Interdisciplina para evaluar la fijación de carbono en la Bahía de San Quintín


A partir de análisis de sedimentos, tecnología satelital y vuelos de dron



Ciencias del mar y de la Tierra

En estrecha colaboración, investigadores del CICESE y de universidades de Estados Unidos estudian el papel de los pastos marinos y las marismas de la Bahía de San Quintín en la fijación de carbono azul, término que hace referencia al carbono que capturan y almacenan los océanos y ecosistemas costeros en sus sedimentos.

El escenario perfecto para este proyecto fue la Bahía de San Quintín, uno de los lugares poco perturbados en Baja California. Esta bahía de origen volcánico acoge una laguna costera con 42 kilómetros cuadrados de aguas protegidas que albergan importantes cultivos de ostión, marismas con extensas praderas de pastos marinos, y dan refugio a muchas especies endémicas y migratorias.

En el mundo, los pastos marinos ocupan menos del 1% en la superficie de los océanos, pero se estima que anualmente contribuyen con 20% de la captura y almacenamiento de carbono azul en sumideros de carbono identificados, lo que atenúa los efectos del cambio climático. Así como el agua, el carbono también fluye en un ciclo biogeoquímico entre la biósfera, la litósfera, la hidrósfera y la atmósfera de la Tierra.

Ante la amenaza global del cambio climático, y siendo la perturbación del ciclo del carbono una razón de ello, a nivel internacional se busca impulsar iniciativas para mitigar las emisiones de CO2 provocadas por actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles en procesos industriales y medios de transporte, y por las naturales, como las emanaciones volcánicas.  

Sobre el estudio

Un proyecto UCMEXUS-CONACYT aglomeró la experiencia, conocimiento y laboratorios de un grupo interdisciplinario del CICESE, de la Universidad de California Riverside (UCR) y de la Universidad de Drexel para estimar cuánto carbón azul existe en los pastos marinos y marismas de esta bahía. En el proyecto, que se realizó de 2016 a 2018, participaron Andrew Gray de UCR, Elizabeth Watson de Drexel y Alejandro Hinojosa, del Departamento de Geología del CICESE, además de estudiantes de los respectivos posgrados.  

Fig. 2 Equipo de trabajo en salidas a campo en Bahía de San Quintín

A través de programas de verano y prácticas profesionales, se adhirieron estudiantes de licenciatura de las universidades autónomas de Puebla, Tabasco, Guerrero, Chiapas y Zacatecas, así como la Universidad de Occidente.

Durante el proyecto se realizaron cuatro salidas de campo a la Bahía de san Quintín para recolectar muestras ambientales y realizar estudios aéreos con drones y videografía submarina (Figs. 1 y 2). Además, con kayaks y pangas, el equipo recolectó un total de 68 muestras de sedimentos superficiales y más de 50 núcleos de sedimentos.

La empresa Agromarinos, dedicada al cultivo de ostión en Bahía Falsa, proporcionó apoyo logístico local, incluida una panga y un piloto para la recolección de muestras y de transectos de video submarino con el equipo y experiencia de la Universidad de Drexel. Mientras que la empresa Geotop, ubicada en Ensenada, proporcionó equipo y apoyo logístico durante el primer levantamiento aéreo con un drone de ala fija.

El grupo del CICESE se centró en el análisis espacial de la Bahía de San Quintín. En las primeras etapas del proyecto se aplicó el programa "Educación e Investigación", de PlanetLabs, que habilita el acceso a las imágenes multiespectrales de 3 y 5 metros de resolución espacial colectadas por su flotilla de más de 180 satélites, encargados de captar imágenes diarias del mundo entero. De éstas se seleccionaron las que resultaron libres de nubes, con diferentes condiciones estacionales y de marea, para experimentar con la clasificación multiespectral de los tipos de fondo y en las marismas.

Fig. 3 Estimación de batimetría y clasificación multiespectral de los tipos de fondo

 

Con imágenes satelitales, también se experimentó para conocer la profundidad de la bahía, proceso llamado batimetría, a partir de métodos que muestran buenos resultados en aguas claras y poco profundas (menos de 25 metros) y con fondos reflectivos. A pesar de las condiciones desfavorables, ya que la bahía posee sedimento suspendido y fondo oscuro, se pudo experimentar con las imágenes de PlanetLabs para estimar la batimetría y clasificación multiespectral de los tipos de fondo (Fig. 3).

Además, se realizaron dos campañas aéreas con drones, para una cobertura parcial de las dos bahías (Bahía Falsa y Bahía San Quintín) que complementa las imágenes satelitales. La primera se realizó en Bahía Falsa durante la marea baja, con un avión no tripulado de ala fija y un dron eBee equipado con cámara infrarroja (Fig. 4). El objetivo fue generar un ortomosaico (colección de imágenes) de alta resolución, cubriendo la zona intermareal expuesta y marismas en Bahía Falsa. Se procesaron 650 fotos tomadas por el dron a 150 metros de altura, con un software fotogramétrico para derivar el ortomosaico (Fig. 6) y un modelo de superficie. Este último permitió estimar la profundidad de las áreas poco profundas de Bahía Falsa. Además del avión no tripulado, se utilizaron drones multi rotor para capturar videos y fotos.

Figs. 4 y 6 Vuelos de avión no tripulado, de ala fija, y ortomosaico infrarrojo

 

 

 

La segunda campaña con Vehículos Autónomos No Tripulados (VANTs) se realizó en junio de 2017, en colaboración con el laboratorio de VANTs de la unidad CICESE La Paz (ULP), coordinado por el Dr. Armando Trasviña y su equipo: Agustín Payen, Daleth Carlos, Juan Carlos Montes y Yesenia Torres. De Ensenada participaron Octavio Meillón, Sergio Arregui, Luis Gradilla, Rafael Ramírez y el estudiante de verano Eduardo Merinos (Fig. 5). Ellos utilizaron un dron experimental de ala fija, diseñado y construido en sus instalaciones, además de otros drones multi rotor. Durante esta campaña, se hicieron levantamientos aéreos para cubrir las marismas y planicies lodosas en la cabeza de la Bahía de San Quintín. El dron experimental tomó un total de 3 mil 157 fotos que se procesaron para generar ortomosaicos del extremo noreste.

Los investigadores de UCR y Drexel recolectaron 68 submuestras de sedimentos durante la excursión de noviembre de 2016, mismas que se analizaron en el Laboratorio de Isótopos Estables del CICESE, dirigido por el Dr. Juan Carlos Herguera. Allí se midió el porcentaje de carbono orgánico y las firmas isotópicas de carbono 13. Los resultados mostraron un patrón espacial: el carbono aumenta hacia la cabecera de esta bahía y los valores más bajos en las muestras se colectaron en o cerca del canal principal. Se detectó una alta correlación entre el porcentaje de carbono y el tamaño de grano del sedimento: entre más fino el tamaño de grano del sedimento, mayor el  porcentaje de carbono.

El grupo de Drexel realizó una serie de análisis a las muestras de sedimento y agua, las cuales indican que las densidades de carbono en los sedimentos asociados a los pastos marinos no difieren de los sedimentos adyacentes (Fig. 7). Encontraron que el contenido de carbono orgánico de los sedimentos superficiales en la bahía es de 5 miligramos de carbono por centímetro cúbico, cifra muy por debajo del promedio mundial.

Fig. 7 Densidades de carbono

 

En contraste, las marismas de la Bahía San Quintín almacenan mayores cantidades de carbono orgánico y tienen mayores tasas de acumulación, comparables a las marismas de todo el mundo. Los modelos de mezcla de isótopos estables revelaron la importancia abrumadora del seston para el depósito de materia orgánica en los sedimentos bentónicos, el pasto marino aporta solo una fracción menor.

Este patrón es más fuerte hacia la boca de la bahía y más débil hacia la cabeza, y sugiere la importancia de los aportes de carbono y nutrientes desde fuera de la bahía, probablemente debido a las surgencias periódicas que se produce cerca de la costa.

Por otro lado, en el caso de los sedimentos en las marismas, se descubrió que la materia orgánica derivada de los pastos marinos desempeña un papel más importante y es el segundo mayor contribuyente a la reserva de materia orgánica del sedimento, después de la planta dominante en las marismas, Sarcocornia pacifica (Fig. 8). Este es un hallazgo novedoso, ya que rara vez se describe y cuantifica el transporte de pastos marinos a las marismas, a pesar de que abundantes restos de pastos marinos se pueden observar regularmente en las superficies de las marismas.

Por último, se planteó la hipótesis de que las praderas de pastos marinos pueden no ser tan efectivas en el almacenamiento de carbono como lo sugieren otros estudios, debido al contenido de carbono espacialmente inconsistente en las praderas de pastos marinos y la naturaleza transitoria de sus poblaciones. El grupo de la UCR planea muestrear otras lagunas a lo largo de la costa del Pacífico para investigar las tasas de secuestro de carbono en praderas de pastos marinos de toda la región y evaluar si son consistentes con lo que se observó aquí.

Para explorar la estructura interna de la fanerógama Zostera marina, se escanearon hojas y segmentos de rizoma con un nanotomógrafo de rayos X, instalado en el Centro Mexicano de Innovación en Energía Geotérmica (Fig. 9). Se crearon animaciones con la exploración de la estructura interna de Zostera, cuyos conjuntos de datos de tomografía están disponibles para futuros análisis.

Los resultados preliminares de este proyecto fueron presentados en congresos nacionales e internacionales durante 2017 y 2018. El proyecto UCMEXUS-CONACYT terminó en junio de 2018. Sin embargo, la sinergia del grupo ha conseguido recursos adicionales de fuentes internacionales para continuar. Se espera un contingente de la Universidad de Drexel para realizar un par de campañas a inicios de 2019. A través de un patrocinio Fullbright, la Dr. Elizabeth Watson hará una estancia en el CICESE para continuar los esfuerzos en la Bahía de San Quintín.

En mayo 2018, Alejandro Hinojosa visitó el Departamento de Ciencias Ambientales de la UCR, donde ofreció un seminario sobre los resultados preliminares del proyecto UC-MEXUS, las actividades relacionadas del Laboratorio de SIG y Teledetección del Departamento de Geología del CICESE.

Palabras clave: Bahía, San Quintín, interdisciplina, carbono

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