Imágenes Satelitales: Evaluación del estado trófico de la Ensenada La Paz, Baja California Sur

Luis Alberto García Triana, Gerardo Verdugo-Díaz, Víctor Hugo Cruz Escalona

Instituto Politécnico Nacional, Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas, Av. Instituto

Politécnico Nacional, Col. Playa Palo de Santa Rita 23096, La Paz, B.C.S. México. lagt9801@gmail.com

Las lagunas costeras constituyen uno de los ambientes costeros más comunes en la Tierra, ocupando el 13% de la línea costera mundial (Kjerfve, 1986). Debido a algunas características particulares, entre ellas su morfología, estado trófico y procesos físico-químicos son consideradas uno de los hábitats más productivos del planeta (Caballero et al., 2022). Las lagunas costeras han sido categorizadas como uno de los ambientes marinos de mayor importancia en la preservación de la biodiversidad, ya que representan áreas importantes para la protección, crianza y reclutamiento de diversas especies (Herrera-Silveira y Morales Ojeda, 2019).

En México se ha reportado la existencia de 180 lagunas costeras que ocupan aproximadamente 10 000 km² en la costa del Pacífico. Estas lagunas están sujetas a presión humana debido al uso directo e indirecto que se hace de ellas (Smith et al., 1997). Por su naturaleza y conformación estos tipos de ecosistemas están propensos a sufrir deterioro ambiental derivado de las actividades antrópicas asociadas a los asentamientos y crecimiento de la mancha urbana (Smith et al., 1997). De igual manera se encuentran expuestas a fenómenos naturales como huracanes los cuales pueden tener un efecto catastrófico sobre la zona costera y las comunidades que los habitan. Uno de los principales problemas de origen antrópico es el vertimiento de aguas residuales municipales e industriales, la escorrentía de la agricultura, las obras de construcción y las áreas urbanas. Particularmente el vertimiento de aguas municipales y escorrentías agropecuarias tienen en efecto directo sobre el enriquecimiento de estos ecosistemas, ya que estas actividades incrementan el flujo de nutrientes orgánicos e inorgánicos pudiendo, según su magnitud y frecuencia ser factores o causales del proceso de eutrofización de la zona costera (Cifuentes et al., 1972).

En las últimas décadas se ha magnificado esta problemática y se ha observado un mayor impacto sobre la perdida de hábitats y de la biodiversidad. Una de las amenazas de mayor preocupación en los sistemas acuáticos es la eutrofización, ya que dicho proceso altera el equilibrio y funcionamiento natural de estos ambientes, afectando directamente los servicios ecosistémicos que estas áreas aportan. Las principales consecuencias de la eutrofización son, la proliferación exponencial de microorganismos fotosintéticos, la coloración verde-grisácea del agua, la disminución en las concentraciones de oxígeno disuelto (resultado de la descomposición de la materia orgánica). Es importante mencionar qué aunado al deterioro ambiental, el daño ecológico no solo pone en riesgo a las poblaciones y/o comunidades que habitan la zona, también podría representar un factor determinante en la pérdida del uso recreativo, turístico y doméstico del cuerpo de agua (Escobedo-Urías et al., 1999). Otros riesgos inherentes a la eutrofización de un sistema costero son la disminución de la calidad del agua e incluso ser vectores que afecten a la salud pública de la población expuesta.

La Ensenada La Paz en Baja California Sur, México, se caracteriza hidrodinámicamente por una comunicación permanente con la Bahía de La Paz, la que, con un régimen de marea mixta semidiurna renueva el agua de la laguna, con la proveniente de la bahía. Este intercambio de agua por las corrientes y mareas o flujos forzados por el viento por lo general evita la concentración de niveles de nutrientes que conducen a la eutrofización (Sandoval y Gómez-Valdez, 1997). Sin embargo, existen estudios como el realizado por López-Cortés et al. (2014) que han asociado florecimientos macroalgales a eventos dinámicos como lluvias intensas en la región, debido a la escorrentía pluvial.

Por otro lado, una de las aplicaciones más destacadas del empleo de imágenes satelitales en estudios ambientales es la posibilidad de seguir procesos dinámicos debido a la capacidad de estos sensores de captar información periódicamente durante espacios de años prolongados y a bajos costos (Gholizadeh et al., 2016). Las imágenes satelitales (Figura 1) son un sistema de adquisición de datos a distancia que está basado en las propiedades de la radiación electromagnética y en su interacción con los materiales de la superficie terrestre o marina, ya que todos los elementos de la naturaleza tienen una respuesta espectral propia que se denomina firma espectral. Las plataformas de observación portan sensores que son susceptibles de recibir y medir la intensidad de la radiación que procede del suelo en una cierta gama de longitudes de onda, y transformarla en una señal que permita localizar, registrar y digitalizar la información recibida.

Figura 1: Ejemplo de un sistema de teledetección

La aplicación de las imágenes satelitales para el monitoreo de la calidad del agua está limitado a la medición de parámetros espectrales del agua, debido a que los satélites pueden solamente generar datos a partir de la reflectancia y absorción de la superficie del agua. En este sentido, en el presente estudio se utilizarán imágenes pertenecientes al satélite de observación Sentinel 2, esto debido a que su resolución espacial es de 10 m y su resolución temporal es inferior a la tasa de recambio de la laguna. La siguiente imagen (Figura 2) consiste en mapas del comportamiento del estado trófico de la Ensenada La Paz para datos de campos medidos en el periodo octubre del 2018 a marzo del 2019. En ella se puede apreciar como el estado trófico de este sistema laguna cambia mensualmente, pasando de un estado oligotrófico durante los tres primeros meses del estudio (octubre-diciembre 2018) a una condición mesotrófica en los tres últimos meses de evaluación (enero-marzo 2019).

Figura 2: Estado trófico de la Ensenada La Paz. A) octubre 2018, B) noviembre 2018,

C) diciembre 2018, D) enero 2019, E) febrero 2019, F) marzo 2019

Es importante señalar que para la estimación de parámetros de calidad de agua a partir de imágenes de Sentinel 2 es necesario generar modelos matemáticos para cada parámetro a estimar (clorofila-a, turbidez, contenido de nutrientes) los cuales buscan relacionar la reflectancia de las bandas de las imágenes de satélite, con los valores medidos en el campo. En el presente estudio, el estado trófico de la Ensenada La Paz se estimará utilizando algunos algoritmos propuestos en la literatura especializada (Carlson y TRIX). Una vez obtenidos las estimaciones del estado trófico de la Ensenada La Paz con los datos in situ, entonces serán utilizadas las propiedades espectrales de las imágenes satelitales (Sentinel 2) para generar modelos matemáticos específicos para la Ensenada, los cuales permitirán una mayor cobertura espacial y temporal que las estimaciones puntuales en campo.

Mediante el desarrollo del presente proyecto se generará conocimiento sobre el estado trófico de la Ensenada lo que puede ser de gran utilidad para la comunidad científica y público en general. Es importante señalar que este estudio puede sentar bases para la implementación de un modelo de desarrollo sustentable incluyente del sector turístico, social y económico productivo como el caso del cultivo del molusco callo hacha el cual posee una alta demanda en los mercados locales y regionales.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

1. Caballero I, Roca M, Santos-Echeandía J, Bernárdez P, Navarro G. 2022. Use of the Sentinel-2 and Landsat-8 Satellites for Water Quality Monitoring: An Early Warning Tool in the Mar Menor Coastal Lagoon. Remote Sensing, 14(12): 2744. https://doi.org/10.3390/rs14122744
2. Cifuentes JL, Rodríguez R, Zarur A. 1972. Panorama general de la contaminación de las aguas en México. pp. 100-106. En: M. Ruivo (Ed.). Marine Pollution and Sea Life. Roma: FAO, Fishing News Books.
3. Escobedo-Urias D, Hernández-Real MT, Herrera Moreno M, Ulloa AE, Chiquete A.Y. 1999. Ciencia y Mar, 3(1): 17-27.
4. Herrera-Silveira J, Pech-Cárdenas M, Morales-Ojeda S, Medina-Gómez I, Ramírez-Ramírez J, Osorio-Moreno I, Camacho-Ibar V, Ávila López M, Hernandez-Ayon J. 2018. Base de datos para análisis de lagunas costeras en México. Elementos para Políticas Públicas, 2(1): 1-16.
5. Kjerfve B. 1986. Comparative Oceanography of coastal lagoons. pp. 63-81. En: Wolfe DA (Ed.), Estuarine Variability. California: Academic Press.
6. Gholizadeh MH, Melesse AM, Reddi L. 2016. A Comprehensive Review on Water Quality Parameters Estimation Using Remote Sensing Techniques. Sensors, 16(8): 1298. https://doi.org/10.3390/s16081298
7. López-Cortés DJ, Band-Schmidt CJ, Bustillos-Guzmán JJ, Hernández-Sandoval FE, Mendoza-Flores A, Núñez-Vázquez EJ. 2014. Condiciones ambientales durante un florecimiento de Cochlodinium polykrikoides (Gymnodiniales, Dinophyceae) en la Ensenada de La Paz, Golfo de California. Revista de Biología Marina y Oceanografía, 49(1): 97-110.
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9. Smith SV, Ibarra-Obando S, Boudreau PR, Camacho-Ibar VF. 1997. Comparison of Carbon, Nitrogen and Phosphorus Fluxes in Mexican Coastal Lagoons. LOICZ Reports & Studies No. 10, ii + 84 pp. LOICZ, Texel, The Netherlands.

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