EL LAGO DE MARACAIBO COMO CUENCA ANAERÓBICA NATURAL: USO DE LÍNEAS DE BASE HISTÓRICAS EN ESTUDIOS DE IMPACTO AMBIENTAL
Gilberto Rodríguez
Gilberto Rodríguez. M.Sc. en Biología Marina, Universidad de Miami, EEUU. Ph.D. Universidad de Gales, UK. Investigador Emérito, Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC). Dirección: Centro de Ecología, IVIC, Apartado 21827, Caracas 1020A, Venezuela. e-mail: grodrigu@oikos.ivic.ve
Resumen
A partir de la observación de un cono hipolimnético, anóxico en su base, y de una alta producción primaria en las aguas del Lago de Maracaibo, se ha formulado la hipótesis de que el Lago se encuentra en un avanzado estado de eutroficación y que la zona anaeróbica resultante es un artefacto creado por la introducción de agua de mayor densidad por el dragado del actual canal de navegación. La solución propuesta sería la eliminación total o parcial del canal y la construcción de un multipuerto en el Golfo de Venezuela. La alta producción pesquera del Lago (71700 TM/año) y la estabilidad de capturas de especies indicadoras señalan que no hay un deterioro avanzado en el sistema. Las líneas de base históricas verifican la hipótesis alternativa de que la alta producción primaria y la existencia de una zona anaeróbica son rasgos hidrobiológicos naturales del sistema, similares a los de otras cuencas anaeróbicas, y que existían antes del dragado. La depresión de Maracaibo es una importante cuenca petrolífera y la anoxia, y la alta producción y deposición de materia orgánica no degradada son características de los procesos de formación de petróleo. La investigación de los paleoambientes en el Cuaternario tardío robustecería esta teoría.
Summary
The presence of a hypolemnitic anaerobic cone, maintained by the salinity stratification, and the high productivity, has been proposed as evidence of an advanced eutrophication of Lake Maracaibo. Since salinity has increased with the deepening of the navigation channel, it has been proposed, as a remedial measure, the elimination of the channel and the relocation of shipping facilities to a multiport in the nearby Gulf of Venezuela. The high yield of fisheries (71700 MT/year) and the stability of the catch of indicator commercial species imply that there is not an advanced deterioration of the system. The historic baselines support the alternative hypothesis that the high phytoplanktonic productivity and the presence of an anaerobic zone are natural traits of the Lake that were present prior to the deepening of the channel. The Maracaibo depression is an important oil producing basin, and the anaerobic condition and high production and accumulation of non-degraded organic matter, are characteristics of the processes leading to oil accumulation. Research on the paleoenvironments of the late Quaternary may contribute to strengthen this hypothesis.
Resumo
A partir da observação de um cono hipolinético, anóxico na sua base, e de uma alta produção primária nas águas do Lago de Maracaibo, formulou-se a hipótese de que o Lago se encontra em um avançado estado de eutroficação e que a zona anaeróbica resultante é um artefato criado pela introdução de água de maior densidade pela dragagem do atual canal de navegação. A solução proposta seria a eliminação total ou parcial do canal e a construção de um multiporto no Golfo de Venezuela. A alta produção pesqueira do Lago (71700 TM/ano) e a estabilidade de capturas de espécies indicadoras assinalam que não há um deterioro avançado no sistema. As linhas de base históricas verificam a hipótese alternativa de que a alta produção primária e a existência de uma zona anaeróbica são rasgos hidrobiológicos naturais do sistema, similares aos de outras bacias anaeróbicas, e que existiam antes da dragagem. A depressão de Maracaibo é uma importante bacia petrolífera e a anoxia, e a alta produção e o depósito de matéria orgânica não degradada são características dos processos de formação do petróleo. A pesquisa dos paleo-ambientes no quaternário tardio fortalece esta teoria.
]]> PALABRAS CLAVE / Sistema de Maracaibo / Impacto Ambiental / Eutroficación / Anoxia /Recibido: 21/03/2001. Aceptado: 20/08/2001
Dedicado a la memoria de Alfred Clarence Redfield (1890-1983),
oceanógrafo pionero en el estudio del Sistema de Maracaibo
Históricamente, las evaluaciones de impacto ambiental se han llevado a cabo antes de la autorización de obras de ingeniería a ser construidas y se han considerado en la toma de decisiones tempranas en la planificación y diseño de los proyectos. En este sentido los estudios de impacto ambiental (EIA) son generalmente predictivos. En casos excepcionales, es necesario efectuar una evaluación cuando el factor de impacto ya está establecido y la toma de decisiones se refiere a la conveniencia de eliminarlo. En estas circunstancias los protocolos usuales de EIA no tienen aplicación.
En la presente contribución se trata de precisar una posible metodología, tomando como caso de estudio el impacto causado por el canal de navegación del Lago de Maracaibo, Venezuela, y su potencial eliminación como medida de remediación, una decisión de envergadura que el gobierno nacional podría enfrentar en el futuro. La metodología propuesta comprendería las siguientes fases sucesivas: a) Definición de una hipótesis inicial sobre lo que se considera son los daños causados por el estresor, b) verificación con las líneas de base históricas disponibles, c) establecimiento de una hipótesis alternativa de ser necesario, d) justificación teórica de la hipótesis alternativa, y e) definición de estudios prioritarios para hacer la hipótesis alternativa más robusta.
Hipótesis Inicial: Salinización / Eutroficación
Una de las características hidráulicas de la cuenca de Maracaibo es la presencia en el centro del Lago de un cono hipolimnético de mayor densidad y anóxico en su base (Parra Pardi, 1983). Si bien en el epilimnio la concentración de fósforo reactivo es moderada, típicamente 0,1mg/l PO4, los sedimentos acumulan los nutrientes y el intercambio en la interfase entre el agua intersticial y la columna de agua (López Hernández et al., 1980) produce altas concentraciones en la base del cono hipolimnético, típicamente de 0,4 a 0,6mg/l PO4. El nitrógeno se mantiene en concentraciones relativamente más bajas, siendo la relación Ntotal/P <5 en el epilimnio y alrededor de 5, con valores medios ocasionales de 15, en el hipolimnio. Por esta razón el nitrógeno es el factor limitante en la mayor parte del Lago (Parra Pardi, 1979).
La elevada concentración de nutrientes se traduce en una producción primaria alta que se manifiesta por la presencia de una extensa capa superficial de cianobacterias ("verdín"), particularmente notable frente a Ciudad Ojeda y Lagunillas (Centro de Procesamiento Digital de Imágenes, 1990). El exceso de materia orgánica producido por el fitoplancton agota el oxígeno debido a los procesos de respiración bacteriana, causando la desaparición de las especies bentónicas. En las condiciones actuales la extensión de la zona anaeróbica tiene variaciones interanuales y estacionales dependiendo de la salinidad y el nivel de la haloclina, pero la concentración de oxígeno en el fondo es generalmente de 0 y más raramente de 0,1 mg/l.
Parra Pardi (1979), basándose en muestreos efectuados entre 1975 y 1979, fue el primero en sugerir que el "verdín" era manifestación de un proceso de eutroficación en curso, manteniendo que "el problema de eutroficación se presenta actualmente con características de un proceso acelerado en esas áreas que se han denominado zonas de producción, en una de las cuales, en la costa nororiental, se tiene ya una situación crítica".
]]> La permanencia de la zona anaeróbica, asociada al cono hipolimnético, se atribuye a que el agua de mayor densidad limita la circulación vertical y por lo tanto la incorporación de agua con mayor contenido de oxígeno. La salinidad de esta agua sufrió un incremento inicial con la profundización y ensanchamiento del canal de navegación en 1953, como se discute a continuación.Antes de completarse el actual dragado, la navegación se efectuaba por los canales naturales, principalmente el canal Larrazábal que atravesaba El Tablazo con profundidades mínimas de 5m y el canal Zaparita que atravesaba los bancos arenosos de la Barra Exterior La profundidad mínima entre 1924 y 1936 fluctúo entre 3 y 4m (Figura 1). En 1938 se comenzó el mantenimiento de profundidades de control de 4 a 6m. El canal de navegación actual se dragó de abril 53 a diciembre 54, a una profundidad mínima de 11m. Para esos años Venezuela se había convertido en el primer exportador mundial de petróleo, con una producción de 2,2 millones de barriles para 1956, 75% proveniente del Lago. De 1957 a 1960 se profundizó el canal hasta 13m.
Figura 1. Profundidades mínimas en el Canal de Maracaibo (1913-1961) y salinidad del epilimnio en el Campo Costanero Bolívar (1943-1961). (Instituto Nacional de Canalizaciones, 1963; Redfield y Doe, 1964)
La salinidad del epilimnio en la costa oriental del Lago, que en los años anteriores se había mantenido entre 1,0 y 1,5‰ S con excepción de un máximo de 2,8‰ en 1949, se incrementó hasta 3‰ cinco años después de la apertura del canal (Figura 1). Los registros actuales señalan que la salinidad para los años 1994-1995 fue de 4,47 a 5,69‰ de 0 a 5m y de 5,52 a 7,78 ‰ por debajo de 25m (Herman de Bautista, 1997), pero no hay unanimidad de que este ocurriendo un incremento sostenido. Los datos más citados a este respecto fueron 25 muestras tomadas en la costa oriental del Lago de 1937 a 1961 (Redfield y Doe, 1964). Parra Pardi (1996) trató estos datos estadísticamente, junto con 72 más tomados de diversas fuentes para el período 1962 a 1993, y concluye que esos datos no sustentan la opinión de que exista un proceso de salinización, sino que el Lago alcanzó un nuevo estado de equilibrio después de la canalización. Sin embargo, Herman de Bautista (1997) trató estadísticamente los mismos datos usados por Parra Pardi (1996) para el período 1969-1993 más 17 datos del período 1994-1996 y concluye que "sí existe un proceso de aumento progresivo de la salinidad en el epilimnio del Lago" y lo atribuye "a los procesos de reducción de escurrimiento en las cuencas aportadoras de agua dulce al Lago y el proceso interno estacional del cono hipolimnético".
Con los datos anteriores puede formalizarse la siguiente hipótesis inicial: La zona anaeróbica del Lago de Maracaibo es un artefacto antropogénico producido por la creciente eutroficación y mantenido por la introducción de aguas de mayor densidad a partir de la profundización del canal de navegación, las cuales limitan la renovación de aguas profundas.
Para eliminar el cono hipolimnético se ha propuesto como medida de remediación la eliminación total o parcial del canal. A partir de 1964, el Instituto Nacional de Canalizaciones propuso diversos diseños para limitar el acceso de agua marina (Rodríguez Díaz, 1964). A estas obras se ha añadido en años recientes la posibilidad de abandonar el dragado para que el canal recobre su simetría natural, por sedimentación o vertimiento de sedimentos.
La eliminación del canal de navegación conllevaría el traslado de los puertos y terminales de embarque petrolero y carbonífero a un multipuerto en el Golfo de Venezuela, entre las islas de Zapara y San Carlos. La magnitud de esta obra puede evaluarse si se considera que actualmente el canal permite el acceso a 3 terminales petroleros, 1 terminal petroquímico, 3 terminales carboníferos además de los puertos de carga general en Maracaibo y La Ceiba.
Hipótesis Alternativa: Fosa Anaeróbica Natural
Una verificación preliminar de la hipótesis inicial de salinidad/anoxia puede hacerse comprobando la capacidad de producción pesquera artesanal del Lago a través de las estadísticas disponibles, que si bien adolecen de errores, pueden sugerir tendencias generales a largo plazo. En 1946 ésta fue de 8040TM (Ministerio de Agricultura y Cría, 1948) y en 1952 de 4993TM (Ministerio de Agricultura y Cría, 1953). El número de pescadores artesanales en estas fechas fue de 3267 y 2720, respectivamente. Si se comparan los períodos 1959-1971 y 1981-1995 (Figura 2), se observa que la producción creció regularmente hasta 1990. En este último año comienza un aumento notable debido principalmente a la incorporación de capturas de bagres, que pasaron de 2500TM en 1990 a 18500TM en 1995 (Alió, 2000). El número de pescadores artesanales no ha manifestado un crecimiento paralelo, mostrando una media de 5975 para el período 1959-1969 y de 6201 para el período 1982-1995. Si se toma una especie indicadora de las condiciones ambientales en la columna de agua, como es la curvina (Cynoscyon maracaiboensis) que desova, se desarrolla y es capturada principalmente en el segmento mesohalino del Sistema (5-18‰ S), potencialmente el más afectado, se observa (Figura 2) que las capturas muestran variaciones interanuales, pero en general se manifiesta un incremento, no una declinación sostenida de la producción (Novoa et al., 1998).
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Figura 2. Producción pesquera artesanal (1959-1969 y 1980-1981) y capturas de curvina (1960-1971 y 1982-1995) en el Lago de Maracaibo.(Alió, 2000).
Observaciones realizadas en los últimos años evidencian la ausencia de gusanos poliquetos en el centro del Lago, atribuibles a las condiciones de anoxia (Rodríguez y Morales, 2000). El límite inferior de oxígeno disuelto adecuado para la respiración de muchos animales acuáticos varía ampliamente, pero en general parece ser de 1,0 a 2,0ml/l, aunque excepcionalmente algunos invertebrados bentónicos y peces pueden tolerar mínimos de 0,1ml/l por breves períodos de tiempo. La tolerancia al H2S también muestra variaciones específicas, pero disminuye cuando ocurre una sinergia con la disminución de oxígeno (Vernberg, 1972). Si la zona donde ocurren estos dos factores se limita a la base de la columna de agua, las especies de peces pelágicos solo se verían afectadas por la surgencia ocasional de aguas anóxicas o con alto contenido de H2S. Desde 1983 el Instituto para la conservación y Control de la Cuenca del Lago de Maracaibo (ICLAM) ha levantado los informes T-83-07-025-0, C-86-07-033-0, C-87-06-24-0, C-87-06-25-0, C-88-09-048 y T-91-06-049-0 sobre las mortandades de peces en el Lago e INTEVEP produjo una nota de archivo sobre la ocurrida el 10 de agosto de 1991 (Tabla I). Todos estos accidentes ocurrieron en áreas restringidas y se han atribuido a descargas puntuales de contaminantes. En ninguna ocasión se han reportado muertes masivas debidas a la circulación de aguas anóxicas o con alto contenido de sulfuro.
Estas consideraciones llevan a formalizar la siguiente hipótesis alternativa: La alta producción primaria y la existencia de una zona anaeróbica no son artefactos, sino rasgos hidrobiológicos naturales del sistema, similares al de otras cuencas parcialmente confinadas, que ya existían antes del dragado cuando la salinidad en la base del hipolimnio era 2/3 menor que la actual.
Verificación de la Hipótesis Alternativa: Líneas de Base Pre-Dragado
Línea de base de salinidad
La cuenca de Maracaibo ha sufrido una serie de invasiones y regresiones marinas a lo largo del tiempo geológico. Durante los interglaciares del Cuaternario, los niveles marinos altos cubrían la región y con cada glaciación la regresión eustática del mar se formaban lagunas endorreicas en la actual ensenada de Calabozo y cubeta del Lago. La última transgresión postglacial abrió el Estrecho entre 4000 y 8000 años antes del presente, produciendo en el Lago una estructura salina parecida a la actual (Rodríguez, 1999).
La primera observación sobre la penetración diurna de agua del Golfo la realizó Agustín Codazzi en 1828, cuando levantaba la batimetría de la barra: "Introduce la marea una cantidad considerable de agua salada suspendiendo el curso de la dulce, cuyas oscilaciones se hacen sentir hasta las extremidades del Lago. Las aguas salobres que no llegan comúnmente más allá de Maracaibo, suelen pasar adelante hasta la Punta Icotea, cuando hay grandes mareas y vientos fuertes. Es extraordinaria la violencia con que entran y salen las aguas" (Codazzi, 1841). Esta observación sobre las aguas superficiales implica la penetración de la cuña salina hasta la parte norte del Lago.
]]> Las medidas de salinidad superficial efectuadas antes de completarse el dragado son: en 1927, 1 muestra frente a La Rosa y en 1935, 1 muestra frente a Lagunillas (Douglas, 1938); en 1937, 1938, 1941, 1944 y 1946, 8 muestras tomadas aisladamente en torres petroleras cerca de Tía Juana y La Rosa (Redfield et al., 1955); en 1952, 13 muestras desde Punta Icotea, hasta la costa sur (Gessner, 1953); en 1953, 15 muestras y en 1954, 42 muestras desde Punta Icotea, hasta la desembocadura del Catatumbo (Redfield et al. 1955). Todos los valores están entre 1,00 y 1,54‰, excepto frente a la desembocadura del Río Catatumbo, donde Gessner (1953) obtuvo 0,0‰ y Redfield et al., (1955) obtuvieron 0,37 a 0,91‰. Para los 7 años previos a la apertura del canal se dispone de muestras mensuales (Figura 3) tomadas al Sur de Punta Icotea en la estación de flujo LR 447 (aproximadamente 10°22’N, 71°29’W), a 9,5m de profundidad (Chuck, 1952; Redfield et al., 1955). Estas muestran variaciones en el epilimnio entre 1,10 y 2,36‰ estacionales e interanuales, mostrando medias mensuales mínimas en diciembre y máximas en julio con diferencias aproximadas de 15%. De estas observaciones concluyen Redfield et al. (1955) que se necesitan 5 meses para el acceso de agua salada, que es máxima en marzo, para penetrar el hipolimnio y distribuirse en el epilimnio.Figura 3. Salinidades del epilimnio observadas en la estación de flujo LR447, Campo Costanero Bolívar, enero 47-enero 54 (Chuck, 1952; Redfield et al., 1955).
Tanto Gessner (1953) como Redfield et al. (1955) tomaron muestras a varios niveles en el centro del Lago que muestran la estratificación del hipolimnio. El primero obtuvo un valor de 2,00‰ a 25m. Los valores de Redfield et al. (1955), se mantienen aproximadamente iguales de 0 a 19m, donde ocurre la haloclina y aumenta bruscamente la salinidad hasta 4,01‰ a 28m. Esta estructura resulta en un cono hipolimnético de unos 8m de alto.
De la información existente, puede concluirse que la estructura de salinidad del Lago antes del dragado consistía en un epilimnio que fluctuaba estacionalmente y de un año a otro entre valores de 1 y 2,5‰, y un cono hipolimnético estratificado, con una marcada haloclina y valores cercanos a 4‰ cerca del fondo al menos durante algunas épocas del año. Los valores del epilimnio eran relativamente uniformes en toda la extensión del Lago, excepto en la desembocadura de los grandes ríos, particularmente el Catatumbo, que presentarían salinidades considerablemente más bajas, pero que aumentaban rápidamente al mezclarse con las aguas mixohalinas del Lago.
Línea de base de eutroficación
Una de las primeras observaciones sobre la abundancia de fitoplancton en el Lago la realizó en 1922 Pittier, quien afirma que el agua es verdosa y "la capa superficial aparece recargada con una infinidad de ...algas e infusorios" (Pittier, 1923). Los primeros valores sobre producción los obtuvo en 1937 Jorgen Jorgensen, quien consideraba el proyecto de utilizar masivamente el fitoplancton como fuente de vitamina A y expresa: "Las aguas del Lago de Maracaibo contienen lo que es quizás la vegetación más abundante en el mundo de algas unicelulares... El conjunto de esta vida microscópica verde...se conoce en la región del Zulia como ‘limo’,’ verdín’, ‘nata de agua’, ‘agua espesa’" (Jorgensen, 1940). Los valores de biomasa en peso seco que este autor encontró fueron de 1360 mg/l en la capa superficial de algas, 200mg/l en muestras tomadas "a la ventura", y un promedio de 400mg/l. Calculó igualmente que salen al mar 60000TM/24 horas. En la superficie Gessner (1956) encontró un valor de 45 x 106 células/l, que a 5, 10, 15, 20 y 25m de profundidad disminuyen a 45, 23, 26, 23, 3,4, y 1,3 x 106 células/l, respectivamente, y concluye: "El Lago Maracaibo es una de las aguas más ricas en plancton del mundo". Redfield (1958) sobre sus muestras de mayo-junio de 1953 en las que encontró de 40-110 x 106 células/l en el agua mezclada y 22 x 106 células/l a 30m, comenta, "Estos son números excepcionales. Cabe destacar que los números son grandes aun sobre el fondo de las partes mas profundas del Lago". De los valores obtenidos por estos tres investigadores se puede concluir que la alta productividad primaria era un rasgo característico del sistema por lo menos 15 años antes del dragado.
Los procesos avanzados de eutroficación se observan con frecuencia en los lagos endorreicos donde la incorporación de una abundante cantidad de nutrientes, generalmente de origen antropogénico, estimula una alta producción de fitoplancton y la consiguiente desoxigenación por consumo de la materia orgánica. La presencia de una capa flotante de algas –supuestamente muertas– sería un signo evidente del proceso de eutroficación en curso. Sin embargo, como lo han demostrado Paerl y Ustach (1982) en cultivos axénicos de Anabaena, la presencia de cianoficeas en la superficie no es manifestación de un proceso de senescencia de las células, sino posiblemente un mecanismo de dominancia de las cianobacterias. El mecanismo se basa en la preferencia de estas algas por el CO2 sobre HCO3- y CO32- como fuente de carbono fotosintético, particularmente en aguas pobremente tamponadas (bajo carbono inorgánico total). En los días de calma, cuando las aguas se estratifican térmicamente, se agotan las reservas de CO2, resultando en un aumento del pH ambiental. Las cianobacterias responden formando natas superficiales, que les permiten usar el CO2 en la interfase aire-agua.
Línea de base de nutrientes
No existen líneas de base pre-dragado de nitrógeno por cuanto las primeras determinaciones en el Lago fueron hechas en 1973 (Batelle, 1974). El fósforo reactivo disuelto fue medido por Gessner (1953) en octubre de 1952 y por Redfield et al. (1955) en marzo de 1953. Los datos de ambos autores muestran concentraciones en la superficie del Lago similares a la de los ríos de la cuenca, pero la concentración crece con la profundidad hasta alcanzar 8 a 10 veces el valor superficial. En el centro del Lago, Gessner (1953) encontró 0,35mg/l de PO4, en la superficie y valores sucesivos a 5, 10, 15, 20 y 25m de 0,065, 0,065, 0,080, 0,180 y 0,220mg/l de PO4 respectivamente. Redfield et al. (1955) reportan valores de 0,30mg/l de PO4 en el epilimnio y 0,320mg/l de PO4 en el hipolimnio.
]]> La información sobre el fósforo sedimentario en el Lago de Maracaibo es muy escasa. Debido a que la dinámica del fósforo en los sedimentos de lagos es un proceso muy complejo que envuelve un gran número de mecanismos, no es posible incorporar conclusiones generales de otros lagos. En 94 lagos alrededor del mundo, desde oligotróficos hasta hipereutróficos, no se ha encontrado una relación general entre el contenido de fósforo sedimentario y su estado de eutroficación (López Lasera, 1991). En el Lago de Maracaibo se ha encontrado una gran variabilidad en el fósforo sedimentario. López Hernández et al. (1980) observaron concentraciones de 550 a 2650 ppm y Redfield (1958) encontró una variabilidad de 0,057 a 0,773% de PO5 sobre el total de la muestra.La carga interna de fósforo, medida como flujo neto del sedimento al agua que ocurre cuando la solubilización y transporte hacia arriba excede la sedimentación de fósforo, envuelve la reducción de Fe(II) a Fe(III). Como la reducción ocurre bajo condiciones anaeróbicas, se ha sugerido que la liberación del fósforo es sólo importante en las cuencas anaeróbicas estancadas, mientras que los sedimentos aeróbicos actuarían como sumidero de fósforo (López Lasera, 1991). Sin embargo, López Hernández et al. (1980) encontraron que la desorción de fosfato en el Lago de Maracaibo está más asociada con el fosfato total y en menor grado con el contenido de aluminio y hierro.
En el Lago de Maracaibo el fósforo siempre estaría en exceso debido al alto contenido de fósforo en las aguas de la cuenca, siendo generalmente el nitrógeno el factor limitante (Parra Pardi, 1979). Este alto tenor se atribuye a la lixiviación constante de rocas fosfáticas en las cordilleras circundantes. En la Sierra de Perijá estos depósitos sedimentarios se ubican en las cuencas de los ríos Palmar, Apón y Negro. En la Cordillera de los Andes existen las minas de fosforitas uraníferas de La Molina, cerca de Lobatera, en la cuenca Río Táchira-Catatumbo, en la cual se han ubicado reservas de 500000 toneladas en una pequeña zona de 60ha, y las importantes formaciones de rocas fosfáticas que se extienden desde Las Hernández hasta La Azulita en la cuenca del Río Chama.
Línea de base de anoxia
Para trazar la línea de base pre-dragado de la anoxia se dispone de dos series de datos. En las muestras de Gessner (1953) tomadas en una localidad próxima al centro del Lago (9°39’N, 71°39’W, 15/10/1952) el oxígeno muestra una sobresaturación en la superficie (11mg/l) y se mantiene en valores aproximadamente normales (7,0-4,6mg/l) hasta 15m de profundidad, pero entre esta profundidad y 20m desaparece totalmente, manteniéndose esta condición hasta el fondo. La existencia de una sola serie de datos de este autor no permite establecer la extensión de la zona anaeróbica, pero si puede hacerse con los datos de Redfield et al. (1955), quienes afirman que de acuerdo a sus mediciones de marzo 54 esta ocupaba 20 millas de diámetro en el centro del Lago y en mayo 53 se extendía más ampliamente e incluía áreas más profundas de 30m en el margen oriental del Lago. Si bien no es posible establecer la presencia constante de la zona anaeróbica en estos años, si puede afirmarse que estaba presente consecutivamente en los meses de octubre 52, marzo 53 y mayo 54. Las muestras combinadas de Gessner (1953) y Redfield et al. (1955) reflejan la estacionalidad en el lago, ya que marzo y febrero son los meses de menor precipitación y octubre el de mayor pluviosidad (Masciangioli y Febres, 2000).
El Lago de Maracaibo como Cuenca Anaeróbica Natural
Las líneas de base históricas del Lago de Maracaibo muestran que antes del dragado esta cuenca tenía cuatro rasgos hidrobiológicos característicos: a) Una alta producción primaria, b) un alto contenido de fosfatos, c) una zona anaeróbica considerable y d) una salinidad en la base del hipolimnio de 1/2 a 1/3 menor que la actual. Estas características refuerzan la formulación de la hipótesis alternativa en cuanto que la alta producción primaria y la existencia de una zona anaeróbica son rasgos hidrobiológicos naturales del sistema y existían antes del dragado del canal de navegación, cuando la salinidad en la base del hipolimnio era de 1/2 a 1/3 menor que la actual.
En el caso del Lago de Maracaibo su fisiografía es congruente con la teoría general de las cuencas anaeróbicas (Sverdrup et al., 1970) según la cual en las cuencas semicerradas y con un aporte considerable de agua dulce, la condición de anoxia está determinada por la altura y longitud del umbral. En el caso de barras someras y extensas, cuando la picnoclina está cerca o por debajo de la profundidad del umbral la circulación vertical se restringe severamente, produciendo la estabilidad de la columna de agua. Si en la cuenca existe una alta productividad orgánica del fitoplancton, los procesos de descomposición agotan el oxígeno en el fondo y debido a la profundidad del umbral el agua que entra en forma de cascada del mar adyacente no es suficiente para renovar el oxígeno. Horizontalmente la circulación en la zona profunda está limitada por la extensión y profundidad del umbral, lo que determina la presencia de una zona anaeróbica.
La desaparición del oxígeno en el agua está acompañada en los sedimentos por la acumulación de la materia orgánica y de los productos de descomposición orgánica, es decir fosfato inorgánico, silicatos, dióxido de carbono y amoniaco, y aumento del sulfuro de hidrógeno. Los sedimentos, generalmente de grano fino y reductores, actúan como una trampa de nutrientes, los cuales intercambian con la columna de agua. La deposición se hace en forma laminada, acumulando materia orgánica no descompuesta debido a la ausencia de actividad bacteriana.
El Lago de Maracaibo como Cuenca Petrolífera
]]> Alfred C. Redfield (1958) fue el primero en señalar que las condiciones hidrobiológicas de la cuenca de Maracaibo "son altamente favorables a los procesos que inician la acumulación de materiales productores de petróleo... el registro entre los procesos actuales y las reservas de petróleo acumuladas en tiempos anteriores es continuo"La cuenca de Maracaibo, como otras cuencas intermontanas, es un área de acumulación de hidrocarburos, con una capa de 5000m de sedimentos post-eocénicos que contienen el yacimiento petrolífero más grande de Sur América y una de los más grandes del mundo: La cantidad extraída de 1914 a 1995 fue de 5238x106m3 (Rodríguez, 1999).
En las cuencas aeróbicas la respiración de los organismos y la descomposición de la materia orgánica se hace a expensas del oxígeno disuelto como aceptor del ion hidrógeno, liberándose productos inorgánicos de descomposición. En las cuencas anaeróbicas la descomposición es menor. Con la desaparición del oxígeno libre comienza la desnitrificación que agota la existencia de nitratos y nitritos y se pasa a la reducción de los sulfatos, produciéndose H2S. La depresión del potencial redox bloquea los procesos de oxidación y tiende a acumularse en los sedimentos mayores cantidades de materia orgánica.
En la literatura se documentan contenidos de materia orgánica en los sedimentos de las cuencas anaeróbicas hasta cuatro veces mayores que en el mar abierto. En el Lago de Maracaibo Redfield (1958) encontró en sus muestreos de 1954 que el carbono orgánico se incrementa hacia el centro del Lago, con un valor mayor de 5%, y comenta "esto corresponde a cerca de 10% de materia orgánica en el sedimento seco y es un valor desusadamente alto". López Hernández et al. (1980) igualmente encontraron cantidades apreciables de carbono orgánico, entre 8 y 20%, en el centro del Lago.
En condiciones anaeróbicas los sedimentos de grano fino conservan la materia orgánica hasta que es descompuesta por bacterias anaeróbicas que pueden romper las moléculas de ácidos grasos y comenzar el proceso gradual de transformación en sapropel, que ya son esquistos bituminosos. La sapropelización ocurre en la génesis inicial del petróleo, a unos pocos metros de profundidad en el sedimento, aunque requiere largo tiempo y altas temperaturas y presiones para completar las etapas finales. Las facies sedimentarias anaeróbicas se denominan euxínicas por su presencia en el Mar Negro (en latín Pontus Euxinus) donde constituyen fuentes potenciales de hidrocarburos de importantes depósitos terciarios al sur de los Cárpatos, en Rumania.
Prioridades de Investigación
La teoría general expuesta tiene consecuencias prácticas inmediatas en el manejo del ecosistema. Los ambientes anaeróbicos no son fenómenos recientes. Existe una amplia literatura sobre biofacies antiguas relacionadas con la tensión de oxigeno, pero igualmente se ha sugerido que en las últimas décadas el ingreso de nutrientes antropogénicos es la causa principal de la desoxigenación en muchas áreas costeras (Díaz y Rosenberg, 1995). Si bien en el Lago de Maracaibo la biota no parece haber sido afectada en grado considerable, es posible que un aumento de la anoxia pudiera tener consecuencias severas. Por esta razón el Lago debe ser manejado como un ecosistema frágil. Es particularmente importante controlar la incorporación de contaminantes y nutrientes nitrogenados, así como fundamentar exhaustivamente la construcción de obras que alteren las características hidráulicas del sistema.
Las investigaciones prioritarias en esta área deberían robustecer la teoría general expuesta, mediante la determinación de los siguientes aspectos de los paleoambientes del Cuaternario: 1) Paleoxigenación de la columna de agua y la interfase sedimento/agua inferida por la abundancia de organismos planctónicos y bentónicos, estos últimos indirectamente por la ocurrencia de minerales autogénicos, laminación y foraminíferos (bioturbación) (Martínez y Hernández, 1992). 2) Paleosalinidad relacionada con la abundancia de paleomanglares, macrofitas (Rull, 1998) y fósiles claves del plancton (proxies). 3) Presencia de sapropel en los sedimentos. 4) Acumulación de fosfatos en la columna sedimentaria y la dinámica actual del intercambio de fosfatos en la interfase sedimento/agua. 5) Modelaje hidrográfico de estos paleoambientes y su correlación con los modelos actuales.
Si se define el Lago de Maracaibo fundamentalmente como cuenca anaeróbica, se concluye que su ecosistema está adaptado al estrés de hipoxia, como ocurre en otras cuencas similares. La investigación de esta adaptación debería ser también prioritaria. Diversas especies de peces poseen mecanismos fisiológicos que les permiten adaptarse a las condiciones locales de hipoxia del Mar Negro (Stolbov et al., 1996). Entre los invertebrados el poliqueto bentónico Nereris succinea usa estrategias de vida para sobrevivir a los episodios de hipoxia y desplazar otras especies del Mar Negro (Losovskaya, 1998) y el copépodo zooplanctónico Acartia tonsa puede sobrevivir concentraciones de 1,0ml/l, pero muestra una mortalidad de 100% a tensiones de 0,5ml/l en la costa de Florida (Stadler y Marcus, 1997); ambas especies ocurren en el Lago de Maracaibo. Entre las especies epibentónicas los camarones comerciales Penaeus aztecus y P. schmitti, con ciclos de vida similares a las especies de Penaeus del Lago, pueden detectar y evitar concentraciones de oxígeno menores de 1,5 y 2,0 ppm, respectivamente (Renaud, 1986). Estos son ejemplos de los mecanismos que podría usar la biota del Lago de Maracaibo para su supervivencia. Su comprensión permitiría un uso más racional de los recursos vivos.
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