Introducción
⌅Desde
los primeros estudios realizados en la plataforma insular cubana en la
década del 60 del pasado siglo, los investigadores llamaron la atención
sobre indicios geomorfológicos que sugerían que en algunos de los cayos
del archipiélago de los Canarreos (en particular Cayo Rosario y Cayo
Largo del Sur) se estaba produciendo un crecimiento de sus extremos
occidentales mediante la formación de barras litorales del tipo flechas,
a expensas de la arena erosionada de la costa sur de los propios cayos, Ionin et al., (1977)Ionin, A. S., Pavlidis, A., & Avello Suárez, O. (1977). Geología de la plataforma de Cuba [en ruso]. Editorial Nauka, Moscú.
.
Un acercamiento a esta presunción se retoma en este trabajo, donde se presenta un análisis de los cambios morfológicos ocurridos, recientemente, en Cayo Largo del Sur. Para ello se cuantificaron los desplazamientos en la posición de la línea de costa medidos sobre diversos materiales cartográficos históricos, con énfasis en las últimas tres décadas. Se expone además un examen cualitativo de los procesos que han estado ocurriendo, extendiendo el período de tiempo de análisis hasta el año 1960.
Los resultados apoyan la hipótesis acerca de la evolución reciente del cayo considerada por Ionin et.al. (1977)Ionin, A. S., Pavlidis, A., & Avello Suárez, O. (1977). Geología de la plataforma de Cuba [en ruso]. Editorial Nauka, Moscú.
y podrían ser de utilidad en la elaboración de estrategias para el desarrollo futuro del turismo en el área.
Área de estudio
⌅Cayo Largo del Sur es el más oriental del archipiélago de los Canarreos, tiene una longitud aproximada de 24 km y, al igual que el resto de esta cayería, su costa norte está dominada por manglares y la sur, abierta directamente al Mar Caribe, está formada por playas arenosas (Figura 1).
De acuerdo a Ionin et al., (1993)Ionin,
I.S, Dunayev, N.N., Ramirez, E., Arteaga, F., y Sosa, M. (1993). Las
barras insulares del Archipiélago de Los Canarreos Cuba [en ruso].
Revista Geomorfología. Editorial Nauka.
la superficie
del cayo está compuesta, en general, por cadenas de dunas litificadas,
de arena oolítica, relacionadas con el interglaciar Sangamón. Iturralde-Vinent (2019)Iturralde-Vinent, M. (2019). Geología de Cuba y del Caribe. Compendio, Tercera edición. Editorial CITMATEL, La Habana, Cuba.
también considera que esas rocas, las cuales correlaciona con la
Formación Cocodrilo, constituyen un sistema de paleodunas costeras,
formadas por el acarreo por el viento, tierra adentro, de las arenas
calcáreas oolíticas de las paleo-playas y barras; pero le atribuye una
edad algo más antigua, anterior al mencionado intervalo interglacial.
Otros autores como Cabrera et al., (2013)Cabrera,
M., Triff, J., Núñez, A., Batista, R., Martín. D., y Denis R. (2013).
Caracterización geólogo - geomorfológica del Área Protegida Cayo Largo.
Informe inédito. Archivo del Instituto de Geología y Paleontología -
Servicio Geológico de Cuba (IGP - SGC).
, Cabrera y Vázquez (2021)Cabrera,
M., y Vázquez B. (2021). Geology of the Marine Territory of Cuba. In
Geology of Cuba (pp. 39-69). Cham: Springer International Publishing.
y Peñalver et al., (2021)Peñalver,
L., Denis, R., Martín, D., Nuñez, A., & Rodríguez, L. (2021).
Geología del Cuaternario de Cuba. Centro Nacional de Información
geológica/Instituto de Geología y Paleontología, Habana.
consideran a las secuencias de la Formación Cocodrilo, presentes en el
sur de la Isla de la Juventud, la península de Guanahacabibes, los cayos
Rosario y Largo del Sur, como barras marinas emergidas que se
originaron durante un interestadio transgresivo correspondiente al
Wisconsin Medio, en el Pleistoceno Superior tardío.
En el cayo pueden identificarse dos sectores con diferente exposición al oleaje:
- En el extremo occidental se produce una inflexión notable de la costa desde la dirección ENE-WSW hacia el NW-SE sobre una extensión de 3 800 m y en su borde costero se encuentran las playas Sirena y Paraíso, protegidas del oleaje habitual por la propia configuración del cayo y por bajos arrecifales próximos a la costa.
- La costa sur del cayo se extiende unos 24 550 m aproximadamente sobre la dirección general ENE-WSW. Está limitada por el oeste por punta Mal tiempo y en su extremo oriental por punta del Este (Figura 1). Los sectores arenosos son conocidos como las playas: Linda Arena, Blanca, Los Cocos y Tortuga. La plataforma submarina es estrecha hacia el extremo suroccidental (la isobata de 30 m se ubica a una distancia aproximada de 1 700 m de la línea de costa) y en dirección al este se amplía hasta 14 000 m, aproximadamente. Esta característica de la topografía submarina ha contribuido a la configuración general de la línea de costa del cayo, la cual está expuesta directamente a las olas de las direcciones SE y S.
El sedimento de todas las playas del cayo es dominantemente biogénico-oolitico. Caballero et al., (2011)Caballero,
V., Rivas, L., Núñez C., y Perdomo, D. (2011). Restauración de la duna
en e sector costero de Punta mal Tiempo, Cayo largo, Cuba. Proyecto
ejecutivo inédito Instituto de Oceanología e Inversiones Gamma.
establecieron el predominio de la arena media y la abundancia de
material oolítico, particularmente en las fracciones más finas, a partir
de 21 muestras colectadas en punta Mal Tiempo. En tanto que, en dos
muestreos realizados en la anteplaya de la localidad de Playa Sirena el
diámetro de la arena alternó entre fino y medio, (Juanes et al., 2013Juanes,
J.L., Rivas, L., Morales, P., Rabeiro, Y., Salazar, H., Fernández, Y.,
Niévares, A.; Chirino, A., Sánchez, P., Frías, B. L., Rondón, H., y
Herrera, L. (2013). PROYECTO 6. Actualización y evaluación de la
evolución de las playas para los años 2050 y 2100. (Informe inédito)
MACROPROYECTO (PNAP): Escenarios de peligro y vulnerabilidad de la zona
costera cubana, asociados al ascenso del nivel medio del mar para los
años 2050 y 2100. CITMA.
).
La marea es del tipo mixta semidiurna y tiene una amplitud promedio inferior a los 0.25 m (Servicio Hidrográfico y Geodésico de la República de Cuba, 2005Servicio
Hidrográfico y. Geodésico de la República de Cuba. (2005). Tablas de
marea de las costas de Cuba, Mapa de Amplitud de la Marea en las costas
Cubanas. GEOCUBA, Edimar, Agencia de Cartografía Náutica. P, 5101, 10.
).
Los datos de la estación meteorológica de Playa Girón, la más cercana
al área de estudio, indican el predominio de los vientos de dirección SE
con una velocidad promedio de 11.9 km/h. (Academia de Ciencias de Cuba, 1989Academia de Ciencias de Cuba. (1989). Nuevo atlas nacional de Cuba. Instituto Cubano de Geodesia y Cartografía.
).
Las
afectaciones por oleajes extremos, eventos de incrementos del nivel
medio del mar e inundaciones costeras están asociadas a la ocurrencia de
vientos fuertes del sur o "sures" y al paso de ciclones tropicales. Las
mayores frecuencias de los sures se presentan entre los meses de marzo y
abril. Bajo condiciones específicas de velocidad y persistencia estos
vientos son capaces de generar olas altas que pueden producir
apilamiento de agua en el litoral e inundaciones por penetración del mar
(Casals, 2004Casals
R. (2004). Los procesos de transformación del oleaje e incrementos del
nivel medio del mar en cayo largo del sur, archipiélago de los
canarreos. Revista Cubana de Meteorología, 11(2).
).
De acuerdo a Soler et al., (2017)Soler
E., Pérez R., Borrego R., y Pérez D. (2017). Huracanes que afectaron la
Isla de la Juventud. Cronología desde 1791 a 2015. Revista Cubana de
Meteorología. Vol 23, No 2. pp. 164-177.
el
territorio de la Isla de la Juventud, extendido hacia Los Canarreos, fue
afectado por 62 ciclones tropicales entre los años 1791 y 2015,
concentrándose el 89% de los casos entre los meses de agosto a octubre.
Las trayectorias de los huracanes más peligrosas son de sur a norte y de
suroeste a nordeste (Casals, 2004Casals
R. (2004). Los procesos de transformación del oleaje e incrementos del
nivel medio del mar en cayo largo del sur, archipiélago de los
canarreos. Revista Cubana de Meteorología, 11(2).
).
Materiales y métodos
⌅Para el cálculo del cambio costero se midieron los desplazamientos usando vectores de posición de líneas de costa históricas (Dolan et al, 1991Dolan,
R., Fenster, M. S., & Holme, S. J. (1991). Temporal analysis of
shoreline recession and accretion. Journal of coastal research, 723-744.
; Crowell et al., 1991Crowell,
M., Leatherman, S. P., & Buckley, M. K. (1991). Historical
shoreline change: error analysis and mapping accuracy. Journal of
coastal research, 839-852.
; Thieler & Danforth 1994Thieler,
E. R., & Danforth, W. W. (1994). Historical shoreline mapping (I):
improving techniques and reducing positioning errors. Journal of Coastal
Research, 549-563.
; Morton et al., 2004Morton,
R.A., Miller, T.L., & Moore, L.J. (2004). National assessment of
shoreline change: Part 1: Historical shoreline changes and associated
coastal land loss along the U.S. Gulf of Mexico: U.S. Geological Survey
Open-File Report 2004-1043, 45 p.
; Hapke et al., 2006Hapke,
C., Reid, D., Richmond, B. M., Ruggiero, P., & List, J. (2006).
National assessment of shoreline change Part 3: Historical shoreline
change and associated coastal land loss along sandy shorelines of the
California Coast.U.S. Geological Survey Open-File Report 2006-1219, 72
p.
; Fletcher et al., 2012Fletcher,
C. H., Romine, B. M., Genz, A. S., Barbee, M. M., Dyer, M., Anderson,
T. R., ... & Richmond, B. M. (2012). National assessment of
shoreline change: Historical shoreline change in the Hawaiian
Islands.U.S. Geological Survey Open-File Report 2011-1051.
; Martín Prieto et al., 2018; Martínez et al., 2020Martínez
Rivera, W., Ordaz-Hernández, A., & Garatachia-Ramírez, J. C.
(2020). Evolución de la línea de costa de la península de Yucatán entre
1980 y 2019: potencial fuente de riesgo socionatural. Minería y
Geología, 36(4), 404-427.
; Yasir et al., 2021Yasir,
M., Hui, S., Hongxia, Z., Hossain, M. S., Fan, H., Zhang, L., &
Jixiang, Z. (2021). A spatiotemporal change detection analysis of
coastline data in qingdao, east china. Scientific Programming, 2021(1),
6632450.https://doi.org/10.1155/2021/6632450.
; Aranda et al., 2022Aranda,
M., Gracia, F.G. & Rodríguez, I., (2022). Historical morphological
changes (1956-2017) and future trends at the mouth of the Ebro river
delta (NE Spain). Cuadernos de Investigación Geográfica, 48 (2).
).
Se
utilizaron fotografías aéreas de junio de 1990 y diciembre de 1997, a
una escala aproximada de 1:8 000 y 1:30 000 respectivamente. Así como
las imágenes satelitales de enero de 2009, 2011 y 2019 obtenidas a
través del Google Earth Pro. Las fotos e imágenes fueron
georeferenciadas y reproyectados al Sistema Cuba Norte; posteriormente
se crearon los vectores de línea de costa y se cuantificaron los errores
posicionales de cada uno. Finalmente, se calcularon los cambios
utilizando el Digital Shoreline Analysis System (DSAS), un software
disponible en internet elaborado por Thieler et al., (2009)Thieler,
E. R., Himmelstoss, E. A., Zichichi, J. L., & Ergul, A. (2009). The
Digital Shoreline Analysis System (DSAS) version 4.0-an ArcGIS
extension for calculating shoreline change (No. 2008-1278). US
Geological Survey.
.
Se eligió el pie de la playa
emergida o cara de la playa como indicador de línea de costa por su
fácil identificación en las fotografías aéreas. Se determinaron los
errores de rectificación, de vectorización y en pixel para la estimación
la incertidumbre posicional de los vectores (Thieler et al., 2009Thieler,
E. R., Himmelstoss, E. A., Zichichi, J. L., & Ergul, A. (2009). The
Digital Shoreline Analysis System (DSAS) version 4.0-an ArcGIS
extension for calculating shoreline change (No. 2008-1278). US
Geological Survey.
). Los resultados se presentan en la Tabla 1.
| Errores | 1990 FA | 1997 FA | 2009 IS | 2011 IS | 2019 IS |
|---|---|---|---|---|---|
| Er | 5 | 5 | 4 | 6 | 5 |
| Ed | 3 | 3 | 3 | 3 | 3 |
| Ep | 0.13 | 0.63 | 1.1 | 1.1 | 1.1 |
| Ut | 6 | 6 | 5 | 7 | 6 |
Las estadísticas del cambio costero se calcularon sobre transectos perpendiculares a la costa, ubicados a intervalos de 50 m, y cuyos orígenes se encuentran en una línea base de referencia ubicada hacia tierra de los vectores de línea de costa (Figura 2).
Se cuantificó el movimiento neto de la línea de costa (NSM) que hace referencia a la distancia entre las posiciones más antigua y la más reciente, para cada transecto, y se calcularon las tasas de cambio por el método de End Point Rate para el intervalo de tiempo 1997 y 2019. La incertidumbre de las tasas calculadas por este método se obtiene de la raíz cuadrada de la suma de los errores individuales de cada vector de línea de costa elevados al cuadrado (Tabla1), que luego se dividen entre el período de tiempo transcurrido entre las dos posiciones de la costa. El valor obtenido define la tasa de cambio mínima que puede ser detectada por el método aplicado.
Al no disponerse de un cubrimiento total del cayo con las imágenes de otras fechas, los vectores correspondientes se utilizaron sólo en el análisis cualitativo de la evolución de la línea de costa que incluyó las fotos aéreas de 1990 que cubren el sector suroccidental del cayo. Asimismo se tomó en cuenta la información de la hoja Topográfica 3880-I a escala 1:50 000, del Instituto de Geodesia y Cartografía de Cuba, con fecha 1973 y de la obtenida de los planos de sondeos realizados por la Marina de Guerra Revolucionaria en el año 1960, a escalas 1:30 000 y 1:2 500. La escala de estos materiales no resulta conveniente en el estudio estadístico del cambio costero, entre otras cuestiones relacionadas, también, a la calidad cartográfica.
Resultados
⌅Análisis cuantitativo de los cambios.
⌅El análisis de los desplazamientos de la línea de costa en Cayo Largo se realizó para una extensión de litoral de 26 900 metros, de ellos 1600 corresponden a un sector de manglar en la Punta del Este. Existen pequeñas aberturas espaciales sin información.
Entre los años 1997 y 2019, el movimiento neto de la línea de costa (NSM) ha mostrado un comportamiento diferente de un tramo a otro (Figura 3A).
Los resultados mostraron que en el 35% del total de transectos, equivalente a 9 350 metros de longitud, el movimiento ha sido dominantemente negativo indicando erosión, con desplazamientos de la línea de costa entre -10 y -120 m. La acumulación ha predominado en el 19% de los transectos, que cubren 5 100 metros de costa, incluyendo el manglar de Punta del Este, con amplitudes ente 10 y 770 metros (Figura 3A). Las tasas de cambio correspondientes a los procesos erosivos se mueven en el rango de -0.4 a -5.4 m/año, mientras que el desplazamiento positivo ocurre a un ritmo promedio de 0.4 a 34.5 m/año (Figura 3B). Para una extensión de costa de 12 450 metros, cubierta por 46% de los transectos, los valores obtenidos están por debajo de la tasa de cambio mínima que puede detectarse por el método de EPR, por lo que no es posible definir un proceso dominante.
Al promediar las tasas de cambio sobre las longitudes de costa se obtuvieron ritmos de erosión de -3.2 m/año en el sector central de la costa occidental del cayo, y de -0.8 m/año en las playas Linda y Blanca en la costa sur (Figura 4).
En relación a la acumulación, sobresalieron las tasas de cambio promedio en Playa Sirena con valores de 8.3 m/año, en Playa Paraíso 4.6 m/año, ambas en la costa occidental del cayo (Figura 5). En ésta última el borde costero es extremadamente fluctuante, a consecuencia de la dinámica de la barra parcialmente adosada a la costa que caracteriza a este sector. Los procesos de acumulación que han dominado la dinámica del sector occidental de Cayo Largo en los últimos 22 años han potenciado el crecimiento de la lengua de arena hacia el WNW, sobre una longitud de 766 m medida sobre su eje central (Figura 5, arriba a la izquierda). Dentro de la erosión generalizada en la costa sur del cayo resalta, en su parte central, la ganancia de terreno de 30 metros de amplitud que se ha producido en playa Los Cocos, en el período 1997-2019, a un ritmo promedio de 0.7 m/año (Figura 5, debajo a la derecha).
Se
recomienda utilizar los valores promedios de las tasas estimadas para
prever cambios futuros en períodos inferiores a 12 años ya que los
estándares aceptados establecen que no deben realizarse pronósticos para
períodos más largos que la mitad del número de años evaluados (Leatherman et al., 1997Leatherman,
S. P., Douglas, B. C., & Crowell, M. (1997). Beach erosion trends
and shoreline forecasting. Journal of Coastal Research, 13(4).
).
Análisis cualitativo de los cambios en la barra costera occidental
⌅En interés de conocer la extensión en el tiempo del fenómeno de crecimiento de la barra costera se realizó una evaluación cualitativa incorporando las posiciones de la línea de costa de los años 1960, 1973 y 1990, (Figura 6A), información que quedó omitida en el análisis estadístico por EPR por la propia definición del método. Al mismo tiempo, las fotos aéreas citadas no cubren la totalidad del cayo por lo que no pudieron ser utilizadas en métodos alternativos para calcular los desplazamientos, mediante regresión lineal por ejemplo.
(B).
(B).
De acuerdo a la Figura 6A, la barra costera estaba orientada, en el plano de 1960, hacia el NNW condicionada por la topografía del fondo y la orientación de la costa que le antecedía. Alcanzó una longitud aproximada de 900 m en esta dirección, pero quedó inactiva a partir de 1973 al producirse una reorientación hacia el WNW que se mantiene, aproximadamente, hasta la actualidad. La longitud total alcanzada por la barra costera en el año 2019 es de 1980 metros.
Otro hecho relevante a considerar es el retroceso acelerado, posterior a 1997, de la costa en el tramo central de la lengua de arena, hasta un máximo de 120 m (Figura 7).
Como se aprecia en la Figura 7, el retroceso de la costa en 2019 superó la posición que ocupaba en el año 1973 y, eventualmente, pudo haber sobrepasado la de 1960 en el extremo sur del sector. De mantenerse el ritmo de erosión promedio (3.2 m/año) existe un riesgo potencial de ruptura de la barra costera cuando la costa, en su avance hacia tierra, alcance el sendero y algunas de las áreas bajas indicadas en la figura como zonas inundables, que se encuentran muy cercanas a su posición actual. Bajo estas circunstancias podría interrumpirse la conexión de playa Sirena con la superficie primaria del cayo.
Si bien la erosión del sector central pudo contribuir a la acumulación en el extremo noroccidental de Playa Sirena las pérdidas de superficie son muy inferiores a las áreas de ganancias, por lo que debe existir un aporte de arena desde una fuente permanente ubicada más al sur. De hecho, la acumulación neta desde los períodos iniciales de formación de la barra demuestra la existencia de esa fuente de sedimentos, al margen de los aportes provenientes por la erosión local.
Los períodos de crecimiento notable de la lengua de arena pudieron coincidir con el arribo al noroeste, como final de un sector de deriva, de todo el sedimento erosionado a lo largo de la costa sur del cayo por las olas de los huracanes y de los "sures".
Un estimado
conservador del volumen de sedimento involucrado en los cambios de la
barra costera de la costa occidental del cayo entre los años 1960 y 2019
se obtuvo atribuyéndole al cuerpo arenoso actual, de área conocida, un
espesor aproximado de 4.0 m. Para ello se tomó la cota promedio del
terreno (+0.47 m) según un perfil topográfico (Fig. 6B) de Juanes et al., (2013)Juanes,
J.L., Rivas, L., Morales, P., Rabeiro, Y., Salazar, H., Fernández, Y.,
Niévares, A.; Chirino, A., Sánchez, P., Frías, B. L., Rondón, H., y
Herrera, L. (2013). PROYECTO 6. Actualización y evaluación de la
evolución de las playas para los años 2050 y 2100. (Informe inédito)
MACROPROYECTO (PNAP): Escenarios de peligro y vulnerabilidad de la zona
costera cubana, asociados al ascenso del nivel medio del mar para los
años 2050 y 2100. CITMA.
, más la profundidad promedio (-3.8 m) obtenida de sondeos batimétricos de 1960 realizados por la Marina Guerra, (Figura 6A). Esta estimación arrojó un valor aproximado de 2 500 000 m3 de arena, movilizados probablemente desde toda la costa sur del cayo.
Si bien los volúmenes estimados presentados son apenas aproximaciones tienen el valor de contribuir a visualizar la intensidad de los procesos que han estado operando en la costa sur de Cayo Largo, en un lapso de tiempo relativamente breve (57 años).
Conclusiones
⌅- Como tendencia general se ha establecido que en Cayo Largo predomina la erosión en la costa sur y en el sector central del litoral occidental. La acumulación prevaleció de manera sobresaliente en la punta distal del extremo oeste (Playa Sirena). En el sector de la costa sur-central conocido como playa Los Cocos también la línea de costa ha avanzado en dirección al mar por el transporte longitudinal de sedimentos desde dos direcciones que convergen en este punto.
- La lengua arenosa que tipifica la costa occidental del cayo es una forma del relieve que se formó en el curso de los últimos 60 años.
- La conformación actual de la superficie del cayo en numerosas barras-dunas litificadas, alternando, ocasionalmente, con zona inundables, indica que se formó durante sucesivos episodios de suministro abundante de sedimento, que favorecieron la acumulación en la costa sur. La continuidad de las barras en su prolongación hacia el NW, sugieren una extensión de la acumulación por la vía del transporte longitudinal. Al parecer los procesos que están operando en el extremo suroccidental del cayo constituyen una réplica de aquellos que ocurrieron en el pasado, con la peculiaridad que se están produciendo en condiciones de déficit de nuevo sedimento, como la indica la tendencia erosiva de la costa sur.