Observación multiescalar del transporte de sedimentos con objeto de realizar la modelización y simulación numérica

     Las actividades socioeconómicas que se desarrollan, tanto en las regiones costeras como sobre la misma plataforma continental, se ven influenciadas directamente por los procesos geoambientales que en ella se producen. Deslizamientos, transporte en masa, descargas sedimentarias de los ríos, tormentas y tsunamis, son ejemplos de procesos que pueden tener consecuencias catastróficas para la región costera. Sin embargo, otros procesos importantes se producen a escala temporal mayor, lo que hacen que sean más predecibles; por ejemplo, cambios del nivel del mar, subsidencia, acumulación o erosión del sedimento.

La confluencia de los procesos marinos y terrestres se circunscribe a la plataforma continental y al litoral. La interrelación de dichos procesos crea una mezcla compleja de señales estratigráficas en el sedimento que se deposita sobre la plataforma continental (Nittrouer et al., 2007), y especialmente, en aquellas regiones adyacentes a las desembocaduras de los ríos, como son los prodeltas y las cuñas progradantes infralitorales. Estos dominios sedimentarios presentan una característica importante en el estudio de los procesos, y ésta es su alta energía. El oleaje, las mareas y las corrientes, además de participar en los procesos de sedimentación, también toman parte en la eliminación de los mismos del registro sedimentario. Consecuentemente, los procesos que afectan al destino de las partículas sedimentarias son diversos y energéticos, y la superposición (a menudo con acoplamiento no lineal) de los procesos relevantes hace que sea difícil realizar un análisis estratigráfico correcto. Por tanto, es necesario incrementar nuestro conocimiento sobre el modo en el que actúan, cómo se interrelacionan, cuál es su impacto sobre la formación de los estratos y qué papel desempeñan en la preservación del depósito, para así, llegar a entender mejor el registro estratigráfico a una escala de tiempo mayor.

En nuestras latitudes, los ríos son las principales fuentes de aporte de sedimentos para la formación de los estratos, y por extensión, los prodeltas pasan a ser zonas prioritarias para el estudio de los procesos que afectan a la sedimentación fluvial. Los ríos son los principales suministradores de material particulado desde la tierra al mar (globalmente el 85-95% aproximadamente es sedimento fluvial) y las descargas combinadas de los ríos medianos y pequeños, especialmente desde cordilleras montañosas costeras, dominan el aporte de sedimentos a una escala global (Milliman & Meade, 1983; Milliman and Syvitski, 1992; Syvitski et al., 2003). Muchos de los sistemas prodeltaicos de la región mediterránea presentan diferencias significantes en relación con los grandes deltas, ya que su régimen hidrológico característico y la fisiografía del margen abrupto en el que se desarrollan, hacen que se ejerza un alto control en la distribución de la pendiente y en el régimen hidrológico del cauce fluvial. El clima mediterráneo está caracterizado por una fuerte aridez, lo cual influye en el modelo de descarga fluvial, que muestra un régimen torrencial y una alta estacionalidad. A su vez, el carácter abrupto de los relieves continentales próximos al litoral hace que los cauces fluviales sean cortos, efímeros y episódicos. Esto queda reflejado en la morfología submarina y en la distribución regional de los sedimentos marinos de las zonas de desembocadura y áreas adyacentes (Liquete et al. 2005; Lobo et al., 2006; Fernández-Salas et al., 2007). En definitiva, estas características pueden también influir en el transporte de sedimentos en dominios más profundos. Los sistemas prodeltaicos pueden actuar como trampas de sedimentos no sólo de fuentes continentales, sino también de fuentes oceánicas. Así, el establecimiento de modelos deposicionales puede utilizarse para evaluar la importancia relativa de las fluctuaciones de aporte sedimentario en relación con los procesos de transporte de sedimentos (Cattaneo et al., 2003). Los principales factores de control resultan de la interacción entre la descarga fluvial y la energía de la cuenca (tormentas, oleaje y corrientes en la plataforma). El dominio fluvial durante los eventos de inundación produce fases rápidas de crecimiento y de descargas de sedimento y favorece el desarrollo del delta (Rodríguez et al., 2000).

La ampliación de las escalas de tiempo aporta nuevos factores a tener en consideración en la sedimentación de la plataforma continental. Por un lado, la lentitud de los cambios del nivel del mar durante el Holoceno Terminal ha permitido a los ríos rellenar sus estuarios y extender su sistema deposicional a la plataforma continental formando los deltas. Los cambios en la acomodación sitúan al fondo del mar dentro o fuera de ambientes energéticos (corrientes y oleaje) que pueden retrabajar la superficie del fondo y transportar sedimentos a lo largo del sistema deposicional (Nittrouer et al., 2007). Por otro lado, el incremento en la escala de tiempo también permite tomar en consideración la variabilidad climática. Las fluctuaciones en los modelos de precipitación han afectado a la descarga fluvial (Farnsworth & Milliman, 2003), e igualmente, el uso que el Hombre ha dado al espacio natural continental (agricultura y ganadería) ha facilitado la erosión de la superficie terrestre y ha incrementado el volumen de las descargas de sedimentos, o en algunos casos ha provocado la disminución de dichas descargas (desviaciones de cauces y construcción de presas).

Durante la ejecución del proyecto “Modelado, Simulación Numérica y Análisis del Transporte de Sedimentos en los Abanicos Submarinos de los Ríos de Andalucía Oriental” (MOSAICO) (P06-RNM-01594), financiado por la Junta de Andalucía en la convocatoria de los proyectos de Excelencia Científica del año 2007, se ha estudiado el transporte de sedimentos en las zonas deltaicas de los ríos Guadalfeo y Adra. En este proyecto se adquirieron datos muy significativos de ecosonda multihaz del prodelta del Río Adra y las zonas adyacentes durante la campaña MOSAICO-0509, lo que ha permitido, por comparación con la batimetría multihaz realiza por el IEO en el año 2002, conocer los cambios que ha sufrido la superficie del fondo  del mar en términos de erosión-sedimentación, y además, realizar una caracterización de la morfología superficial, atendiendo especialmente a las morfología de escala menor, como son las ondulaciones que aparecen en las cuñas sedimentarias prodeltaicas (Fernández-Salas et al., 2007; Bárcenas et al., 2008; Bárcenas et al., 2009). Los resultados de la comparación batimétrica 2002-2009 indican que el prodelta relacionado con la antigua desembocadura del Río Adra está afectado por un considerable proceso erosivo al igual que las zonas más someras situadas inmediatamente al oeste del espigón de poniente del puerto de Adra. Las zonas de sedimentación actual se circunscriben a la desembocadura actual y a los cambios de pendientes de las cuñas sedimentarias litorales.

La arquitectura estratigráfica de los depósitos estudiados se ha abordado mediante el estudio de los registros sísmicos de muy alta y alta resolución (TOPAS, Penetrador de sedimentos (3.5 kHz) y Geopulse). En la campaña “MOSAICO-0908”, desarrollada en el prodelta del Río Adra y sus zonas adyacentes se obtuvieron 137 millas náuticas de datos sísmicos, que han permitido determinar los límites distales de los prodeltas, la identificación de las diferentes cuñas que componen el prodelta y que se corresponden con diferentes épocas de sedimentación, o bien, a los cambios de la posición de la desembocadura que tuvieron lugar en 1872 y en 1910.

Igualmente, se han identificado otros tipos morfológicos menores que nos ayudarán a entender mejor la evolución del sistema deltaico con el fin de prever la evolución que podrá seguir este sector del litoral a corto y medio plazo. Todos los datos obtenidos, junto a los que se recopilaron como información antecedente de diversas bases de datos: Instituto Español de Oceanografía (datos batimétricos, geofísicos y sedimentológicos), la Agencia Andaluza del Agua (datos de caudales de los ríos), el Instituto Nacional de Meteorología (datos de precipitaciones), y Puertos del Estado (datos de vientos, oleajes y mareas) se integraron mediante un Sistema de Información Geográfica. Dicha integración ha permitido estudiar las fases evolutivas que el prodelta del Río Adra ha sufrido en los últimos 5.000 años y se ha publicado en la revista Geomorphology (Jabaloy et al., 2010).

A lo largo del año 2008, se realizó la campaña MOSAICO-1108 en los prodeltas de los ríos Adra y Guadalfeo. El objetivo principal de esta campaña fue la caracterización sedimentológica de los depósitos prodeltaicos, de forma que se complementaban los estudios batimétricos, morfológicos y estratigráficos. Se obtuvieron un total de 59 dragas Box-Corer, 129 dragas shipek y 14 vibrosondeos. Todas las muestras y sondeos obtenidos están siendo procesados en la actualidad, en los laboratorios del Centro Oceanográfico de Málaga (granulometrías y contenido en carbonatos), y en el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra (Multi-sensor core logger Geotek: rayos gamma, velocidad de ondas P y susceptibilidad magnética). Como resultados preliminares, la distribución de sedimentos superficiales indica una concentración de los sedimentos más finos en el cuerpo prodeltaico y más gruesos en las zonas litorales y en las de plataforma continental fuera del ámbito de influencia de los aportes continentales.

Igualmente, se está avanzado en el estudio de las plumas sedimentarias de los ríos mediante la observación por satélite. El estudio del color del océano resulta muy útil en diversas aplicaciones medioambientales, en nuestro caso, la estimación de la TSM (Total Suspended Matter o Materia Total en Suspensión). Dentro de las posibles fuentes de imágenes y datos de satélite accesibles de color del océano hemos comenzado a trabajar con las del programa MODIS (Fig. 1), aunque también consideramos importantes las del programa SeaWiFs.

Para iniciar el estudio se ha realizado la descarga sistemática de todas las imágenes de nivel 2 disponibles con el sensor MODIS-Aqua y Terra (http://oceancolor.gsfc.nasa.gov) para la zona del litoral andaluz del Mar de Alborán. Estos archivos en formato HDF han sido analizados por un programa creado en el grupo de investigación de Geociencias Marinas del IEO (GEMAR) mediante el paquete de cálculo científico MATLAB. De esta forma, se han obtenido preliminarmente los valores de TSM según el algoritmo propuesto por Clark et al. (1980) a partir de de las radiancias normalizadas emergentes a diferentes longitudes de onda. La ecuación propuesta está calibrada con datos reales y en una primera aproximación se puede utilizar para datos a una escala global.