Beachrock formation around a highly altered estuarine area in a temperate coastline

Abstract

Las arenas cementadas, también conocidas como ¿beachrock¿, son estructurassedimentarias costeras que se forman en la zona intermareal debido a la precipitaciónde carbonatos (principalmente) que actúan como cementos, agregando los diversosgranos que puede haber presentes en la playa, convirtiendo la arena suelta en arenaconsolidada. Estas estructuras son típicas en regiones tropicales y subtropicales, y encambio, menos frecuentes en las zonas templadas, como es el caso del área de estudio.Concretamente, el presente trabajo se centra en la investigación de las arenascementadas de playa de Arrigunaga y de La Salvaje, las cuales se sitúan en losalrededores del estuario Nerbioi-Ibaizabal (Bilbao, Norte de España), un áreadrásticamente alterada debido al proceso de industrialización y urbanización que tuvolugar hace más de un siglo.La complejidad inherente a este fenómeno de cementación y las perturbacionesocurridas en el área de estudio durante las últimas décadas van de la mano a lo largo deeste trabajo, en un intento de reconocer las características subyacentes de losafloramientos de beachrock estudiados.Concretamente, en la playa de Arrigunaga se tendrá en especial consideración lainfluencia de la pluma del estuario, ya que debido al viento predominante en esta área,la pluma tiende a moverse hacia el este de la desembocadura de la ría, donde seencuentra la playa de Arrigunaga. En La Salvaje, en cambio, se tendrá en cuenta que a4 millas de la costa, se encuentra una antigua zona de vertido de escorias y otrosresiduos industriales que acumula una gran cantidad de residuos que podrían estarsiendo dispersados. Además, no se olvidará los posibles aportes que han podido sufrirlas playas, especialmente Arrigunaga, de aguas residuales de origen urbano.En este contexto, en primer lugar se detallarán los aspectos más remarcables dela metodología utilizada para la consecución de los objetivos establecidos. El reto inicialfue caracterizar los materiales heterogéneos que componen las estructurascementadas, para obtener algunas nociones preliminares de sus principalescaracterísticas. A través de un análisis geoquímico de fracciones condistinto tamaño degrano, se estimó la composición de los posibles cementos y, sobre todo, se detectó lapresencia de aportes externos de origen antropogénico. Para caracterizar mejor esosmateriales antropogénicos, se realizaron análisis por espectroscopia Raman, tanto insitu como en el laboratorio.La siguiente tarea fue evaluar las implicaciones de esos materialesantropogénicos. A tal fin, se cuantificó el contenido metálico de los afloramientos debeachrock mediante ICP-MS, basándose en una estrategia de muestreo que consistióen la recogida de muestras en direcciones diferentes de las playas para estimar ladistribución de los elementos analizados a lo largo de las zonas de interés. Estosanálisis se realizaron tanto en Arrigunaga y como en la playa de La Salvaje, paracomparar el contenido de metal atrapado en beachrocks de un emplazamiento protegidopor la bahía del Abra (Arrigunaga) así como un emplazamiento a mar abierto frente auna antigua zona de vertidos industriales. Las implicaciones del contenido de metales seestimaron mediante el uso de índices ambientales que permitieron evaluar lacontaminación que retenían las arenas cementadas.Por último, pero no menos importante, el trabajo de investigación se centró en lacaracterización de los cementos para ver cómo se retienen los materialesantropogénicos, y para estimar el ambiente, así como la formación de los factores queinducen la precipitación de los cementos. Asimismo, se utilizó nuevamente laespectroscopia Raman para identificar más detalladamente la composición de loscementos, lo que denota la versatilidad de la técnica. Esos análisis fueroncomplementados a través de difracción de rayos X. Cuando se requería el trabajo amenores escalas, el método de tinción y las diversas técnicas microscópicas utilizadasayudaron con éxito en reconocer la morfología y disposición de los cementos. Cabedestacar el uso de microscopía de fluorescencia, ya que la causa específica que de lafluorescencia no es del todo conocida en rocas carbonatadas, pero este estudio podríacontribuir en gran medida al respecto. Por último, los análisis se complementaronadecuadamente, confirmando conclusiones previas, a través de análisis de isótoposestables (¿13C y ¿18O).Gracias a las metodologías mencionadas, se lograron alcanzar los objetivosmarcados y obtener varias conclusiones. NE los pasos iniciales de la investigación, seobtuvieron unas nociones sobre las características composicionales de los afloramientosde arena cementada, mediante el análisis químico sobre materiales clasificados enfunción de distintos tamaños de partícula. En base a ello, se pudo estimar que loscementos están compuestos de carbonato de calcio y además, se evidenció lapresencia de aportes externos de origen antropogénico. En vista de esos resultados, losmateriales antropogénicos, representados por las diversas escorias atrapadas en losafloramientos de arena cementada, se analizaron por espectroscopia Raman.Considerando la composición de las escorias (conteniendo por ejemplo, hematita,cristobalita, tefroita, rodonita y labradorita), podrían proceder de las actividadesindustriales desarrolladas en el entorno y denotan la reciente formación del fenómeno.Es más, gracias a la espectroscopia Raman, especialmente a los análisis in situ, se hanidentificado posibles productos de alteración, lo cual induce a plantear las posiblesreacciones que pueden estar ocurriendo en estos depósitos y considerarlos comosistemas dinámicos que están expuestos a los efectos de la intemperie.En un siguiente paso, se realizaron análisis cuantitativos de muestras debeachrock tanto de la playa de Arrigunaga como de La Salvaje, mediante ICP-MS juntocon análisis quimiométricos, para examinar y evaluar la contaminación queposiblemente está retenida en ellas. La distribución elemental difiere a lo largo de cadauna de las playas, posiblemente debido a su distinta localización, sus características ylos diversos factores de impacto a las que han estado expuestos. En la playa deArrigunaga, teniendo en cuenta la regeneración a la que se sometió a finales de losaños 90, se vio que los elementos mayoritarios (Ca, Al, Mg, Fe, Mn y K) se acumulan alnorte, mientras que el resto de los metales están más distribuidos a lo largo de la playa.En la playa de La Salvaje en cambio, la concentración de varios elementos (como Sn,Hg, Tl, Zn, Ti, Mo, Ba, Mn) disminuye desde el suroeste de la playa hacia la zona media,a excepción del hierro, que presenta una concentración significativamente más altacoincidiendo con el ennegrecimiento de la arena suelta debido probablemente a laacumulación de partículas de hierro derivadas de restos industriales. De todas formas,los afloramientos de arena cementada analizados en ambos emplazamientos muestranun grado de contaminación que podría clasificarse de moderado a alto.En lo que a los cementos que compactan las arenas se refiere, un estudio basadoen técnicas de tinción, técnicas microscópicas (microscopía de luz polarizada,microscopía de fluorescencia y microscopía electrónica, incluyendo SEM-EDX y BSE),complementado por XRD y espectroscopia Raman, ha permitido identificar diversasfases: (1) una cubierta micrítica compuesta principalmente por HMC (contiene, comopromedio, 10.7-14.3% mol MgCO3); (2) un revestimiento isopaco acicular, compuestoprincipalmente de aragonito, que es el cemento predominante; (3) partículas infiltradasque pueden encontrarse tanto sobre los cristales de aragonito, como ocupando elespacio de poro, solamente en áreas concretas de la playa de Arrigunaga; (4) cementosferruginosos compuestos de varios óxidos e oxihidróxidos de hierro (como por ejemplo,hematita, limonita, lepidocrocita, goetita y magnetita) así como otros compuestos másesporádicos como carbonatos de Fe y Mn.Además, los análisis de isotopos estables (¿13C y ¿18O) realizados sobre loscementos de carbonato, han permitido suponer que los afloramientos de Arrigunaga sehan formado en un ambiente meteórico-marino poco profundo, mientras que los de LaSalvaje parecen haberse formado principalmente en un entorno marino poco profundo.Igualmente, el análisis de isotopos estables también ha permitido confirmar que parte delos cementos pueden estar relacionados con fluidos marinos que han estadoinfluenciados por la oxidación de material orgánica e incluso denotan la posibleinfluencia de aguas residuales.En conjunto, los resultados sugieren que diversos factores biológicos y químicospodrían haber estado involucrados en la cementación. Las estructuras amorfas en formade esférulas (probablemente asociados a fases amorfas de carbonato de calcio ¿ACC-),así como la posible presencia de biofilms, denotan que una fuente biológica podría estarentre los precursores del cemento. Esta hipótesis está apoyada por la microscopía defluorescencia, en combinación con microscopía de luz polarizada y SEM-EDS o inclusoanálisis por BSE-EDS análisis, lo que permite estimar la naturaleza orgánica de lasprimeras capas de cemento, especialmente en la zona sur de la playa de Arrigunaga yen la playa de La Salvaje. Estas características podrían estar relacionadas con loscristales micríticas, que evolucionarían hacia cementos aciculares bajo la influencia defactores fisicoquímicos.Descifrar el origen de la formación de beachrock es una ardua tarea debido a lacomplejidad del fenómeno, independientemente de la ubicación. Pero cabe recalcar quese cree que el fenómeno de cementación que conduce a la formación de beachrock esbastante excepcional en zonas templadas, en contraste con la ocurrencia común entropical y (sub) áreas tropicales. De este modo, a lo largo de este trabajo se hapretendido buscar para los eventos y factores que podrían haber promovido laprecipitación de los cementos. Como tal, el contexto histórico de las áreas estudiadasfue tomada en consideración porque, sin duda, para comprender el presente, esnecesario entender el pasado. Por lo tanto, lo que confirma las teorías obtenidas entrabajos anteriores sobre arenas cementadas de la costa adyacente, se cree que lacontaminación diversa derivada de la industrialización así como la urbanización que sedesarrolló en el entorno del estuario Nerbioi-Ibaizabal, podría haber proporcionado lamatriz ideal para la cementación.Es notable que en las arenas cementadas de la playa de Arrigunaga se hanencontrado partículas de tamaño de limo ocupando el espacio de los poro, o que elcemento que cubre el borde acicular podría haber sido infiltrado en condiciones deestancamiento a través de la percolación de aguas turbias cargadas de materiaorgánica; estos hechos concuerdan con las alteraciones ambientales a la playa ha sidoexpuesto la playa. En la playa de La Salvaje, por el contrario, se ha visto que puedenencontrarse significativamente altas cantidades de hierro retenidos en los cuerposcementados, lo cual concuerda con el ennegrecimiento de la arena sueltaprobablemente causado por la acumulación de residuos industriales ricos en hierro.Dicho esto, parece que la cementación en forma de beachrock puede reflejar lascircunstancias ambientales que ocurren en su área de influencia. En general, lacementación de las arenas es un fenómeno intrigante que queda por ver si seríadesarrollado en circunstancias ambientales normales del estuario del Nervión-Ibaizabal.A pesar de que los análisis realizados han sido aclarados lo suficiente como parasuponer que los afloramientos de beachrock pertenecientes a la playa de Arrigunaga seformaron en ambientes marinos y meteóricos poco profundas, y que en la playa de LaSalvaje, se formó principalmente en un ambiente marino, ambos inducidos por factoresbiológicos y físico-químicos, algunas preguntas todavía permanecen en este sentido.Sería de gran interés examinar el fenómeno de cementación que ocurre en la calade Alpenarr. Parece estar bastante bien conservado y, además, permitiría tener elcuadro completo de los emplazamientos que presentan formaciones de beachrock entorno al estuario del Nervión-Ibaizabal. Del mismo modo, también sería interesanteensanchar el área de estudio a otras zonas del norte de España, como ya se ha iniciadocon la playa Portazuelos en Avilés .Sabiendo que estamos identificando la posible relevancia de la actividad biológicainvolucrada de alguna manera en el fenómeno de la cementación, podría ser útil paraseguir trabajando en ello para comprender su papel e indirectamente, tal vez contribuir alas aplicaciones biotecnológicas derivadas de ellos.Además, teniendo en cuenta que algunas esctructuras de beachrock que seproducen en esta costa pueden albergar grandes cantidades de residuos, podría sernecesario estudiar la degradación de los depósitos cementados debido a la posibleliberación de contaminantes en el medio ambiente.