El sedimento acumulado sobre el fondo de los ecosistemas acuáticos comprende una fase sólida y otra de agua. Esta última constituye entre un 20 y un 80% del peso del sedimento, dependiendo del tamaño y compactación de las partículas. Estas partículas pueden ser de origen alóctono, autóctono o autigénicas, ésto es, formadas en el sedimento mismo. También se distingue una fracción orgánica de otra inorgánica.
En la interfase agua-sedimento existe un transporte de materiales en ambos sentidos, proceso que puede afectar a las propiedades químicas de la columna de agua. El tipo de sedimento determina la presencia y abundancia del bentos y proporciona un registro histórico del cuerpo de agua y su cuenca. Las propiedades del sedimento varían horizontal y verticalmente, dependiendo fundamentalmente de la energía del agua de fondo. Las partículas menores a 1 milímetro se resuspenden fácilmente, formando con frecuencia una capa difusa llamada nefeloide (Arocena, 1999).
6.1.
MEDICIÓN Y MUESTREO DEL SEDIMENTO
El sistema de muestreo que se utiliza con más frecuencia para caracterizar el sedimento y su variación espacial en un cuerpo de agua es el de malla regular, por su sencillez y porque cubre de manera homogénea todo el área. Otros diseños son el determinístico y el aleatorio, que requieren un conocimiento previo del sistema. El número necesario de muestras distribuidas regularmente se obtiene aplicando la fórmula empírica de Häkanson y Jansson (1983), teniendo en cuenta el área superficial y el desarrollo de la línea de costa (que representa una medida indirecta de la rugosidad del fondo y, por lo tanto, de la heterogeneidad del sedimento). Las dimensiones de cada cuadrícula se obtienen dividiendo uniformemente el área entre el número de muestras obtenido. La malla puede ubicarse aleatoriamente sobre el mapa del lago y los sitios de muestreo en el centro de cada cuadrícula o parte de cuadrícula que queda incluida en la línea de costa.
Para el muestreo del sedimento, los equipos disponibles son las dragas y los corers. Las dragas son más apropiadas para sedimentos gruesos o mixtos con menos de 50% de agua, mientras que los corers o sacatestigos operan mejor en sedimentos finos o blandos, con más de 60% de agua.
Existen varios tipos de dragas, que pueden ser abiertas o cerradas. La más utilizada en los estudios de sedimentos y bentos es la draga Ekman (Downing, 1984). Consiste básicamente en una caja de bronce o acero inoxidable abierta arriba y abajo. Esta draga no es apropiada para sedimentos arenosos o de mayor tamaño de grano, porque limita la profundidad de penetración y obstruye su mecanismo de cierre. La draga Petersen consta de dos mandíbulas que se cierran automáticamente cuando su penetración en el sedimento libera la tensión en la cadena que las mantiene abiertas. Si bien opera en sedimentos más resistentes que la Ekman, su peso y la onda de presión resultante inducen a la pérdida de los sedimentos superficiales. La draga Ponar es una pieza versátil, apta tanto para sedimentos resistentes como para lodo, pero su exactitud varía con el tipo de sedimento. Las mandíbulas se mantienen abiertas mediante un gancho que es liberado al llegar al sedimento, cuando cesa la tensión sobre el cable de descenso. La propia tracción del cable hacia arriba cierra las mandíbulas.
Los corers son tubos largos y abiertos en sus extremos (normalmente de plástico o acrílico transparente) que penetran el sedimento por gravedad y luego se cierran herméticamente por arriba para evitar la presión hidrostática sobre la muestra, que de esta manera queda retenida en el tubo cuando es desenterrado y ascendido. Eventualmente, otro mecanismo lo cierra también por debajo asegurando la muestra de sedimento y agua sobrenadante durante el ascenso. Ofrece dificultades en el sedimento resistente, arenoso o de mayor tamaño de grano. Su operación puede ser manual, por buceo libre o mediante algún dispositivo. Entre sus muchas variantes, el Kajak y el Kajak- Brinkhurst son los más comunes. Una válvula, liberada al cesar la tracción del descenso cuando llega al sedimento, lo cierra por arriba, y su pequeña superficie de muestreo (entre 4 y 6 cm de diámetro) asegura una cohesión suficiente para que no se pierda el material obtenido, si éste es relativamente fino. El Phleger es un muestreador pesado, en el cual un tubo de acrílico se coloca dentro de una camisa metálica, lo que permite su penetración en un sustrato más duro y grueso. El Gilson está provisto de un mango largo, para su uso en aguas someras. La presión manual sobre el mismo facilita la penetración, y luego un simple giro activa el sistema de cierre por arriba. También se han diseñado corers múltiples, que reducen el esfuerzo de muestreo al obtener varias réplicas simultáneamente.
La utilización de corers transparentes permite una inspección ocular inicial del sedimento
in situ, en particular de su estructura vertical, y el registro de algunas características relevantes como el color, consistencia, tamaño de grano, composición, presencia de restos vegetales o animales y sus cambios en profundidad. Esto permite una clasificación directa, como la basada en Naumann (1931), que se resume en la Tabla 9.
1. Fracciones orgánica e inorgánica bien mezcladas, granos
pequeños.
a. Poco contenido orgánico, bien
oxigenado, gris o marrón grisáceo. GYTTJA b. Contenido orgánico alto, anaeróbico,
negro, olor a sulfhídridico. SAPROPEL
2. Fracción orgánica dominante, blando (como gel), color marrón sucio. DY
6.2.
PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS DEL SEDIMENTO
La propiedades físico-químicas del sedimento, que se estudian por su influencia en la dinámica del sistema lacustre, son: su granulometría, el peso seco y la porosidad, la materia orgánica, el potencial de oxidación-reducción, la demanda de oxígeno y los nutrientes.
La granulometría o tamaño de grano del sedimento presenta variaciones desde décimas de micra hasta metros. Influye en la composición del bentos y su conocimiento permite identificar procesos hidrodinámicos y determinar la capacidad para atrapar elementos. El tamaño medio se relaciona inversamente con el contenido de materia orgánica, el consumo de oxígeno y el número de bacterias. Horizontalmente, disminuye en los lagos con la profundidad, en lagunas costeras con la distancia al mar y en ríos aguas abajo, debido a la disminución de la energía del agua.
El peso seco permite, por diferencias, determinar el contenido de agua del sedimento. El contenido de agua debe interpretarse junto con el tamaño de grano, ya que puede tanto representar la porosidad o espacio libre entre los granos, como indicar una alta cantidad de agua ligada coloidalmente. La permeabilidad es la tasa de percolación de agua a través del sedimento y depende de la porosidad y del grado de interconexión entre los poros. El contenido de materia orgánica puede ser estimado mediante determinación del carbono orgánico por diversos métodos, como el análisis infrarrojo y la espectrofotometría. Sin embargo, la forma más sencilla y común es la pérdida de peso por ignición. Esta equivale, aproximadamente, al doble del contenido de carbono cuando las pérdidas son mayores al 10%. Como sólo se trata de una aproximación gruesa del contenido orgánico, siempre debe referirse como pérdida de peso por ignición.
El potencial oxidación-reducción mide la tendencia relativa de una solución a aceptar o donar electrones y se define como el logaritmo negativo de la actividad de los electrones. El potencial redox referido al electrodo de hidrógeno (Eh) es una medida de los electrones reactivos disponibles y, por tanto, del estado de oxidación o reducción del sistema. Este parámetro es un indicador de las condiciones aeróbicas, ya que por debajo de los +200
mV el oxígeno es prácticamente inexistente (<0,4 mg/l). La profundidad a la que se registra este valor en el sedimento varía con la oxigenación del agua sobrenadante, pudiendo incluso desplazarse hacia ésta en anaerobiosis. En tal caso, el fosfato y otros nutrientes son liberados del sedimento (carga interna). Otra profundidad de interés es la zona de discontinuidad redox o redoxclina, que corresponde al máximo gradiente vertical. El potencial redox debe corregirse para pH 7 porque disminuye 59 mV por cada unidad de aumento del pH. La temperatura tiene poca influencia, ya que al aumentar de 0 a 30°C, el Eh disminuye de +860 a +800 mV.
La demanda de oxígeno (DOS) de un sedimento no perturbado es una medida del metabolismo en la interfase agua-sedimento. Mide tanto la respiración de los organismos como la oxidación química. El predominio de un proceso sobre el otro varía con la oxigenación de la interfase de modo que, durante el período de anoxia, la DOS química supera a la biológica.
El método para su determinación consiste en la incubación en el laboratorio de una muestra de sedimento en el corer en que se colectó, por el que se hace circular un flujo cerrado de agua en el que se mide la concentración de oxígeno.
La concentración iónica en el agua intersticial es 1 a 3 órdenes de magnitud mayor que en agua sobrenadante, y presenta fuertes gradientes debido a su reducida movilidad. Su intercambio se favorece cuando las condiciones son anaeróbicas y por bioturbación. A su vez, la actividad del zoobentos aumenta la aireación del sedimento, favoreciendo el atrapamiento de los iones. La determinación del nitrógeno y fósforo total en sedimentos puede hacerse adaptando el método desarrollado para agua por Valderrama (1981).