Modelo y estudio de un proceso erosivo debido a interacciones físico-biológicas en base a autómatas celulares.

MINKOFF, DARIO R; ESCAPA, C MAURICIO; FERRAMOLA, F E; PERILLO, GERARDO M. E.

San Luis

Congreso; X Reunión Argentina de Sedimentología; 2004

Asociación Argentina de Sedimentología

En el estuario de Bahía Blanca (38° 50´ S, y 62° 30´ O) se han encontrado marismas donde interaccionesentre la flora y la fauna del lugar han generando procesos erosivos que forman cuencos de menor orden.Estos alteran la normal circulación del escurrimiento del agua y condicionan la trayectoria de los canalesde marea en formación. El sedimento removido circula luego en el estuario por medio de estos canales.El estuario tiene una superficie total de 2300 km2, de la cual unos 410 km2 corresponden a islas y 1150km2 al sector intermareal (Piccolo y Perillo, 1999). Es un sistema mesomareal con escaso aporte fluvial,cubierto por extensas planicies de marea y predominio de marismas bajas. La zona en estudio, que tieneuna superficie de unos 4,5 km2 es una marisma alta que se cubre 40 veces por año (Minkoff, 2003)En los estuarios y bahías del SO Atlántico, las planicies de marea y marismas son dominadas por elcangrejo cavador Chasmagnathus granulatus (Iribarne et al., 1997; Bortolus e Iribarne, 1999). La marismaestudiada está dominada por la planta halófita Sarcocornia perennis con individuos de Spartina alternifloray Spartina densiflora.Sarcocornia perennis crece formando matas elipsoidales cuyos ejes llegan a 30 cm y 50 cm con unaaltura no mayor de 30 cm en verano. Este estado de crecimiento es propicio para que el cangrejo C.granulatus realice sus cuevas entre dichas matas. Una vez que el cangrejo ha colonizado las matas, estasse desarrollan de tal forma que la parte central queda despoblada de vegetación. Como consecuencia seforma un anillo que sigue creciendo hacia afuera y encierra una población de cangrejos que, a su vez,continúa desplazando la parte interior del anillo.En un estado más avanzado de crecimiento los anillos alcanzan un diámetro que llega a 10 m y unancho de hasta 1,5 m. Eventualmente en cercanía de otros anillos, éllos se unen formando figuras complejasdonde coalescen 8 o más unidades. El interior de los anillos se forma un cuenco ligeramente deprimidopor la actividad de los cangrejos donde el sedimento es blando y con alto contenido de agua (Perillo eIribarne, 2003a,b).Ya sea como un parche aislado o varios anillos unidos cercanos al brazo de un canal, éstos se comportancomo un cuenco concentrador de agua luego que se retira la marea o después de lluvias (Minkoff, 2003).Al estar compuesto por un material más blando con alta densidad de cuevas de cangrejo (hasta 50/m2) seerosiona fácilmente y se convierte en un nuevo tributario del canal donde desagua. En toda la marisma seasocia este patrón de cuencos con los brazos en formación.La dinámica de la vegetación en la marisma presenta variaciones que no pueden ser cuantificadas enun período de tiempo razonable. Para su estudio se propone un modelo conceptual basado en las leyesque se pueden deducir de la observación de estos fenómenos en el campo, y luego hacer una comprobacióncon datos medibles con unidades de tiempo de macroescala (Perillo y Codignoto, 1989). El resultado deesta fase en el problema se utiliza para cuantificar el sedimento que es erosionado.La interacción entre la planta S. perennis y el cangrejo C. granulatus se basa en leyes simples, perocuyo resultado es un complejo mecanismo biológico que desemboca en un proceso erosivo sobre lamarisma y favorece la formación de canales de marea (Escapa, 2003). Estos tipos de problemas basadosen leyes simples han sido modelados con buena precisión por modelos de Autómatas Celulares (Dunkerley,1997, Aassine y El Jai, 2002; Bandini y Pavesi, 2002). En particular, se desea recrear las leyes observadasy medidas, para obtener una forma automática de reproducir las perturbaciones biológicas en el terreno y estudiar su efecto en la erosión de las marismas.En base a lo expuesto el objetivo de este trabajo es estudiar como la interacción entre C. granulatus yS. perennis modifica el paisaje de la marisma e influye en la pérdida de sedimento. Para esto se proponeun modelo que copie las leyes básicas que dominan el problema en base a la aplicación de múltiplesteorías que no provienen de la física, sino de factores puramente biológicos a través de un modelo deAutómatas Celulares. Las leyes básicas del problema son deducidas a partir de mediciones hechas en elcampo. Una comprobación de la salida del modelo con otros datos de campo es efectuada para calibrar ycomprobar las bondades del modelo. Finalmente, se evalúa el volumen de sedimento que se remueve y suvariación en el tiempoAassine, S. y El Jai M. C., 2002. Vegetation dynamics modelling: a method for coupling local and space dynamics. EcologicalModelling 154: 237-249.Bandini, S. y G. Pavesi, 2002. Simulation of Vegetable Populations Dynamics Based on Cellular Automata.En S. Bandini, B.Chopard, y M. Tomassini, (Eds), 2002, vol. 2493 of Lecture Notes in Computer Science, pp. 202-209, Springer-Verlag,Berlin.Bortolus, A. y Iribarne O., 1999. Effects of the SW Atlantic burrowing crab Chasmagnathus granulata on a Spartina saltmarsh. Marine Ecology Progress Series 178:78-88.Dunkerley, D. L., 1997. Banded vegetation: survival under drought and grazing pressure based on a simple cellular automatonmodel. Journal of Arid Environments 35: 419-428.Escapa, C. M. 2003. Dinámica de cuevas de cangrejo en relación con canales de marea, y efectos en la erosión de marismas.Monografía curso: Geomorfología y Dinámica de Estuarios. UNS.Iribarne, O., Bortolus A., y Botto F. 1997. Between-habitat differences in burrow characteristics and trophic modes in thesouth western Atlantic burrowing crab Chasmagnathus granulata. Marine Ecology Progress Series 155:137-145.Minkoff D. R., 2003. Genesis y Evolución de Canales de Marea en una Marisma del Estuario de Bahía Blanca. Monografíacurso: Geomorfología y Dinámica de Estuarios. UNS.Perillo, G.M.E. y Codignotto. J.O., 1989. Ambientes costeros. Boletín Sedimentológico 4: 137-159.Perillo, G.M.E. e Iribarne O.O., 2003a. Proces of tidal channel development in salt marshes and freshwater. Earth Surface andLandforms 28:1473-1482.Perillo, G.M.E. e Iribarne O.O., 2003b. New mechanism Studied for Creek Formation in Tidal Flats: From Crabs to TidalChannels. Eos 84: 1-5.Piccolo, M.C. y Perillo, G.M.E., 1999. 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