido de C-inorgánico.
Fig. 7d: Linear regression of C-organic against N-kjeldahl, only for the south-eastern zone stations, with high C-inorganic.
ciones C:N similares para la zona noroccidental
(C:N = 5,74; R2 = 0,87) y sur oriental (C:N = 5,96;
R2 = 0,99) (Figs. 7c y 7d). De acuerdo con los resultados del Test de Scheffè (F2,8 (OBS) = 1,36
[p>0,05]), estos sedimentos tienen una razón C:N
estadísticamente igual.
Al igual que para el caso de Cimar-Fiordo 2,
esto puede ser interpretado como el resultado
de la presencia de sedimentos con un contenido
de C-orgánico y N-kjeldahl en distintas proporciones, producto de las fuentes del sedimento, de
las características químicas propias del tipo de
Distribución y Estequiometría C:N en sedimentos superficiales
organismos involucrados en su generación y por
lo tanto de su contribución de compuestos químicos al sedimento. De aquí que se puede inferir que el grupo de estaciones de bajo contenido
de C-inorgánico con una relación C:N más alta
que Redfield, sería producto de la presencia de
material marino (planctónico) con apor tes de
material terrígeno y/o edáfico, aunque también
podría haber material marino antiguo con algún
grado de mineralización. Mientras que el sedimento de alto contenido de C-inorgánico, tiene
una relación C:N un poco más baja que Redfield.
Lo anterior podría ser producto de la presencia
de sedimento marino con un mayor apor te de
restos de organismos más ricos en nitrógeno.
Es impor tante hacer notar que estas muestras
corresponden a zonas con sedimentos ricos en
conchas calcáreas, los que según Brambati et
al. (1991) corresponden principalmente a Lamelibranquios, Gastrópodos, Brachiopodos y
Foraminíferos.
Es posible pensar que esta situación es una
característica distintiva del sedimento de los canales con mayor influencia del océano (canales
“oceánicos”), propios del borde exterior de la
zona insular austral, al menos desde el golfo de
Penas al sur. Esta suposición se basa en que en
el Cimar-Fiordo 2, las estaciones con sedimentos con relación C:N más baja que Redfield se
presentaron en los canales Ladrilleros, Picton,
Trinidad, Concepción y Smith, que corresponden
a canales “oceánicos”. De igual manera, en Cimar-Fiordo 3, las estaciones con bajas razones
C:N se presentaron en el extremo occidental del
estrecho de Magallanes, en bahía Nassau y extremo oriental del canal Beagle.
La aparente falta de continuidad de esta franja
exterior de baja relación C:N, entre el estrecho y
bahía Nassau, no se debería a un comportamiento diferente de los canales “oceánicos” de esa
zona, sino más bien a que no se dispuso de muestras de sedimentos de ella. Esta hipótesis de
una franja occidental externa con sedimentos de
baja relación C:N, que se extiende entre el golfo
de Penas y el cabo de Hornos, deberá ser probada en otra oportunidad. Es necesario aumentar
la información sobre C y N de los sedimentos
de los canales “oceánicos” entre la isla Desolación y la península Hardy en la isla Hoste.
CONSIDERACIONES FINALES
1.- En base a la distribución horizontal de la
concentración de carbono inorgánico de los
sedimentos super ficiales de la zona de
105
fiordos y canales, comprendida entre el
estrecho de Magallanes y cabo de Hornos
(52o 19’ S - 55 o 58’ S), se puede dividir
principalmente en tres áreas, dos con alto
contenido de carbono inorgánico ubicadas
en los extremos noroccidental y sur oriental y otra con baja concentración de carbono inorgánico ubicada en la zona central y
nororiental del área de estudio. Estas zonas están directamente relacionadas con
la mayor o menor cantidad de material
calcáreo biogénico de la muestra y que de
acuerdo con Brambati et al. (1991) corresponden principalmente a Lamelibranquios,
Gastrópodos, Brachiopodos y Foraminíferos.
2.- La segregación del área de estudio indicada
por el carbono inorgánico, también puede ser
aplicable a la distribución de los compuestos
orgánicos (carbono orgánico y nitrógeno
Kjeldahl). Sin embargo, esta segregación en
las variables orgánicas no es tan definida como
ocurre en el caso del carbono inorgánico, pero
es estadísticamente válida, aunque la relación
causa efecto no sea clara con la información
que se dispone.
3.- La distribución de las principales fracciones
de la granulometría (gravas, arenas y limo-arcilla) no explica la segregación observada por
el C-inorgánico. Sólo se observó una tendencia a aumentar el contenido de C-orgánico, en
la medida que aumenta la participación de las
fracciones más finas en el sedimento.
4.- La razón C:N para los sedimentos superficiales de la zona, para muestras con bajo contenido de C-inorgánico, fue de 8,15, lo cual es un
tanto más alta que el valor promedio clásico
de Redfield (6,63). Esto permite inferir que el
origen del material orgánico del sedimento superficial es principalmente planctónico marino,
con aportes de material edáfico y terrígeno de
un mayor contenido de carbón. También es posible suponer que las muestras hayan estado
afectadas por descomposición anaeróbica del
sedimento, lo cual produciría una disminución
de nitrógeno orgánico de ellas. Ambos procesos producirían, por sí solos o en conjunto, el
aumento observado en la relación C:N.
5.- La razón C:N para los sedimentos super ficiales de la zona, para muestras con alto
contenido de C-inorgánico, fue de 5,99, lo
cual es un poco más baja que el valor promedio clásico de Redfield (6,63). Esto permite inferir que el origen del material orgánico del sedimento super ficial también es
106
Revista Ciencia y Tecnología del Mar, Vol. 25 (1) - 2002
principalmente marino. Sin embargo, el alto
contenido de conchas calcáreas presentes
en el sedimento super ficial, implica un aporte de material orgánico con características
químicas par ticulares, lo que da como resultado este menor valor de la razón C:N.
AGRADECIMIENTOS
Los autores desean agradecer:
Al Ministerio de Hacienda, Servicio Hidrográfico y Oceanográfico de la Armada de Chile (SHOA)
y Comité Oceanográfico Nacional (CONA), por el
financiamiento parcial del presente estudio. Al
proyecto FONDEF 2-41 (CERIO), por el aporte de
instrumental utilizado en los análisis químicos. Al
comandante del AGOR “Vidal Gormáz”, CF. Sr.
Rodolfo Storaker, sus oficiales y tripulación.
Al señor Claudio Pérez R. por su esmerado
trabajo a bordo en la toma de las muestras. Al
químico, señorita María Angélica Varas S. por su
dedicada cooperación en los análisis de las muestras de sedimento y al Profesor José Iván Sepúlveda
por su apoyo en los análisis estadísticos. A un revisor anónimo, cuyas sugerencias fueron un gran
aporte en la preparación final de este trabajo.
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