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

DARÍO ROBERTO MINKOFF; CARLOS MAURICIO ESCAPA; FÉLIX EENRIQUE FERRAMOLA; GERARDO MIGUEL EDUARDO PERILLO

San Luis, Argentina

Jornada; X Reunión Argentina de Sedimentología; 2004

En el estuario de Bahía Blanca (38° 50´ S, y 62° 30´ O) se han encontrado marismas donde interacciones entre 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 canales de 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 1150 km2 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 tiene una 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 el cangrejo cavador Chasmagnathus granulatus (Iribarne et al., 1997; Bortolus e Iribarne, 1999). La marisma estudiada está dominada por la planta halófita  Sarcocornia perennis con individuos de Spartina alterniflora y Spartina densiflora. Sarcocornia perennis crece formando matas elipsoidales cuyos ejes llegan a 30 cm y 50 cm con una altura 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, estas se desarrollan de tal forma que la parte central queda despoblada de vegetación. Como consecuencia se forma 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 un ancho de hasta 1,5 m. Eventualmente en cercanía de otros anillos, éllos se unen formando figuras complejas donde coalescen 8 o más unidades. El interior de los anillos se forma un cuenco ligeramente deprimido por la actividad de los cangrejos donde el sedimento es blando y con alto contenido de agua (Perillo e Iribarne, 2003a,b). Ya sea como un parche aislado o varios anillos unidos cercanos al brazo de un canal, éstos se comportan como 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) se erosiona fácilmente y se convierte en un nuevo tributario del canal donde desagua. En toda la marisma se asocia este patrón de cuencos con los brazos en formación. La dinámica de la vegetación en la marisma presenta variaciones que no pueden ser cuantificadas en un período de tiempo razonable. Para su estudio se propone un modelo conceptual basado en las leyes que se pueden deducir de la observación de estos fenómenos en el campo, y luego hacer una comprobación con datos medibles con unidades de tiempo de macroescala (Perillo y Codignoto, 1989). El resultado de esta 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, pero cuyo resultado es un complejo mecanismo biológico que desemboca en un proceso erosivo sobre la marisma y favorece la formación de canales de marea (Escapa, 2003). Estos tipos de problemas basados en 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 observadas y 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 y  S. perennis modifica el paisaje de la marisma e influye en la pérdida de sedimento. Para esto se propone un modelo que copie las leyes básicas que dominan el problema en base a la aplicación de múltiples teorías que no provienen de la física, sino de factores puramente biológicos a través de un modelo de Autómatas Celulares. Las leyes básicas del problema son deducidas a partir de mediciones hechas en el campo. Una comprobación de la salida del modelo con otros datos de campo es efectuada para calibrar y comprobar las bondades del modelo. Finalmente, se evalúa el volumen de sedimento que se remueve y su variación en el tiempo