5 DINÁMICA DE LAS AGUAS COSTERAS DE ISLA DE PASCUA

Cienc. Tecnol. Mar, 33 (2): 5-16, 2010
Aguas costeras de isla de Pascua
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DINÁMICA DE LAS AGUAS COSTERAS DE ISLA DE PASCUA*
DYNAMICS OF COASTAL WATERS OF EASTER ISLAND
JULIO MORAGA O.
PABLO LAGOS S.
WILDO ARGANDOÑA C.
Departamento de Biología Marina,
Facultad de Ciencias del Mar,
Universidad Católica del Norte.
Casilla 117 Coquimbo, Chile.
E-mail: [email protected]
Recepción: enero de 2003 – Versión corregida aceptada: junio de 2010.
RESUMEN
En la primera quincena de noviembre de 1999, se realizaron estudios oceanográficos en las
proximidades de isla de Pascua, como parte del Crucero CIMAR 5 - Islas Oceánicas organizado por el
Comité Oceanográfico Nacional (CONA). Se efectuaron estaciones hidrográficas con CTD, incluyendo
estaciones repetidas día y noche alrededor de la isla y cortes hasta 20 millas de la costa. Se instalaron
dos correntómetros y una cadena de termistores en 100 m de profundidad en el lado sur de la isla.
Los cambios térmicos registrados en las series de tiempo muestran el calentamiento diario,
estacional y el inicio de estratificación en los primeros metros de la columna de agua; valores medios
de corrientes de 6,2 cm/s con diferente dirección en 5 y 30 m de profundidad confirman la formación
de dos capas. Se observa la presencia de una fuerte termoclina, haloclina y picnoclina entre 150 y 450
m. La aparición de aguas de menor salinidad en niveles superficiales se considera un indicador de una
posible surgencia en el lado este de la isla. Se identifican tres masas de agua: Agua Central del Pacífico
Sur, Intermedia Antártica y Profunda del Pacífico.
Los flujos geostróficos se dirigen al noreste a distancias mayores a 15 km de la isla, en el límite
de la Contra Corriente Subtropical, los que coinciden con lo detectado por altimetría, y en dirección
contraria en las cercanías de la isla.
Palabras clave: Isla de Pascua, corrientes costeras, masas de agua, geostrofía.
ABSTRACT
In the first fortnight of November 1999, oceanographic studies in the proximities of Easter Island
were made, as a goal of the Crucero CIMAR 5 - Islas Oceánicas organized by the National Oceanographic Committee (CONA). Hydrographic stations with CTD casts, including repeated stations day and
night around the island and sections up to 20 miles of the coast were performed. Two currentmeters
and one thermistor chain at 100 m depth on the Southern side of the island were moored. The thermal
* Proyecto CONA-C5I 99-10.
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changes in the time series show the daily and seasonal heating, and the beginning of stratification in
the first meters of the water column; mean currents of 6.2 cm·seg–1 with different directions at 5 and
30 m depth confirm the formation of two layers. It is observed the presence of a strong thermocline,
halocline and pycnocline between 150 and 450 m. Lower salinity at surface levels is considered a sign
of a possible upwelling in the east side of the island. Three water masses were identified: South Pacific
Central Water, Antarctic Intermediate Water and Deep Pacific Water, this last one partially observed
because of limits of sampling depth. The geostrophic flows were to the northeast at 15 km of the island,
as the oriental limit of the Subtropical Counter Current, in agreement with those detected by altimetry,
and to the opposite direction on the proximity of the island.
Key words: Easter Island, coastal current, water masses, geostrophy.
INTRODUCCIÓN
Isla de Pascua (27º 10’S; 109º 20’ W), se
encuentra ubicada a unos 3.750 km de distancia de Chile continental frente a Caldera, en la
porción oriental central del Pacífico Sur. Es
una isla de origen volcánico ubicada en el límite de la Placa Pacífica y de Nazca, formando
el límite oriental de una serie de elevaciones
submarinas. La lejanía de isla de Pascua hace
que cualquier tipo de estudio, en especial de las
ciencias del mar, se torne muy costoso, determinando de esta manera un bajo conocimiento
en esas áreas.
El Comité Oceanográfico Nacional (CONA)
dependiente de la Armada de Chile consciente
de esta situación realizó el Crucero de investigación CIMAR 5 - Islas Oceánicas, con el objeto
de conocer las condiciones oceanográficas alrededor de las islas de Pascua y Salas y Gómez.
Una revisión de antecedentes sobre los
estudios oceanográficos alrededor de isla de
Pascua es presentado por Moraga et al. (1999).
El Atlas Oceanográfico de Chile (1996) describe la variabilidad mensual de la temperatura
superficial del mar, señalando que en el mes
de octubre la temperatura media es de 20 ºC,
aumentando a 21,3 ºC en noviembre, con un
claro ciclo estacional.
En el sector de isla de Pascua la Masa de
Agua Subtropical encuentra sus máximas salinidades, con valores por sobre los 36 psu al
norte de la isla, y toda el agua que la rodea y
hasta los 300 m de profundidad es netamente
subtropical (Silva, 1992). Esta masa de agua es
observada en los primeros 50 m, por límite de
muestreo, en una capa homotermal y homosalina (Olivares & Moraga, 1993).
Por otra parte, Moraga et al. (1999) señalan
la posibilidad de que la isla cause una variación
en los flujos en las proximidades de la misma,
mostrando diferencias con la circulación geostrófica definida con los lances de CTD hasta
1.500 m estimada por los mismos autores y que
corresponde con los resultados obtenidos por
autores como Reid (1997) en función de datos
históricos y de la altimetría en fechas cercanas
al muestreo. Esta circulación costera afectada
por la topografía de la isla, inducida por el
sistema de vientos, presenta la posibilidad de
variaciones en escala de horas y días.
En este trabajo se presenta en primer lugar el
análisis de las series de tiempo de la temperatura y corrientes en 27º 11’ 58” S; 109º 23’ 10” W,
luego se analizan las variaciones térmicas y/o
salinas entre el día y la noche al sureste de isla
de Pascua y finalmente, se describen las masas
de agua presentes y la circulación geostrófica
alrededor de la isla.
MATERIALES Y MÉTODOS
Entre 1 y 3 de noviembre de 1999, a bordo
del buque oceanográfico de la Armada AGOR
“Vidal Gormaz”, se realizaron 10 estaciones de
lances de CTD alrededor de la isla repetidas de
día y de noche (Estaciones 33, 34, 39, 40, 41,
46, 47, 52, 53 y 54, Fig. 1). Para la repetición se
consideró que la estación sea realizada con luz
de día y sin luz, sin tomar en cuenta el intervalo
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de tiempo transcurrido. Las estaciones estuvieron a una distancia aproximada de 2 millas
de la costa y en profundidades que fluctuaron
entre los 140 y 560 m. Para ello se utilizó un
CTD Seabird Modelo SBE25 (el cual incluye
bomba y sensor de oxígeno), adosado a una
roseta oceanográfica. Para la localización de las
estaciones se utilizó un GPS Magellan X5000
perteneciente a la embarcación. La profundidad
fue obtenida a través de un ecógrafo perteneciente al buque. Los datos de CTD son procesados de acuerdo al software del instrumento
y corregidos según metodología estandarizada
propuesta por CENDOC-SHOA (2000).
de temperatura se utilizó un filtro Gauss - Lanczos de 35 h que elimina oscilaciones de alta
frecuencia (componentes de marea semidiurna,
diurna e inercial) dejando solamente las oscilaciones con períodos mayores de 35 horas. Los
datos de vientos corresponden a la estación
del Aeropuerto y son proporcionadas por la
Dirección Meteorológica de Chile y descritas
por Lagos (2002).
Además, se efectuaron cuatro secciones perpendiculares entre sí de cuatro estaciones cada
una alrededor de la isla con lances de CTD hasta
1.800 m de profundidad como máximo (Fig. 1).
Como nivel de referencia para el cálculo de
velocidades geostróficas se utilizó 1.000 m.
El análisis de las masas de agua se realizó empleando los diagramas T-S, siguiendo los límites
definidos por Silva & Konow (1975) y descritos
por Fuenzalida et al. (2007) para la sección
oceánica entre Caldera y la isla de Pascua. De
las secciones efectuadas, se eligen dos para su
descripción y de las estaciones, se presentan
aquellas que muestran diferencia entre el lance
diurno y nocturno. Las secciones y estaciones no
descritas son similares a las presentadas.
Los datos de corrientes presentaron magnitudes promedio muy similares (6,2 cm·seg–1 a
5 m y 8,2 cm·seg–1 a 30 m). Los vectores progresivos de corrientes mostraron a los 5 m una
dirección resultante hacia el sudeste (136º), la
que primero se dirige a la costa y posteriormente va alejándose de la isla, posiblemente
como respuesta al viento local del noroeste
(Fig. 2a y b). A los 30 m se obtuvo una dirección resultante hacia el noreste (31º) siguiendo
la dirección de las isóbatas. La diferencia en
dirección entre ambos flujos hace suponer la
presencia de dos capas.
Entre el 30 de octubre y el 11 de noviembre
de 1999, se instalaron en el sector sudoeste de
la isla (27º 11’ 58” S; 109º 23’ 10” W) dos correntómetros a 5 y 30 m de profundidad respectivamente, y una cadena de termistores marca
Aanderaa a una profundidad de 100 m con un
set de sensores equidistantes cada 10 m, estando el primero en superficie. Los intervalo de
registro de todos los equipos fueron 30 minutos. (Obs. El límite de registro de temperatura
de la cadena de termistores era 21,5 °C, razón
por la cual los termistores superficiales dejaron
de registrar cuando la temperatura superó ese
valor). El correntómetro instalado a 5 m fue un
Sensordata 6000 y a 30 m un Aanderaa RCM7,
equipados con sensor de temperatura (Fig. 1).
Los datos vectoriales de corrientes fueron
presentados como vectores progresivos para su
análisis. Para obtener los parámetros residuales
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Series de tiempo de corrientes y temperatura
Estas mediciones de corrientes de corto período son las primeras observaciones obtenidas
en aguas costeras de la isla. Los valores están
afectados por la ubicación, ya que es uno de los
pocos lugares donde existe una pequeña plataforma, protegida por la isla, y la profundidad
modifica los flujos.
Los datos de temperatura en la cadena de
termistores y correntómetros mostraron en este
corto período un incremento de la temperatura
y del gradiente vertical (Fig. 3a). La variación
de la capa superficial está en relación al aumento de la radiación solar propio de la primavera, tal como lo experimentó la temperatura
del aire del aeropuerto Mataveri (Lagos, 2002).
Es evidente en el registro de las temperaturas
sin filtrar la variación diaria con un incremento
del orden de 2 ºC a 5 m desde mediodía, y un
rango menor en los 30 m.
Las temperaturas registradas en los correntómetros (Fig. 3b) mostraron variaciones
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Fig. 1: Área de estudio. Posición de estaciones hidrográficas y del anclaje de correntómetros y cadena de
termistores.
Fig. 1: Study Area. Position of hydrographics stations and mooring of currentmeters and thermistor chain.
similares a las encontradas en la cadena de
termistores desde 21 ºC a 22,2 ºC a los 5 m,
y de 20,5 ºC a 21,2 ºC a los 30 m. El incremento de las temperaturas observadas a 5 m en
11 días corresponde con el rango de variación
mensual en los valores históricos mostrados por
el SHOA en el Atlas Oceanográfico de Chile
(1996) para los meses de octubre y noviembre,
aunque el valor inicial es un grado superior en
este registro. Se aprecia un incremento del gradiente entre las series, lo que puede explicarse
por la falta de mezcla debido a la presencia de
vientos del noreste, de la cual está protegida el
área de anclaje (Rutllant 2000) y debido a las
corrientes que presentaron diferente dirección.
Hidrografía de las estaciones costeras alrededor de la isla
Se eligieron las estaciones 34, 39 y 40 ubicadas al sureste de la isla por mostrar variaciones térmicas y/o salinas a intervalos del orden
de 14 horas (Figs. 4 y 5).
Cambios en el gradiente vertical de temperatura se observaron en la estación 34, pasan-
do de una capa de mezcla hasta un gradiente
mayor de 1,0 °C en 100 m para la noche. Sin
embargo la estación 40 presenta variaciones
bajo la capa de mezcla (Fig. 4).
Los cambios salinos (0,03 psu) se presentaron en la estación 39 a nivel de los 15
primeros metros, disminuyendo en la noche;
una situación similar se observó en la estación 40 con rango menor tanto en el cambio
salino como profundidad involucrada (Fig.
5). Al comparar los gráficos T-z y S-z para
la estación 40, podría interpretarse como
cambios asociados a onda interna (Fig. 4 y
5). El gradiente vertical de densidad de esta
estación mostró inestabilidad bajo la capa
de mezcla tanto en el día como en la noche
(figura no incluida). Es posible que haya procesos de doble difusión con la formación de
dedos de sal (Salt finger), debido a que aguas
cálidas y salinas se ubican sobre aguas frías
y menos salinas (Tsuchiya & Talley, 1998).
Los cambios de la salinidad observados en
la capa superficial no se pueden explicar por
aportes de agua dulce de la isla o lluvia. Una
Aguas costeras de isla de Pascua
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Fig. 2: a) Superior, diagrama de los vectores progresivos de corrientes a 5 y 30 m de profundidad (Escala
3,5 km). b) Diagrama de la variación de temperatura y velocidad de las corrientes a 5 m sin filtrar,
correntómetro SD (Sensor Data). c) Inferior, diagrama de temperatura y velocidad de las corrientes a
30 m, correntómetro RCM7 (Aanderaa).
Fig. 2: a) Top, progressive vector diagram of the currents at 5 and 30 m depth (scale 3.5 km). b) Middle,
temperature variations and vector velocity at 5 m depth without filter of the currentmeter SD (Sensor
Data). c) Low, temperature variations and vector velocity at 30 m depth without filter of the currentmeter RCM7 (Aanderaa).30 m depth, and temperature of currentmeter without filter.
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Fig. 3: Series de tiempo de temperatura registradas y filtrada a) cadena de termistores b) correntómetros.
Fig. 3: Time series of temperature registered and filtered by: a) thermistor chain b) currentmeters.
Cortes hidrográficos
En los cuatro cortes realizados se observó la
termoclina permanente entre los 150 m y 450 m de
profundidad, la cual presentó un gradiente térmico
vertical de 0,037 ºC·m–1. Un ejemplo de esto se
muestra en la figura 6a. Moraga (1999) encuentran en otoño la termoclina permanente entre
los 115 y 400 m con un gradiente térmico vertical de 0,04 ºC·m–1. El centro de la termoclina
se ubicó a 325 m concordando con lo descrito
con Wyrtki (1964) para esta zona.
En general los mayores valores de temperatura de la capa superficial se localizaron a
distancias por sobre 15 km desde la isla en los
sectores noreste y sudoeste de ésta, y los menores valores en sus cercanías.
Las secciones no mostraron una capa de
mezcla bien definida, no encontrándose aguas
homotermales como lo describieran Olivares &
Moraga (1993) y Moraga (1999). La falta de esta
capa de mezcla puede explicarse por la escasa
posible explicación sería la presencia de
surgencia en ese sector de la isla, puesto que
hay aguas de menor salinidad en los 70 m y
los vientos eran del norte durante los días
de muestreo. Por otra parte, el sector este de
la isla es donde se encontraron las mayores
concentraciones de zooplancteres (Mujica &
Espinoza, 2000).
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Fig. 4: Perfil vertical de temperatura a) estación 34 b) estación 40.
Fig. 4: Temperature profile a) station 34 b) station 40.
Fig. 5: Perfil vertical de salinidad a) estación 39 b) estación 40.
Fig. 5: Salinity profile a) station 39 b) station 40.
acción forzante del viento, ya que durante el
período de muestreo se observó una relajación
de los vientos, alcanzando solo magnitudes de
5 m·s–1. Durante este experimento, la capa de
mezcla existente en los meses fríos estaba desapareciendo y, por lo tanto, se estaba formando
la picnoclina estacional, lo que se puede observar en la distribución vertical de densidad, mostrando un suave gradiente en los primeros 150
m (Fig. 6c). Este proceso podría verse afectado
por la acción del viento fuerte, oleaje intenso,
agentes que no se observaron en este estudio.
yores valores a distancias por sobre los 15 km
desde la isla en los sectores noreste y sudoeste.
Se presentó una bien definida haloclina en los
cortes entre los 100 y 450 m. Bajo la haloclina
la salinidad decrece hasta un mínimo de 34,3
psu a 750 m aumentando posteriormente hasta
34,5 psu a 1.400 m.
La estructura salina presentó valores superficiales por sobre los 36 psu concordando con
Reid (1997) y Moraga (1999) (Fig. 6b). Al igual
que la distribución térmica se destacan los ma-
Masas de agua
La densidad potencial responde a la distribución térmica y salina. Se observó una picnoclina entre los 180 y 450 m (Fig. 6c), también
descrita por Moraga et al. (1999).
Se identificaron tres masas de agua entre
la superficie y los 1.800 m de profundidad
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Fig. 6: Distribución vertical de condiciones oceanográficas de sección este a) temperatura b) salinidad
c) densidad potencial.
Fig. 6: Vertical section of oceanographic conditions of East section a) temperature b) salinity c) potential
density.
Aguas costeras de isla de Pascua
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Fig. 7: Diagrama T-S en estaciones sección este.
Fig. 7: T-S diagram of stations East section.
Fig. 8: Topografía dinámica y circulación geostrófica de una porción del Pacífico Suroriental correspondiente al ciclo 262 (25 octubre al 4 de noviembre de 1999) del satélite TOPEX-POSEIDON.
Fig. 8: Dynamic topography and geostrophic circulation of a portion of the Southeastern Pacific corresponding
to cycle 262 (25 October to the 4 of November 1999) of satellite TOPEX-POSEIDON.
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Fig. 9: Patrón general de circulación geostrófica media de la capa 0-200 m alrededor de isla de Pascua
(1.000 m como nivel de referencia).
Fig. 9: General pattern of mean geostrophic circulation of the layer 0-200 m around Easter Island. (refered to
1000 m level of no motion).
(Fig. 7). Entre la superficie y 350 m aproximadamente se observó el Agua Central del
Pacífico Sur (SPCW), descrita por Pickard
& Emery (1982) y Moraga et al. (1999), la
cual se caracterizó por poseer altos valores
de temperatura (>18 ºC) y alta salinidad, la
que también ha sido descrita para esta zona
por Silva (1992), Moraga & Olivares (1996)
quienes la denominan Agua Subtropical. Esta
masa de agua es difícil de distinguir (Pickard
& Emery, 1982) y se caracteriza por presentar
además bajas concentraciones de nutrientes,
como lo describieron Olivares & Karl (2000).
Tsuchiya & Talley (1998) la describen como
Agua Tropical caracterizada por altos valores
de temperatura y salinidad y bajas concentraciones de nutrientes, ubicada latitudinalmente
entre los 10º S y 34º S. Fuenzalida et al. (2000)
describieron esta masa de agua entre isla de
Pascua y hasta los 82º W entre la superficie
y los 250 m, siendo reemplazada desde esa
longitud por la masa de agua Subantártica.
A profundidades medias (350-1.000 m)
se identificó el Agua Intermedia Antártica
(AIAA), asociada al mínimo salino registrado
de 34,3 psu, descrita anteriormente por Reid
(1973), Moraga et al. (1999) y por Mamayev
(1975) quien le asigna un origen antártico.
Esta agua presenta además un aumento en los
contenidos nutrientes, lo cual ha sido reportado
por Olivares & Karl (2000). Esta agua formaría
parte de una extensión del AIAA del giro subtropical. Tsuchiya & Talley (1998) sugieren que
una pequeña parte del AIAA del giro subtropical derivaría desde aguas del modo subantártico
formadas en la costa de la zona sur de Chile.
Bajo el mínimo salino comienza un leve
aumento en salinidad, lo que corresponde al
Agua Profunda del Pacífico (APP), caracterizada en este estudio por temperaturas de 1,5 ºC y
salinidades del orden de 34,6 psu. Es probable
que el núcleo se encuentre a mayores profundidades, lo cual no pudo ser verificado ya que
la profundidad máxima de muestreo fue de
1.800 m.
Circulación
Para tener una visión a gran escala de los
flujos geostróficos en el Pacífico Sur, se presen-
15
Aguas costeras de isla de Pascua
ta la topografía dinámica obtenida del satélite
TOPEX-POSEIDON para el ciclo 262 (Fig. 8).
En las proximidades de la isla de Pascua, se
observa un flujo predominante dirigido al
noreste como parte de un giro subtropical,
alejado del flujo al este centrado en los 40° S
correspondiente a la Corriente de Deriva del
Oeste. Se distingue la terminación oriental de
la contracorriente subtropical (CCST) (Qiu &
Chen, 2004) que fluye hacia el este, centrada
en 25º S entre 150º-110º W. Esta topografía
dinámica es diferente a la observada en mayo
de 1994 por Moraga et al. (1999), cuando
los flujos se dirigían al NNE en el sector de
la isla.
En la figura 9 se presentan los flujos estimados por geostrofía en la capa de 0 a 200
m promediados, pero teniendo como nivel
de referencia los 1.000 m. La isla de Pascua
aparece interrumpiendo el flujo noreste que
presenta la altimetría, provocando una separación de las corrientes (Corte de estaciones
49-50-51; y corte 55-57-58). Sin embargo
cerca de la isla en el sector norte y noreste se
estimaron flujos divergentes (estaciones 4849 y 42-43-44). Este comportamiento de los
flujos en la proximidad de la isla es similar
al observado en mayo 1994 por Moraga et
al. (1999), puesto que a mayor distancia de
10 km había flujos al noroeste, pero cerca de
la isla los flujos eran en dirección contraria.
Estos cambios pueden mostrar la influencia
de la isla en la circulación en una escala del
orden de los 10 km, y fuera de esa área, la
circulación es parte del giro subtropical del
Pacífico Sur.
Los vientos observados durante los días
de muestreo fueron del norte (Lagos, 2002),
situación que contrasta con los vientos de días
anteriores durante el transecto oceánico del
Crucero (Rutllant et al., 2000).
CONCLUSIONES
Las cortas series de tiempo mostraron un incremento de temperatura en la capa superficial,
propio de la primavera y variaciones diarias
del orden de 2 ºC en horas de la tarde. Los valores de corrientes (6-8 cm·seg–1), registrados
en el área sur, muy cerca de la costa, son los
primeros reportados para el área.
Variaciones térmicas y salinas entre el día y
la noche plantean la hipótesis de una posible
surgencia en las proximidades de la isla.
La presencia de tres masas de agua en los
límites de observación confirma lo señalado en
investigaciones anteriores.
Flujos geostróficos al noreste a distancias
mayores de 15 km muestran que la isla no
afectaría la circulación general del Pacífico,
como el límite oriental de la Contra corriente
subtropical.
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