PLAYAS DE ARENA • Interfase dinámica entre el mar y la tierra • 2 componentes: 1) Playa + Zona de barrido de la ola 2) Dunas • Cada componente funciona tiene su biota propia y cierta independencia con respecto al otro • Ambos se unen en una unidad geomorfológica: ZONA LITORAL ACTIVA • Zona Litoral Activa (ZLA): intercambio de arena Î equilibrio dinámico • Límites de ZLA: Inferior Î 5-15 m, profundidad máxima a la cual la arena es transportada por las olas Superior Î DUNAS, hasta final de transporte de arena por el viento 1) Playa + Zona de barrido de la ola: biota marina / zona controlada por ola 2) Dunas: biota terrestre / zona controlada fundamentalmente por viento

PLAYAS – ECOSISTEMAS – ZONA LITORAL ACTIVA

ZONA LITORAL ACTIVA

FUNCIONES DE PLAYAS ARENOSAS • Actúan como zona buffer entre el mar y la tierra, atenuando efecto de eventos climáticos extremos • Regulan el presupuesto de arena mediante un intercambio dinámico entre la playa y las dunas, determinando un mecanismo auto-regulador de protección y preservación • El mantenimiento del balance en el presupuesto de arena determina un “auto-ajuste” en la posición del nivel superior del mar en la playa

PLAYAS Î SISTEMA DINÁMICO • Arena transportada por movimientos de agua y viento • Interacción duna – playa Î intercambio de material 9Arena 9Humedad 9Sal 9Material orgánico vivo y muerto

• Estos cambios controlan o influencian desarrollo de la vegetación y comunidades animales • La estructura de la duna depende de esta dinámica

Ecosistemas vulnerables •

DUNAS: muy sensibles a impactos – Construcción de puentes y casas – Remoción de arena – Estabilización/desestabilización

•

PLAYA – – – – – –

Pesca Descarga de efluentes Derrames de petróleo, en playas protegidas o con poca dinámica Endurecimiento Construcciones Turismo: capacidad de carga: • Ecológica: interferencia, impacto en especies • Social: máximo nivel de uso • Física: gente, botes, autos

COMPONENTES CLAVES DE LA PLAYA y ESCALAS

ECOSISTEMA TERRESTRE - DUNAR MORFOLOGÍA

ECOSISTEMA PLAYA - ZONA DE SURF PLAYA SUB AÉREA

ZONA DE BARRIDO

Zonación según procesos de la ola Zona de swash

Cresta Duna

“NEARSHORE ZONE”

PLATAFORMA CONTINENTAL

Zona de formación de la ola

Zona de barrido

ZONA DE BARRIDO Zona de swash

Punto de rompiente

Valle

Línea de costa

Canal

Banco

1-30 m

50 – 100 m

~

100 m

~

1 a 2 km

VARIABLES AMBIENTALES EN PLAYAS ARENOSAS

•

Variables granulométricas (grano)

•

Pendiente

• • • • • • • • • •

Penetrabilidad

• Morfodinámica • Exposición

Clima de swash Ancho de zona de swash Ancho de playa Altura y periodo de la ola Contenido de agua en sedimento Orientación Materia orgánica

“El super-parámetro que controla la ecología de playas es la acción de la ola. ola Ésta dirige, directa o indirectamente, los procesos relacionados con las interacciones entre tamaño de grano, clima de ola o swash y régimen de marea” McLachlan & Brown (2006)

Temperatura Salinidad

MORFODINÁMICA DE PLAYAS •

•

•

•

•

Morfodinámica es producto de la interacción de tres factores: mareas, olas y tamaño de grano Interacción produce rango de tipos morfodinámicos que va desde playas reflectivas micromareales a playas disipativas macromareales 3 tipos principales de playa: disipativas, intermedias y reflectivas No existe un límite discreto entre tipos de playa, sino un gradiente Extrema variación temporal: muy dinámica

REFLECTIVAS

DISIPATIVAS

Pronunciada (> 4º)

Suave (< 2º)

> 0.5 mm

3

NO

SI

FUERTE

POCA

Pendiente Tamaño de grano Tipo de ola

BARRAS CORRIENTES RESACA

Morfodinámica

Reflectiva: ola pequeña c/largo período arena gruesa pendiente fuerte sin zona de surf acreción cortos períodos swash pequeño rango swash energía ola reflejada olas rompen directo

Disipativa: ola alta c/corto período arena fina pendiente suave amplia zona de surf erosión largos períodos swash amplio rango swash energía ola disipada

MORFODINÁMICA PLAYAS DE CANTOS RODADOS EXTREMO REFLECTIVO MÁS RIGUROSO: un desierto en la costa

MORFODINÁMICA

REFLECTIVA

ÍNDICES COMPUESTOS DE ESTADO MORFODINÁMICO Parámetro de Dean (Short & Wright 1983):

< 2: playas reflectivas 2 < Ω < 6: playas intermedias > 6: playas disipativas

Ω=

A W ⋅P

A: altura de ola W: tamaño de grano por velocidad de caída sedimento P: período de ola (en segundos)

Beach Deposit Index (Soares 2003):

1 a BDI = ⋅ P Mz

P: pendiente de la playa A: constante que denota mediana de tamaño de grano (1.03125mm) Mz: tamaño de grano en mm

Beach Index (McLachlan & Dorvlo 2005):

⎛ Mz ⋅ RM ⎞ BI = log 10 ⎜ ⎟ P ⎝ ⎠

Mz: tamaño de grano unidades de φ + 1 RM: rango mareal P: pendiente de la playa

16

Aguada Barra del Chuy

Frecuencia (olas por minuto)

15

Relación olas – morfodinámica

J Ignacio

URUGUAY

P Verde

14

S Isabel

Achiras

Playas disipativas poseen menor período (tiempo entre olas) y mayor frecuencia (olas/minuto) que las reflectivas

13 P Diablo S Mónica

12 Arachania P Negra La Baguala Costa Azul P Hermosa

11 10

P Honda

disipativas

reflectivas

9 3.6 3.8 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 5.8 6.0 6.2 6.4

disipativas

Período de ola (s)

7

7

disipativas

reflectivas

Barra del Chuy

Barra del Chuy

6

6 Aguada

Achiras

5 P Hermosa

4

J Ignacio P Verde Costa Azul

3

P Diablo S Mónica La Baguala

S Isabel

Arachania

Parámetro de Dean Ω

Parámetro de Dean Ω

reflectivas

5

Aguada

Achiras P Hermosa

4

J Ignacio P Verde Costa Azul

3

P Diablo S Isabel

S Mónica Arachania

La Baguala

2

2 P Honda

P Negra

P Negra

1 9

10

11

12

13

14

Frecuencia (olas por minuto)

15

16

1 3.6

4.0

4.3

4.8

5.0

Período de ola (s)

5.6

P Honda

5.9

6.4

MORFODINÁMICA – PLAYAS DE URUGUAY

REFLECTIVA Las Grutas

MORFODINÁMICA – PLAYAS DE URUGUAY

REFLECTIVA Arachania

MORFODINÁMICA – PLAYAS DE URUGUAY DISIPATIVA Barra del Chuy

Gradiente morfodinámico Si bien existe una categorización discreta, no existen réplicas de una playa sino un continuo de estados Una misma playa puede variar en el corto plazo de un estado morfodinámico a otro

PLAYAS DE URUGUAY: MORFODINÁMICA

reflectiva

2.1

Índice de Playa (BI)

1.9 1.7

BC AG

1.5

AC

JI

1.3

PD AR SI SM

1.1

intermedia

0.9

1

2

3

4

disipativa

5

6

7

8

Parámetro de Dean (Ω) AR: Arachania

JI: José Ignacio

SM: Santa Mónica

AG: Aguada

SI: Santa Isabel

BC: Barra del Chuy

PD: Punta del Diablo

AC: Achiras

Celentano & Defeo 2006

Variables sedimentológicas correlacionadas entre sí, generando un tipo morfodinámico único para cada playa Grain size (mm)

2

a

b

2

R = 0.95 ***

R = 0.95 ***

R = 0.57 *

y = a x -b

y = a x -b

y = a x -b

34 27 20

a

30

b f

1/Slope

f

2

R = 0.77 ** y=a+bx

20

1/Beach face slope

10 12 10 8 3.7 3.1 2.5 14 11 8

c g

d h

e i

0.30 0.48

2

j

20

30

R = 0.98 ***

R 2 = 0.54 y=a+bx

j 2

R = 0.77 ** y=a+bx

e

2

R = 0.89 ** y = a x -b

g

m

l

d

2

y = a x -b

Swash width (m)

k

20 27 34 10

c

h R2 = 0.67 * y=a+bx

R2 = 0.76 * y=a+bx

l

k

2

R = 0.99 *** y=ax

i

b

2

R = 0.93 *** y=a+bx

n

m R2 = 0.65 * y=a+bx Compaction (kg ·cm2)

n

o

8 10 12

2.5 3.1 3.7

R2 = 0.76 * y=a+bx

o 2

R = 0.89 ** y = a e bx Water content (%)

Defeo & Gómez 2005

Escalas espaciales: definición Macroescala: • Variaciones latitudinales – biogeografía • Variaciones en playas con diferente morfodinámica • Metapoblaciones compuestas por subpoblaciones discretas conectadas a través de dispersión larval Mesoescala o escala intermedia: • Variaciones longitudinales o transversales en una playa • Subpoblaciones en una metapoblación Microescala o pequeña escala o escala de cuadrante: • Vecindario de individuos: interacción entre ellos y con ambiente Acoplamiento físico-biológico operando a diferentes escalas de espacio y tiempo Rol de historias de vida para evaluar la magnitud de mecanismos y procesos alternativos Defeo & McLachlan 2005

TEST FALSIFICACIONISTA

OBSERVACIONES

Patrones en espacio y tiempo

COMPONENTES

MODELO

Explicaciones / teorías

Para falsificar hipótesis científicas debe guardarse consistencia en escalas en los métodosescenarioshistorias de vida y procesos a evaluar

Mejorar modelo

HIPÓTESIS

Predicciones basadas en el modelo

HIPÓTESIS NULA Opuesto lógico a la hipótesis

EXPERIMENTO Test de hipótesis nula

INTERPRETACIÓN

Retiene Ho Rechaza HA y modelo

Rechaza Ho Retiene HA y modelo

Escalas de espacio y tiempo Correlación Flujo genético

-

Dispersión larval Reproducción

Asentamiento Fertilización - DD

+

# réplicas # controles duración

Experimentación CONSISTENCIA en escalas de análisis y falsificación de hipótesis entre variables de respuesta y de control ESCALAS NO SON INDEPENDIENTES: diferentes procesos operando en diferentes niveles organizacionales a diferentes escalas de espacio y tiempo Individuo-Población-Comunidad-Ecosistema

Macroescala: comunidades Latitud - morfodinámica

Riqueza de especies aumenta de playas templadas a tropicales Biomasa y abundancia decrece de playas templadas a tropicales Los 3 descriptores aumentan de playas reflectivas a disipativas Biomass: g·m-1

Species richness

High

5

Low

Warm

Subtropical

50

0

0

50

20

15

10

temperate

0 50

5

High I

D UD TF

Beach Index

-

0R

Low -

Tropical -

Latitude

Temperate

4 0R

I

D UD TF

4

Beach Index Defeo & McLachlan 2005

Macroescala: comunidades

Modelo/explicación de observaciones: RIGUROSIDAD AMBIENTAL Condicionamiento físico: adaptaciones del macrobentos al CLIMA DE SWASH determina variaciones en abundancia y diversidad (McLachlan 1988) Hipótesis Autoecológica Noy-Meir (1979) adaptada por McLachlan (1990):

El ambiente riguroso en playas arenosas implica que sus comunidades estén físicamente controladas, mediante la respuesta individual de las especies que las integran, siendo mínimas las interacciones biológicas (competencia)

Hipótesis de Exclusión del Swash El clima de swash y condiciones rigurosas en playas reflectivas determina una disminución progresiva de especies, donde solo las formas supralitorales tienden a permanecer en el extremo reflectivo

PREDICCIÓN Riqueza de especies decrece con aumento del tamaño de grano y pendiente, y aumenta con rango mareal, indicando aumento de la riqueza y diversidad ecológica desde playas reflectivas micromareales hacia playas disipativas macromareales

McLachlan & Dorvlo 2005

Macroescala Uruguay Análisis de playas oceánicas con diferente morfodinámica

Defeo et al. 1992

Macroescala Uruguay Comunidades Congruencia con patrón mundial global: aumento de la densidad total de playas reflectivas a disipativas Descriptores físicos: Pendiente Tamaño de grano

Macroescala Uruguay BRAZIL URUGUAY RIVER

URUGUAY

PARANA DELTA

RIO DE

EAN OC C I T AN ATL

LA

ARGENTINA

PL AT A

35° 50km

55°

Análisis de macroescala de playas con diferente morfodinámica a lo largo del gradiente salino del Río de la Plata Lercari & Defeo 2006

4

0

0

112

108

197 203 257 260 267 350 356 378

197 203 257 260 267 350 356 378

139

4

139

8

125

12

125

112

8

108

0

51

4

52

8

2

0

378

356

350

267

260

257

203

197

139

125

112

108

52

51

2.8

52

12

2

0

0

10

Período Wave period de ola (s) (seg)

20

51

16

Tamaño de grano (ø)

378

356

350

267

260

257

203

197

139

125

112

108

52

51

2

30

2

12

Parámetro de Dean

378

356

350

267

260

257

203

197

139

125

112

108

52

51

2

0

Pa Pe Ho Ve Ca Lb Ph Pn Sm Ji La Ar Si Pd Ac Bc

0

378

356

350

267

260

257

203

197

139

125

112

108

52

16

51

2

0

. Salinidad 40

0

Ancho swash (m) 20

Salinidad

Pendiente (cm·m-1)

Macroescala Uruguay

Salinidad: aumento exponencial hacia Barra del Chuy Morfodinámica: aumento de “disipatividad” hacia Barra del Chuy 30

Pa Pe Ho Ve Ca Lb Ph Pn Sm Ji La Ar Si Pd Ac Bc

20

10

0

2.4

2.0

1.6

1.2

0.8

0.4

Lercari & Defeo 2006

Diversidad ecológica, riqueza de especies y abundancia aumenta de playas estuarinas reflectivas a playas oceánicas disipativas

10

(a)

10

y =y8.8 - 0.26 x x = 8.8 - 0.26 R =R- =0.71*** - 0.71***

8

2

y = 7.9 - x + 0.03 x 8

6

6

4

4

2

2

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

0

4

6

8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

Salinity range

Mean salinity 10

10 2

y = 4.0 - x + 0.1 x 8

2

R = 0.73***

b

a

0 10

Mean number of species

Macroescala: Uruguay

2

-0.1x

yy==5.6 5.6ee

R = 0.83***

R = - 0.32**

8

6

6

4

4

2

2

c 0 0

2

4

6

8

10

12

d 14

0 1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Slope (%)

Swash width (m) 10

10

y = 0.04 +1.1x

0.22·x 0.22·x

y = 1.13 e R = 0.73***

8

8

6

6

4

4

R = 0.74***

Barra Chuy 2

2

e 0

0

1

2

3

4

5

T (s)

6

7

8

f 9

0 1

2

3

4

5

6

Ω Ω Dean´s parameter

Salinidad: variable agregada que afecta al ambiente y a la fauna Lercari & Defeo 2006

7

Poblaciones: HIPÓTESIS DE SEVERIDAD DE HÁBITAT (HHH) Predicciones de HES se amplían para dar cuenta de procesos poblacionales

HIPÓTESIS DE SEVERIDAD DE HÁBITAT: En ambientes rigurosos (playas reflectivas) los organismos invierten más energía en mantenerse, por lo cual se predice que en playas reflectivas las poblaciones tendrán: – Menor abundancia, incluyendo reclutas y reproductores – Menor sobrevivencia, masa corporal, fecundidad, crecimiento – Menor talla de madurez

Gómez & Defeo 1999, Defeo et al. 2001, 2003; Defeo & Martínez 2003

Macroescala - poblaciones: Morfodinámica – poblaciones – historias de vida - HHH Tatucito Intermareal Larva planctónica

Anfípodo talítrido Supralitoral Desarrollo directo

Patrones contrastantes!!!!!

HHH retenida Bar

SI SM 900 Ach

600 Ara 300

PD JI Bar

0 2

4 Dean’s parameter Ω

Defeo & Gómez 2005

6

Abundance (ind·m-1)

Abundance (ind·m-1)

HHH rechazada 6000

Agu

4000 JI

Ach

2000 SI

0

Ara SM PD

2

4

6

Dean’s parameter Ω

Varias especies y playas muestreadas por 2 años

Celentano & Defeo 2006

Macroescala: SM SI

70 60 50

Ach

Ara

40

JI

30

Bar

20 6

10.4

Mean ovigerous size (mm)

Ovigerous females (ind·m-1)

80

8

10 12 Water content (%)

14

SI

Largest female (mm)

Ovigerous females (ind·m-1)

Morfodinámica – poblaciones – historias de vida

10.2 JI

10.0

Ara SM Ach

9.6 9.4 9.2 9.0 15

20

25 30 1/Slope

35

Ach 20 10 SI PD

0

JI

Ara SM

40 30

80

120 BDI

160

Bar Agu Ara

25

Ach

SI

200

PD

150 Ach 100

JI

50

Ara

Bar

No reproducción No reclutamiento Tallas pequeñas

JI 15

SM 0.20

0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 Organic matter content (%)

2

Defeo & Gómez 2005

Agu 2000

4

6 8 10 Beach face slope

12

Poblaciones receptoras?

Ach 1000

Bar

HHH retenida JI

0

0

Playas reflectivas

20

40

SM

200

PD

SI

300 250

Bar

30

Bar

Megalop (ind·m-1)

HHH rechazada

9.8

10

Juveniles (ind·m-1)

FALSIFICACIÓN DE HIPÓTESIS: Modelación de Gradientes

PD

Agu

40

Ara

SI

SM PD 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Mean sand particle size (mm) Celentano

& Defeo 2006

Macroescala: Morfodinámica – poblaciones – historias de vida

Hipótesis de Seguridad de Hábitat

Hipótesis de Severidad de Hábitat

Playas micromareales reflectivas constituyen hábitats más estables y seguros para especies supralitorales, pues los riesgos de inmersión son sustancialmente menores que en playas disipativas

Especies que viven en zona de swash o zonas de influencia de ésta Fitness aumenta de playas reflectivas a disipativas Playas reflectivas: organismos derivan más energía para mantenerse en condiciones cambiantes: menor abundancia, talla, masa, crecimiento, longevidad, fecundidad, output reproductivo y sobrevivencia.

Defeo & Gómez 2005

Defeo et al. 2001, 2003

Poblaciones: evaluación de predicciones de HHH Supralitorales: no se cumplen

Intermareales: se cumplen en mayoría

Macroescala: morfodinámica-historias de vida Size-beneficial habitat Size-detrimental habitat

Hipótesis de favorabilidad ambiental

• Control físico en ambientes rigurosos (reflectivas), donde el reclutamiento es exitoso solo en años ambientalmente favorables

BIOLOGICAL CONTROL

PHYSICAL CONTROL GOOD RECRUITMENT

Abundance (ind·m-1)

• Variabilidad ambiental genera amplias fluctuaciones en poblaciones, cuya magnitud depende de ciclo de vida (e.g., metapoblaciones vs cerradas)

AVERAGE RECRUITMENT

• Control biológico en ambientes benignos (disipativas)

POOR RECRUITMENT

Benign or Source

Harsh or Sink

Distribution extent Caddy & Defeo 2003

Defeo & McLachlan 2005

Macroescala: comunidades Ph

Modelo general conceptual que relaciona descriptores biológicos y tipo de playa

ys ic a

lc

on tro

s e i c e Sp

Comunidades: riqueza de especies y abundancia aumentan de playas reflectivas a disipativas y planicies de marea Poblaciones: válido para especies intermareales pero no válido para supralitorales

Defeo & McLachlan 2005

l

R

I

ss e n h ric

D

UD

TF

Beach State Playas reflectivas: control físico de la fauna

Playas disipativas: factores biológicos son más importantes

Playas arenosas como ecosistemas - morfodinámica 4 componentes bióticos: productores primarios, macrofauna, biota intersticial y microbios de la columna de agua

Playas de Interfase

Sistemas autosustentados

Zona barrido

NO

SI

Productores primarios

NO

SI

Prod primaria

Baja

Alta

Loop microbiano

NO

SI

Biota intersticial

SI

SI

Dependen

No dependen

Biomasa

Baja

Alta

Cadenas

1

3

Reciclamiento nutrientes

Derivados del mar y hacia el mar

Dentro de sus límites

Autonomía

Importan material, dependientes

Exportan, autónomos

Input marino

Ambos tipos interactúan con mar y tierra!!!!

Implicaciones en tramas tróficas • Reflectivas: comunidades pequeñas con baja conectancia y débil fuerza de interacción: físicamente estructuradas • Disipativas: alto # spp, cadenas largas, alta conectancia y alta fuerza de interacción: biológicamente estructuradas

Defeo & McLachlan 2005

McLachlan & Brown 2006

Playas disipativas: ecosistemas semi-cerrados

Las playas disipativas son ecosistemas semi-cerrados con alta productividad primaria basada en fitoplancton de la zona de barrido, sustentando largas cadenas tróficas y alta biomasa de filtradores (Donax, Emerita, Mesodesma)

Actividades humanas afectan estructura de comunidades y poblaciones en playas arenosas SUBMAREAL SOMERO

pesca, descargas de agua dulce o contaminantes pesca, murallones, espigones

SWASH LÍNEA DE RESACA

remoción de arena, recreación

DUNAS

construcción recreación / remoción de arena

Conservación y manejo de playas arenosas en crisis Abundancia y riqueza de especies en playas de arena ha declinado como consecuencia de actividades humanas en playas, incluyendo estructuras de defensa (izquierda) y tráfico de vehículos (ORV)

Trayectoria generalizada de modificaciones humanas en costas arenosas (Nordstrom 2000)

Impacto humano en playas Desarrollo turístico no planificado y construcciones en ZLA generan beneficios en el corto plazo pero enormes perjuicios al ecosistema y a la sociedad en el mediano y largo plazos Cancún

Impacto humano en playas arenosas de Uruguay Limpieza, “nivelado”

Endurecimiento

Rellenado Descargas

Malvín

Carrasco

Descargas y basura

Impacto humano en playas arenosas de Uruguay Derrames

Descargas y basura

Eutrofización – Mareas rojas

Invasiones

Cultivos (futuro)

Impactos en el ecosistema arenoso: Canal Andreoni

Impacto del Canal Andreoni Erosión

Pérdida de calidad de playa/hábitat

Efectos de la pesca en abundancia, estructura y dinámica de poblaciones de playas arenosas: MODELACIÓN

Impacto:

1.5

Descarga de agua dulce

1.0 0.5

25 años de investigación

0.0 -0.5

ABUNDANCIA TOTAL NORMALIZADA

Recursos pesqueros artesanales actuales o potenciales

-1.0 -1.5

Mesodesma mactroides

-2.0 -2.5 1.2

0.8

Hábitat adverso

0.4

0.0

-0.4

Emerita brasiliensis

-0.8

-1.2

Disminución de abundancia

0.8 0.6

Control físico de las poblaciones

0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4

Donax hanleyanus

-0.6 -0.8 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

DISTANCIA DESDE CANAL ANDREONI (km)

INCORPORACIÓN de CONCEPTOS y PRINCIPIOS de MANEJO ECOSISTÉMICO en LATINOAMÉRICA

Proyecto que busca conocer como ha sido incorporado el concepto de “manejo ecosistémico” en la planificación de la zona costera en 4 países del cono sur de Latinoamérica

Para ello se considera la opinión de los diferentes actores involucrados (pescadores, ONGs, funcionarios de gobierno) en la evaluación de dichas iniciativas y en la planificación de futuras actividades de desarrollo y ordenamiento de una zona