Aguas costeras de isla de Pascua 5

DINÁMICA DE LAS AGUAS COSTERAS DE ISLA DE PASCUA*

DYNAMICS OF COASTAL WATERS OF EASTER ISLAND

JULIO MORAGA O.PABLO LAGOS S.

WILDO ARGANDOÑA C.

Departamento de Biología Marina,Facultad de Ciencias del Mar,

Universidad Católica del Norte.Casilla 117 Coquimbo, Chile.

E-mail: jmoraga@ucn.cl

Recepción: enero de 2003 – Versión corregida aceptada: junio de 2010.

RESUMEN

En la primera quincena de noviembre de 1999, se realizaron estudios oceanográficos en las proximidades de isla de Pascua, como parte del Crucero CIMAR 5 - Islas Oceánicas organizado por el Comité Oceanográfico Nacional (CONA). Se efectuaron estaciones hidrográficas con CTD, incluyendo estaciones repetidas día y noche alrededor de la isla y cortes hasta 20 millas de la costa. Se instalaron dos correntómetros y una cadena de termistores en 100 m de profundidad en el lado sur de la isla.

Los cambios térmicos registrados en las series de tiempo muestran el calentamiento diario, estacional y el inicio de estratificación en los primeros metros de la columna de agua; valores medios de corrientes de 6,2 cm/s con diferente dirección en 5 y 30 m de profundidad confirman la formación de dos capas. Se observa la presencia de una fuerte termoclina, haloclina y picnoclina entre 150 y 450 m. La aparición de aguas de menor salinidad en niveles superficiales se considera un indicador de una posible surgencia en el lado este de la isla. Se identifican tres masas de agua: Agua Central del Pacífico Sur, Intermedia Antártica y Profunda del Pacífico.

Los flujos geostróficos se dirigen al noreste a distancias mayores a 15 km de la isla, en el límite de la Contra Corriente Subtropical, los que coinciden con lo detectado por altimetría, y en dirección contraria en las cercanías de la isla.

Palabras clave: Isla de Pascua, corrientes costeras, masas de agua, geostrofía.

ABSTRACT

In the first fortnight of November 1999, oceanographic studies in the proximities of Easter Island were made, as a goal of the Crucero CIMAR 5 - Islas Oceánicas organized by the National Oceanogra-phic Committee (CONA). Hydrographic stations with CTD casts, including repeated stations day and night around the island and sections up to 20 miles of the coast were performed. Two currentmeters and one thermistor chain at 100 m depth on the Southern side of the island were moored. The thermal

* Proyecto CONA-C5I 99-10.

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changes in the time series show the daily and seasonal heating, and the beginning of stratification in the first meters of the water column; mean currents of 6.2 cm·seg–1 with different directions at 5 and 30 m depth confirm the formation of two layers. It is observed the presence of a strong thermocline, halocline and pycnocline between 150 and 450 m. Lower salinity at surface levels is considered a sign of a possible upwelling in the east side of the island. Three water masses were identified: South Pacific Central Water, Antarctic Intermediate Water and Deep Pacific Water, this last one partially observed because of limits of sampling depth. The geostrophic flows were to the northeast at 15 km of the island, as the oriental limit of the Subtropical Counter Current, in agreement with those detected by altimetry, and to the opposite direction on the proximity of the island.

Key words: Easter Island, coastal current, water masses, geostrophy.

INTRODUCCIÓN

Isla de Pascua (27º 10’S; 109º 20’ W), se encuentra ubicada a unos 3.750 km de distan-cia de Chile continental frente a Caldera, en la porción oriental central del Pacífico Sur. Es una isla de origen volcánico ubicada en el lí-mite de la Placa Pacífica y de Nazca, formando el límite oriental de una serie de elevaciones submarinas. La lejanía de isla de Pascua hace que cualquier tipo de estudio, en especial de las ciencias del mar, se torne muy costoso, deter-minando de esta manera un bajo conocimiento en esas áreas.

El Comité Oceanográfico Nacional (CONA) dependiente de la Armada de Chile consciente de esta situación realizó el Crucero de investiga-ción CIMAR 5 - Islas Oceánicas, con el objeto de conocer las condiciones oceanográficas alre-dedor de las islas de Pascua y Salas y Gómez.

Una revisión de antecedentes sobre los estudios oceanográficos alrededor de isla de Pascua es presentado por Moraga et al. (1999). El Atlas Oceanográfico de Chile (1996) descri-be la variabilidad mensual de la temperatura superficial del mar, señalando que en el mes de octubre la temperatura media es de 20 ºC, aumentando a 21,3 ºC en noviembre, con un claro ciclo estacional.

En el sector de isla de Pascua la Masa de Agua Subtropical encuentra sus máximas sa-linidades, con valores por sobre los 36 psu al norte de la isla, y toda el agua que la rodea y hasta los 300 m de profundidad es netamente subtropical (Silva, 1992). Esta masa de agua es

observada en los primeros 50 m, por límite de muestreo, en una capa homotermal y homosali-na (Olivares & Moraga, 1993).

Por otra parte, Moraga et al. (1999) señalan la posibilidad de que la isla cause una variación en los flujos en las proximidades de la misma, mostrando diferencias con la circulación geos-trófica definida con los lances de CTD hasta 1.500 m estimada por los mismos autores y que corresponde con los resultados obtenidos por autores como Reid (1997) en función de datos históricos y de la altimetría en fechas cercanas al muestreo. Esta circulación costera afectada por la topografía de la isla, inducida por el sistema de vientos, presenta la posibilidad de variaciones en escala de horas y días.

En este trabajo se presenta en primer lugar el análisis de las series de tiempo de la temperatu-ra y corrientes en 27º 11’ 58” S; 109º 23’ 10” W, luego se analizan las variaciones térmicas y/o salinas entre el día y la noche al sureste de isla de Pascua y finalmente, se describen las masas de agua presentes y la circulación geostrófica alrededor de la isla.

MATERIALES Y MÉTODOS

Entre 1 y 3 de noviembre de 1999, a bordo del buque oceanográfico de la Armada AGOR “Vidal Gormaz”, se realizaron 10 estaciones de lances de CTD alrededor de la isla repetidas de día y de noche (Estaciones 33, 34, 39, 40, 41, 46, 47, 52, 53 y 54, Fig. 1). Para la repetición se consideró que la estación sea realizada con luz de día y sin luz, sin tomar en cuenta el intervalo

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de tiempo transcurrido. Las estaciones estu-vieron a una distancia aproximada de 2 millas de la costa y en profundidades que fluctuaron entre los 140 y 560 m. Para ello se utilizó un CTD Seabird Modelo SBE25 (el cual incluye bomba y sensor de oxígeno), adosado a una roseta oceanográfica. Para la localización de las estaciones se utilizó un GPS Magellan X5000 perteneciente a la embarcación. La profundidad fue obtenida a través de un ecógrafo pertene-ciente al buque. Los datos de CTD son proce-sados de acuerdo al software del instrumento y corregidos según metodología estandarizada propuesta por CENDOC-SHOA (2000).

Además, se efectuaron cuatro secciones per-pendiculares entre sí de cuatro estaciones cada una alrededor de la isla con lances de CTD hasta 1.800 m de profundidad como máximo (Fig. 1). Como nivel de referencia para el cálculo de velocidades geostróficas se utilizó 1.000 m. El análisis de las masas de agua se realizó em-pleando los diagramas T-S, siguiendo los límites definidos por Silva & Konow (1975) y descritos por Fuenzalida et al. (2007) para la sección oceánica entre Caldera y la isla de Pascua. De las secciones efectuadas, se eligen dos para su descripción y de las estaciones, se presentan aquellas que muestran diferencia entre el lance diurno y nocturno. Las secciones y estaciones no descritas son similares a las presentadas.

Entre el 30 de octubre y el 11 de noviembre de 1999, se instalaron en el sector sudoeste de la isla (27º 11’ 58” S; 109º 23’ 10” W) dos co-rrentómetros a 5 y 30 m de profundidad respec-tivamente, y una cadena de termistores marca Aanderaa a una profundidad de 100 m con un set de sensores equidistantes cada 10 m, estan-do el primero en superficie. Los intervalo de registro de todos los equipos fueron 30 minu-tos. (Obs. El límite de registro de temperatura de la cadena de termistores era 21,5 °C, razón por la cual los termistores superficiales dejaron de registrar cuando la temperatura superó ese valor). El correntómetro instalado a 5 m fue un Sensordata 6000 y a 30 m un Aanderaa RCM7, equipados con sensor de temperatura (Fig. 1).

Los datos vectoriales de corrientes fueron presentados como vectores progresivos para su análisis. Para obtener los parámetros residuales

de temperatura se utilizó un filtro Gauss - Lan-czos de 35 h que elimina oscilaciones de alta frecuencia (componentes de marea semidiurna, diurna e inercial) dejando solamente las oscila-ciones con períodos mayores de 35 horas. Los datos de vientos corresponden a la estación del Aeropuerto y son proporcionadas por la Dirección Meteorológica de Chile y descritas por Lagos (2002).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Series de tiempo de corrientes y temperatura

Los datos de corrientes presentaron magni-tudes promedio muy similares (6,2 cm·seg–1 a 5 m y 8,2 cm·seg–1 a 30 m). Los vectores pro-gresivos de corrientes mostraron a los 5 m una dirección resultante hacia el sudeste (136º), la que primero se dirige a la costa y posterior-mente va alejándose de la isla, posiblemente como respuesta al viento local del noroeste (Fig. 2a y b). A los 30 m se obtuvo una direc-ción resultante hacia el noreste (31º) siguiendo la dirección de las isóbatas. La diferencia en dirección entre ambos flujos hace suponer la presencia de dos capas.

Estas mediciones de corrientes de corto pe-ríodo son las primeras observaciones obtenidas en aguas costeras de la isla. Los valores están afectados por la ubicación, ya que es uno de los pocos lugares donde existe una pequeña plata-forma, protegida por la isla, y la profundidad modifica los flujos.

Los datos de temperatura en la cadena de termistores y correntómetros mostraron en este corto período un incremento de la temperatura y del gradiente vertical (Fig. 3a). La variación de la capa superficial está en relación al au-mento de la radiación solar propio de la prima-vera, tal como lo experimentó la temperatura del aire del aeropuerto Mataveri (Lagos, 2002). Es evidente en el registro de las temperaturas sin filtrar la variación diaria con un incremento del orden de 2 ºC a 5 m desde mediodía, y un rango menor en los 30 m.

Las temperaturas registradas en los co-rrentómetros (Fig. 3b) mostraron variaciones

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Fig. 1: Área de estudio. Posición de estaciones hidrográficas y del anclaje de correntómetros y cadena de termistores.

Fig. 1: Study Area. Position of hydrographics stations and mooring of currentmeters and thermistor chain.

similares a las encontradas en la cadena de termistores desde 21 ºC a 22,2 ºC a los 5 m, y de 20,5 ºC a 21,2 ºC a los 30 m. El incre-mento de las temperaturas observadas a 5 m en 11 días corresponde con el rango de variación mensual en los valores históricos mostrados por el SHOA en el Atlas Oceanográfico de Chile (1996) para los meses de octubre y noviembre, aunque el valor inicial es un grado superior en este registro. Se aprecia un incremento del gra-diente entre las series, lo que puede explicarse por la falta de mezcla debido a la presencia de vientos del noreste, de la cual está protegida el área de anclaje (Rutllant 2000) y debido a las corrientes que presentaron diferente dirección.

Hidrografía de las estaciones costeras alrede-dor de la isla

Se eligieron las estaciones 34, 39 y 40 ubi-cadas al sureste de la isla por mostrar variacio-nes térmicas y/o salinas a intervalos del orden de 14 horas (Figs. 4 y 5).

Cambios en el gradiente vertical de tempe-ratura se observaron en la estación 34, pasan-

do de una capa de mezcla hasta un gradiente mayor de 1,0 °C en 100 m para la noche. Sin embargo la estación 40 presenta variaciones bajo la capa de mezcla (Fig. 4).

Los cambios salinos (0,03 psu) se pre-sentaron en la estación 39 a nivel de los 15 primeros metros, disminuyendo en la noche; una situación similar se observó en la esta-ción 40 con rango menor tanto en el cambio salino como profundidad involucrada (Fig. 5). Al comparar los gráficos T-z y S-z para la estación 40, podría interpretarse como cambios asociados a onda interna (Fig. 4 y 5). El gradiente vertical de densidad de esta estación mostró inestabilidad bajo la capa de mezcla tanto en el día como en la noche (figura no incluida). Es posible que haya pro-cesos de doble difusión con la formación de dedos de sal (Salt finger), debido a que aguas cálidas y salinas se ubican sobre aguas frías y menos salinas (Tsuchiya & Talley, 1998).

Los cambios de la salinidad observados en la capa superficial no se pueden explicar por aportes de agua dulce de la isla o lluvia. Una

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Fig. 2: a) Superior, diagrama de los vectores progresivos de corrientes a 5 y 30 m de profundidad (Escala 3,5 km). b) Diagrama de la variación de temperatura y velocidad de las corrientes a 5 m sin filtrar, correntómetro SD (Sensor Data). c) Inferior, diagrama de temperatura y velocidad de las corrientes a 30 m, correntómetro RCM7 (Aanderaa).

Fig. 2: a) Top, progressive vector diagram of the currents at 5 and 30 m depth (scale 3.5 km). b) Middle, temperature variations and vector velocity at 5 m depth without filter of the currentmeter SD (Sensor Data). c) Low, temperature variations and vector velocity at 30 m depth without filter of the cur-rentmeter RCM7 (Aanderaa).30 m depth, and temperature of currentmeter without filter.

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posible explicación sería la presencia de surgencia en ese sector de la isla, puesto que hay aguas de menor salinidad en los 70 m y los vientos eran del norte durante los días de muestreo. Por otra parte, el sector este de la isla es donde se encontraron las mayores concentraciones de zooplancteres (Mujica & Espinoza, 2000).

Cortes hidrográficos

En general los mayores valores de tempe-ratura de la capa superficial se localizaron a distancias por sobre 15 km desde la isla en los sectores noreste y sudoeste de ésta, y los me-nores valores en sus cercanías.

Fig. 3: Series de tiempo de temperatura registradas y filtrada a) cadena de termistores b) correntómetros.Fig. 3: Time series of temperature registered and filtered by: a) thermistor chain b) currentmeters.

En los cuatro cortes realizados se observó la termoclina permanente entre los 150 m y 450 m de profundidad, la cual presentó un gradiente térmico vertical de 0,037 ºC·m–1. Un ejemplo de esto se muestra en la figura 6a. Moraga (1999) encuen-tran en otoño la termoclina permanente entre los 115 y 400 m con un gradiente térmico ver-tical de 0,04 ºC·m–1. El centro de la termoclina se ubicó a 325 m concordando con lo descrito con Wyrtki (1964) para esta zona.

Las secciones no mostraron una capa de mezcla bien definida, no encontrándose aguas homotermales como lo describieran Olivares & Moraga (1993) y Moraga (1999). La falta de esta capa de mezcla puede explicarse por la escasa

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Fig. 4: Perfil vertical de temperatura a) estación 34 b) estación 40.Fig. 4: Temperature profile a) station 34 b) station 40.

Fig. 5: Perfil vertical de salinidad a) estación 39 b) estación 40.Fig. 5: Salinity profile a) station 39 b) station 40.

acción forzante del viento, ya que durante el período de muestreo se observó una relajación de los vientos, alcanzando solo magnitudes de 5 m·s–1. Durante este experimento, la capa de mezcla existente en los meses fríos estaba des-apareciendo y, por lo tanto, se estaba formando la picnoclina estacional, lo que se puede obser-var en la distribución vertical de densidad, mos-trando un suave gradiente en los primeros 150 m (Fig. 6c). Este proceso podría verse afectado por la acción del viento fuerte, oleaje intenso, agentes que no se observaron en este estudio.

La estructura salina presentó valores super-ficiales por sobre los 36 psu concordando con Reid (1997) y Moraga (1999) (Fig. 6b). Al igual que la distribución térmica se destacan los ma-

yores valores a distancias por sobre los 15 km desde la isla en los sectores noreste y sudoeste. Se presentó una bien definida haloclina en los cortes entre los 100 y 450 m. Bajo la haloclina la salinidad decrece hasta un mínimo de 34,3 psu a 750 m aumentando posteriormente hasta 34,5 psu a 1.400 m.

La densidad potencial responde a la distri-bución térmica y salina. Se observó una picno-clina entre los 180 y 450 m (Fig. 6c), también descrita por Moraga et al. (1999).

Masas de agua

Se identificaron tres masas de agua entre la superficie y los 1.800 m de profundidad

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Fig. 6: Distribución vertical de condiciones oceanográficas de sección este a) temperatura b) salinidad c) densidad potencial.

Fig. 6: Vertical section of oceanographic conditions of East section a) temperature b) salinity c) potential density.

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Fig. 7: Diagrama T-S en estaciones sección este.Fig. 7: T-S diagram of stations East section.

Fig. 8: Topografía dinámica y circulación geostrófica de una porción del Pacífico Suroriental correspon-diente al ciclo 262 (25 octubre al 4 de noviembre de 1999) del satélite TOPEX-POSEIDON.

Fig. 8: Dynamic topography and geostrophic circulation of a portion of the Southeastern Pacific corresponding to cycle 262 (25 October to the 4 of November 1999) of satellite TOPEX-POSEIDON.

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Fig. 9: Patrón general de circulación geostrófica media de la capa 0-200 m alrededor de isla de Pascua (1.000 m como nivel de referencia).

Fig. 9: General pattern of mean geostrophic circulation of the layer 0-200 m around Easter Island. (refered to 1000 m level of no motion).

(Fig. 7). Entre la superficie y 350 m aproxi-madamente se observó el Agua Central del Pacífico Sur (SPCW), descrita por Pickard & Emery (1982) y Moraga et al. (1999), la cual se caracterizó por poseer altos valores de temperatura (>18 ºC) y alta salinidad, la que también ha sido descrita para esta zona por Silva (1992), Moraga & Olivares (1996) quienes la denominan Agua Subtropical. Esta masa de agua es difícil de distinguir (Pickard & Emery, 1982) y se caracteriza por presentar además bajas concentraciones de nutrientes, como lo describieron Olivares & Karl (2000). Tsuchiya & Talley (1998) la describen como Agua Tropical caracterizada por altos valores de temperatura y salinidad y bajas concentra-ciones de nutrientes, ubicada latitudinalmente entre los 10º S y 34º S. Fuenzalida et al. (2000) describieron esta masa de agua entre isla de Pascua y hasta los 82º W entre la superficie y los 250 m, siendo reemplazada desde esa longitud por la masa de agua Subantártica.

A profundidades medias (350-1.000 m) se identificó el Agua Intermedia Antártica (AIAA), asociada al mínimo salino registrado

de 34,3 psu, descrita anteriormente por Reid (1973), Moraga et al. (1999) y por Mamayev (1975) quien le asigna un origen antártico. Esta agua presenta además un aumento en los contenidos nutrientes, lo cual ha sido reportado por Olivares & Karl (2000). Esta agua formaría parte de una extensión del AIAA del giro sub-tropical. Tsuchiya & Talley (1998) sugieren que una pequeña parte del AIAA del giro subtropi-cal derivaría desde aguas del modo subantártico formadas en la costa de la zona sur de Chile.

Bajo el mínimo salino comienza un leve aumento en salinidad, lo que corresponde al Agua Profunda del Pacífico (APP), caracteri-zada en este estudio por temperaturas de 1,5 ºC y salinidades del orden de 34,6 psu. Es probable que el núcleo se encuentre a mayores profun-didades, lo cual no pudo ser verificado ya que la profundidad máxima de muestreo fue de 1.800 m.

Circulación

Para tener una visión a gran escala de los flujos geostróficos en el Pacífico Sur, se presen-

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ta la topografía dinámica obtenida del satélite TOPEX-POSEIDON para el ciclo 262 (Fig. 8). En las proximidades de la isla de Pascua, se observa un flujo predominante dirigido al noreste como parte de un giro subtropical, alejado del flujo al este centrado en los 40° S correspondiente a la Corriente de Deriva del Oeste. Se distingue la terminación oriental de la contracorriente subtropical (CCST) (Qiu & Chen, 2004) que fluye hacia el este, centrada en 25º S entre 150º-110º W. Esta topografía dinámica es diferente a la observada en mayo de 1994 por Moraga et al. (1999), cuando los flujos se dirigían al NNE en el sector de la isla.

En la figura 9 se presentan los flujos es-timados por geostrofía en la capa de 0 a 200 m promediados, pero teniendo como nivel de referencia los 1.000 m. La isla de Pascua aparece interrumpiendo el flujo noreste que presenta la altimetría, provocando una sepa-ración de las corrientes (Corte de estaciones 49-50-51; y corte 55-57-58). Sin embargo cerca de la isla en el sector norte y noreste se estimaron flujos divergentes (estaciones 48-49 y 42-43-44). Este comportamiento de los flujos en la proximidad de la isla es similar al observado en mayo 1994 por Moraga et al. (1999), puesto que a mayor distancia de 10 km había flujos al noroeste, pero cerca de la isla los flujos eran en dirección contraria. Estos cambios pueden mostrar la influencia de la isla en la circulación en una escala del orden de los 10 km, y fuera de esa área, la circulación es parte del giro subtropical del Pacífico Sur.

Los vientos observados durante los días de muestreo fueron del norte (Lagos, 2002), situación que contrasta con los vientos de días anteriores durante el transecto oceánico del Crucero (Rutllant et al., 2000).

CONCLUSIONES

Las cortas series de tiempo mostraron un in-cremento de temperatura en la capa superficial, propio de la primavera y variaciones diarias del orden de 2 ºC en horas de la tarde. Los va-lores de corrientes (6-8 cm·seg–1), registrados

en el área sur, muy cerca de la costa, son los primeros reportados para el área.

Variaciones térmicas y salinas entre el día y la noche plantean la hipótesis de una posible surgencia en las proximidades de la isla.

La presencia de tres masas de agua en los límites de observación confirma lo señalado en investigaciones anteriores.

Flujos geostróficos al noreste a distancias mayores de 15 km muestran que la isla no afectaría la circulación general del Pacífico, como el límite oriental de la Contra corriente subtropical.

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