www.ujat.mx/publicaciones/uciencia Número Especial I: 51-58, 2004
AMBIENTES INFLUIDOS POR EMANACIONES NATURALES DE HIDROCARBUROS Y GAS EN EL SUROESTE DEL GOLFO DE MÉXICO Environments influenced by natural sites of gas and fossil hydrocarbon seeps in the SW Gulf of Mexico LA Soto
, S Sánchez-García, D López-Veneroni
(LAS) Laboratorio de Ecología del Bentos ICMyL, UNAM, México D. F., Apdo. Postal 70-305, MEXICO 04510 lasg@mar.icmyl.unam.mx (SSG) Instituto de Química, UNAM, (DLV) Instituto Mexicano del Petróleo Ensayo recibido: 11 de agosto de 2004 Ensayo aceptado: 28 de septiembre de 2004
RESUMEN. En el suroeste del Golfo de México, sobre la plataforma y el talud Continental, son comunes los sitios naturales de emanación de hidrocarburos fósiles y de gas metano. Es importante destacar que estas emanaciones naturales constituyeron inicialmente el único medio de detección en superficie de los grandes yacimientos actualmente sujetos a explotación. Aparte de su obvia relevancia como fuentes potenciales de gas e hidrocarburos, en el ambiente marino las emanaciones también representan fuentes permanentes de contaminación. Tanto los hidrocarburos fósiles como el gas metano representan productos biogénicos que pueden ser empleados en el metabolismo de bacterias hidrocarbonoclásticas y metanogénicas; a través de mecanismos quimiosintéticos, estos microorganismos, tienen la capacidad de transformar estos productos en fuentes importantes de carbono orgánico, el cual puede posteriormente ser transferido a través de una trama trófica de organismos heterótrofos, asociada a una fuente natural de emisión de hidrocarburos. En este sector del Golfo de México, las actividades de exploración, explotación, derrames y transporte de hidrocarburos fósiles han sido considerables en las últimas tres décadas, por lo cual la vigilancia de los efectos de la contaminación antropogénica del medio marino constituye un tema prioritario de investigación. Los fenómenos de emisión se manifiestan de diferentes modalidades: son puntuales y propensos a experimentar migraciones horizontales, dependiendo de la naturaleza litológica del yacimiento o de la perturbación mecánica de las operaciones de extracción; también pueden representar fenómenos episódicos o efímeros difícil de ser detectados por la instrumentación oceanográfica convencional; de igual forma, pueden acusar cambios en la intensidad del flujo así como en la persistencia del mismo. Estos ambientes particulares representan laboratorios naturales cuyo estudio brinda facilidades óptimas para entender los complejos fenómenos oceanográficos que hacen posible la dispersión, dilución, degradación, y bioacumulación de elementos químicos que alteran el equilibrio del ambiente oceánico.
Palabras clave: emanaciones naturales de hidrocarburos y gas, Sonda de Campeche, Golfo de México.
ABSTRACT. In the SW of the Gulf of Mexico on the Continental Shelf and the Slope natural sites of gas and fossil hydrocarbon seeps are common. Their casual detection on ocean surface constituted initially the only evidence of the large fossil fuel deposits currently under exploitation in this region. Aside from their obvious relevance as potential sources of gas and hydrocarbons, in the marine environment seeping areas also represent a permanent source of contamination. The input of fossil hydrocarbon and methane gas in sea-water, represents biogenic products that can be used in the metabolism of hydrocarbonoclastic and methanogenic bacteria; through chemosynthetic mechanisms. These microorganisms have the capacity to transform these products into important organic carbon sources, which can later be transferred through a heterotrophic trophic web associated to a natural hydrocarbon emission site. In this region, the activities of exploration, operation, accidental or chronic spills and fossil hydrocarbon transport have somewhat intensified in last the three decades, thus the monitoring of anthropogenic contamination effects upon the marine environment is a high-priority research subject. The emission phenomena may occur in different modalities: they can be restricted to a small area, though prone to experience horizontal migrations, depending on the lithological structure of the deposit or the mechanical disturbance caused by the extraction operations. They can also represent episodic or ephemeral phenomena difficult to be detected by conventional oceanographic
51
UNIVERSIDAD Y CIENCIA
Número Especial I
instrumentation; similarly, they may experience changes in the intensity and persistence of the flow. These particular environments represent natural laboratories that can be used to expand our knowledge on the complex oceanographic phenomena responsible for the dispersion, dilution, degradation, and bioaccumulation of chemical elements that alter the balance of the oceanic environment.
Key words: oil and gas natural seeps, Campeche Sound, Gulf of Mexico.
El Golfo de México es una de las regiones petroleras más productivas del mundo, principalmente la región de la Sonda de Campeche situada en el sector suroeste. Cabe señalar que la fuente de petróleo que se encuentra en la cuenca de la Sonda de Campeche representa aproximadamente el 70 % del total de las reservas y producción petroleras mexicanas (Guzmán-Vega & Mello 1999). La investigación ecológica recientemente practicada en el suroeste del Golfo de México, en donde tienen lugar las principales operaciones de extracción y producción de hidrocarburos fósiles por parte de PEMEX (Soto & Escobar 1995; Heileman-Manickhand et al. 1998; Soto et al. 1999), revela que dicho sistema destaca por su notable biodiversidad y su estabilidad espacio-temporal. La complejidad estructural de sus diferentes subcomponentes bióticos (plancton/ necton/bentos) permite al sistema adquirir ciertas capacidades de resiliencia a través de las cuales puede absorber perturbaciones ambientales naturales o antropogéncias sin alterar la estructura funcional de cada uno de sus subcomponentes. El suroeste del Golfo de México representa un sistema hidrodinámico dominado por un giro ciclónico que al combinarse con las condiciones meteorológicas anuales, contribuye al establecimiento de procesos de estratificación o de homogeneización de las masas de aguas neríticas, así como de fenómenos de convergencia frente a los ambientes sujetos a la influencia ribereña de los principales ríos, Coatzacoalcos y Grijalva-Usumacinta, en dicha región (Figura 1). Estos procesos hidrodinámicos ejercen una influencia considerable sobre el proceso de acoplamiento que ocurre entre los compartimientos de los productores primarios y secundarios del plancton y necton, y los pertenecientes al fondo marino o bentónico. El ambiente de plataforma continental es un sistema subsidiado por las aportaciones de materiales orgánicos y de nutrientes de origen epicontinental; tanto los drenes de los ríos Coatzacoalcos y Usumacinta-Grijalva, como los flujos provenientes de las lagunas costeras enriquecen con materiales alóctonos, los cuales se depositan a lo largo de la plataforma continental interna y media. Sin embargo, el volumen de estos materiales representa un superávit en el balance energético del sistema de plataforma continental, que no es utilizado en procesos biológicos de producción, y los excedentes son finalmente exportados al mar profundo adyacente (Cañón de Campeche y Depresión de Sigsbee). 52
Figura 1. Sector suroeste del Golfo de México, y batimetría general de la Sonda de Campeche indicando las dos provincias sedimentarias y la zona de plataformas petroleras. Figure 1. Southwestern sector of the Gulf of Mexico, and general bathymetry of Campeche Sound showing the two sedimentary provinces and the zone of marine platforms
En este escenario ambiental, existen sobre la plataforma y el talud continentales del suroeste del Golfo de México, sitios naturales de emanación de hidrocarburos fósiles y de gas metano. Es importante destacar que estas emanaciones naturales constituyeron inicialmente el único medio de detección en superficie de los grandes yacimientos actualmente sujetos a explotación. Aparte de su obvia relevancia como fuentes potenciales de gas e hidrocarburos, en el ambiente marino, las emanaciones también representan fuentes permanentes de contaminación. Aquellos ambientes terrestres o marinos, en donde se presentan estos fenómenos, se caracterizan por la filtración o emisión natural de hidrocarburos líquidos o gaseosos, provenientes de acumulaciones de aceite o gas natural. La mayoría de los sitios de emisión de hidrocarburos corresponden a provincias geológicas en donde predominan las rocas sedimentarias o ígneas, asociadas a gruesos estratos sedimentarios (Figura 2). Tales sitios normalmente coinciden en áreas geográficas caracterizadas por su actividad tectónica o volcánica como las que se distinguen en torno al arco circum-Pacífico, en donde existe una alta incidencia de emanaciones naturales (Wilson et al. 1974). En el norte del Golfo de México hay un número considerable de filtraciones submarinas en el margen continental de Texas, Louisiana y Florida (Paull et al. 1984; Kennicutt et al. 1985).
Soto, Sánchez-García, López-Veneroni t Emanaciones Naturales de Hidrocarburos y Gas en el SW del Golfo de México
Figura 2. Diagrama esquemático de una emanación submarina. El fallamiento de las capas sedimentarias permite la migración del petróleo y gas desde su reservorio hacia piso marino y columna de agua. La parte superior de la figura corresponde al registro en un ecograma de plumas de hidrocarburo en la Sonda de Campeche (Modificado de Núñez et al. 2004). Figure 2. Schematic diagram of a submarine seep. Faulting of the sedimentary layers allows the migration of oil and gas from its reservoir intro the sea floor and water column. The upper panel of the figure corresponds to echogram marks of hydrocarbon plumes in Campeche Sound (Modified from Núñez et al. 2004).
Las emanaciones o filtraciones se originan como consecuencia de la geodinámica que se presenta en áreas de fallamiento, por fracturas en deformaciones diapíricas, o bien por mecanismos de intrusión de rocas sedimentarias o ígneas y emanación directa desde la roca madre (Paull et al. 1984; Kennicutt et al. 1985; Wade et al. 1989). La persistencia e intensidad de estos procesos de emanación constituyen fuentes de perturbación ambiental escasamente estudiados en nuestro país (González-Macías 1997). Es indudable que se requiere documentar el efecto local que implica para los distintos componentes del ecosistema marino, la presencia de hidrocarburos y gas provenientes de fuentes puntuales. Asimismo, es necesario determinar la posible incorporación de estas formas de carbono orgánico autóctono en la trama trófica bentónica y la bioacumulación de componentes de hidrocarburos aromáticos que puedan tener efectos agudos de toxicidad. IMPORTANCIA AMBIENTAL De acuerdo con el Consejo Nacional de Investigación de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, las emisiones naturales de petróleo representan en escala global, aproximadamente el 46 % anual de la aportación de hidrocarburos al ambiente oceánico. Las estimaciones de emanaciones de hidrocarburos fósiles al medio marino registradas por Wilson et al. (1974) en el Golfo de México, permitieron a estos autores reconocer al sector norte del Golfo como de baja tasa de aportación (0.1 barril/
día por 1 000 mi2); mientras que en el suroeste del Golfo, la tasa estaría en el orden de 100 barriles/día por 1 000 mi2. Las cantidades de hidrocarburos fósiles emanadas al medio marino se han calculado en 2.30 m3 (140 barriles) en 1 000 km2/día y una cantidad de 20 000 m3/año/1 000 mi2 (126 000 barriles/año/1 000 mi2) en algunas emanaciones localizadas en el talud continental frente a la costa de Louisiana (MacDonald et al. 1993). La Zona Económica Exclusiva de México (ZEE), del Golfo de México fue clasificada por Wilson et al. (1974) como una región con un alto potencial de emisiones, de acuerdo a sus características geológicas y geoquímicas. Algunas emisiones han sido localizadas en la Laguna de Tamiahua, Tampico, México (Geyer & Giammona 1980). Información reciente sobre el volumen estimado de hidrocarburos filtrado a través del fondo marino en la Sonda de Campeche es de aproximadamente 61.5 m3/día (387 barriles/día) o un equivalente a 22 443 m3/año y se le atribuye un origen petrogénico (NúñezFarfán et al. 2004). En esta región, las actividades de exploración, explotación, derrames y transporte de hidrocarburos fósiles han sido considerables en las últimas tres décadas, por lo cual la vigilancia de los efectos de la contaminación antropogénica del medio marino constituye un tema prioritario de investigación. En consecuencia, diversos estudios se han abocado a la tarea de cuantificar la concentración de hidrocarburos fósiles en sedimentos, organismos, columna de agua y a la determinación de sus propiedades fisicoquímicas, de degradación y biodegradación, e intemperización. Sin embargo, el impacto deletéreo sobre comunidades biológicas principalmente, las bénticas expuestas a hidrocarburos fósiles a emisiones crónicas o intermitentes, es aún incierto. MÉTODOS DE DETECCIÓN Las emanaciones en el piso oceánico pueden ser detectadas a través de datos geofísicos, muestras de sedimentos, presencia de fauna quimiosintética o bien por sensores remotos. Las manchas de petróleo fósil de la superficie marina originadas por emanaciones naturales pueden también ser detectadas y cuantificadas por sensores satelitales (MacDonald et al. 1993). Actualmente, la detección de filtraciones o fugas accidentales de hidrocarburos puede realizarse mediante imágenes de radar, las cuales pueden ser obtenidas independientemente de la hora y condiciones climáticas imperantes. En el suroeste del Golfo de México, específicamente en la Sonda de Campeche, no existen registros suficientes sobre los efectos de los hidrocarburos fósiles o metano en el subsistema béntico. En contraste, en el norte del Golfo de México (i.e. costa de Louisiana y Texas y escarpado de Florida) se han documentado en forma detallada la posi53
UNIVERSIDAD Y CIENCIA
Número Especial I
ción geográfica, las condiciones ambientales generadas por la emisión, así como los volúmenes estimados de descarga de fluido a la columna de agua supra-adyacente (MacDonald et al. 1993; Wilson et al. 1974). Particular énfasis se ha dado en estas investigaciones, a la descripción de la composición comunitaria de organismos epibénticos heterótrofos, cuya principal fuente de carbono orgánico se deriva de la transformación quimiosintética efectuada por bacterias capaces de utilizar la energía química de compuestos altamente tóxicos para el metabolismo respiratorio de los organismos metazoarios. Esta complejidad biológica se manifiesta en una alta biomasa que destaca notablemente ante la pobreza propia de los ambientes profundos (Kennicutt et al. 1988). COMPOSICIÓN Y NIVELES DE HIDROCARBUROS EN EMANACIONES NATURALES La plataforma norte del Golfo de México (frente a los estados de Texas y Louisiana de Estados Unidos) ha sido el foco de atención de importantes esfuerzos de investigación, gracias a los cuales se ha logrado un notable avance en el conocimiento de la química, física, geología, taxonomía y ecología de las emanaciones submarinas. Kennicutt et al. (1988) detectaron altas concentraciones de material orgánico extraíble y perfiles de hidrocarburos similares a los de petróleo en zonas de emanaciones naturales, mismas que contrastan con los niveles y tipos de hidrocarburos de ambientes no influidos por éstas. De acuerdo con Wade et al. (1989) los organismos asociados a las emanaciones presentan concentraciones significativamente altas de hidrocarburos policíclicos aromáticos; las concentraciones más altas se encontraron en organismos sésiles en comparación con aquellos móviles. De hecho, las comunidades bentónicas adyacentes a emanaciones naturales del Golfo de México utilizan compuestos reducidos (H2S, CH4) como fuente de energía (Brooks et al. 1987). COMUNIDADES BIÓTICAS ASOCIADAS A SITIOS DE EMANACIÓN La exploración geofísica del talud continental del norte del Golfo de México ha revelado la existencia de comunidades bentónicas asociadas a sitios de emanación natural de hidrocarburos fósiles y de gas metano entre los meridianos de 95o y 88 o W a profundidades que oscilan entre los 300 y los 2 200 m. Estas exóticas comunidades quimiosintéticas se han registrado hasta los 3 600 en la base del escarpado de Florida (Paull et al. 1984). En virtud de su alta relevancia ecológica, estas comunidades son frágiles dada su susceptibilidad a ser perturbadas por efectos mecánicos originados por las actividades de exploración o extracción de la industria petrolera (MacDonald et al. 1996).
54
El componente autotrófico en estas comunidades está representado por bacterias quimiotróficas que emplean la energía química contenida en compuestos como el metano o el ácido sulfhídrico para la fijación del CO2. Varios de los organismos heterótrofos característicos de este tipo de microambientes en el mar profundo (gusanos vestimentíferos, bivalvos vesycomidos y almejas lucinidae y thyasaridae infaunales) alojan en sus tejidos a estas bacterias como endosimbiontes (Figura 3). La variación en la complejidad de estas comunidades bióticas depende de las condiciones físico-químicas de cada sitio; de igual forma se infiere que los grupos tróficamente asociados (moluscos, crustáceos, peces), sean también contrastantes, particularmente las que habitan por debajo de los 1 000 m. Las propiedades de resiliencia y estabilidad de este tipo de comunidades quimioautotróficas constituyen aún temas controvertidos que requieren mayor investigación. ISÓTOPOS ESTABLES DEL CARBONO EN EMANACIONES NATURALES Los isótopos estables de elementos biogeoquímicamente activos (carbono, nitrógeno, hidrógeno, oxígeno y azufre) han sido utilizados en análisis ambientales, geológicos, ecológicos, geoquímicos, bioquímicos, oceanográficos e hidrológicos. En estos estudios el uso de isótopos estables se basa en la fraccionación que sufren éstos durante particiones por procesos fisicoquímicos, biológicos y geológicos. El carbono es un compuesto biogeoquímicamente activo por lo que cicla activamente entre la atmósfera, litósfera, hidrósfera y biósfera. Los diversos procesos y reservorios por los que transita este elemento pueden ser identificados y seguidos mediante el uso de isótopos estables. El método se basa en que en los procesos químicos, físicos y metabólicos existen cambios en la proporción de isótopos que son pequeños pero apreciables. El carbono es un elemento predominante del petróleo ya que constituye más del 84 % de la composición elemental (Hunt 1979). A su vez, este elemento esencial en los sistemas biológicos donde es utilizado para la formación de estructuras, y es una fuente de energía para los procesos vitales básicos. Aun cuando el origen del petróleo es biológico, la acumulación de la materia orgánica y su transformación durante la diagénesis, catagénesis y metamorfismo generan compuestos que pueden ser nocivos para la biota. Por lo anterior, es importante conocer el origen y los flujos de compuestos del petróleo en un ecosistema. En este sentido, los isótopos estables del carbono son de utilidad debido a que su composición isotópica se mantiene relativamente constante durante su transferencia a través de una trama
Soto, Sánchez-García, López-Veneroni t Emanaciones Naturales de Hidrocarburos y Gas en el SW del Golfo de México trófica, por lo que puede ser empleada para conocer la dieta de algún organismo (Fry & Sherr 1984), y por ende la fuente original del carbono. El nitrógeno, en contraste con el carbono, constituye menos del 0.5 % de la composición elemental del petróleo. En el petróleo, el nitrógeno se encuentra principalmente en los asfaltos como tioles, benzotiofenos, quinolinas y carbazoles (Hunt 1979). En los sistemas marinos, el nitrógeno es importante porque forma parte de los nutrientes asimilados por el fitoplancton y plantas marinas durante la fotosíntesis. Debido a su amplio intervalo de estados de oxidación, este elemento se presenta como una variedad de compuestos disueltos (nitrito, nitrato, amonio) con diferentes grados de reactividad (Sharp 1991). La medición de isótopos estables de nitrógeno (15N 14 y N) en un ambiente es de utilidad porque permite determinar el origen de la materia orgánica de una cadena trófica, los procesos biogeoquímicos predominantes que ocurren en ese ambiente y la posición trófica de un organismo en particular dentro de un ecosistema (Owens 1987). ESTUDIOS ISOTÓPICOS EN EL SW DEL GOLFO DE MÉXICO En el sur del Golfo de México se han realizado estudios de isótopos estables por diversos autores, con un enfoque interdisciplinario en la Bahía de Campeche. Estos trabajos se han aplicado a análisis ecológicos para determinar la principal fuente de carbono en tramas tróficas por medio de la relación isotópica de δ13C/12C y reconocer la complejidad trófica por medio de la relación isotópica de 15 14 N/ N en comunidades bentónicas marinas y estuarinas de la región. Soto et al. (1981) analizaron valores isotópicos del carbono en sedimentos y organismos para inferir la fuente principal de carbono en la comunidad bentónica. Las especies analizadas indican que utilizaron carbón orgánico de tipo biogénico representado por material vegetal originado en la Laguna de Términos y el sistema Grijalva-Usumacinta. Asimismo, Soto & Escobar (1995) realizaron mediciones de δ13C y de 15N, en organismos bentónicos de la plataforma continental del suroeste del Golfo de México. Los resultados de isótopos de N indican que la composición dominante correspondió a los organismos de la macrofauna epibéntica (decápodos, crustáceos y peces) que presentan valores característicos de niveles tróficos altos. Por otro lado, Botello et al. (1987) efectuaron estudios de 13C en sedimentos en el Banco de Campeche, con el objeto de caracterizar las diferentes fuentes de carbono orgánico. Los resultados de 13C mostraron poca variación entre sí, por lo que se infiere que en el Banco de Campeche las fuentes de carbono son tanto de origen continental como marino y su distribución espacial refleja la interrelación de tres ambientes sedimentarios de carbón orgánico: aportes
de materia orgánica de los ríos Grijalva-Usumacinta, de las lagunas Carmen y Machona y Mecoacán en el estado de Tabasco (δ13C = –22.7 ‰ ), valores típicos marinos situados frente a la Laguna de Términos (δ13C = –21 ‰), y una zona en la porción carbonatada de la Plataforma del Banco de Campeche (δ13C = –19.8 ‰). En la zona costera de la Bahía de Campeche RazGuzmán & de la Lanza (1991; 1993) realizaron una caracterización isotópica de δ13C en la Laguna de Términos que incluyó la vegetación acuática, detritos, sedimentos superficiales y organismos. Los resultados indican que en la laguna existen dos zonas isotópicamente diferentes: una predominantemente marina, y la otra predominantemente estuarina, lo que refleja la influencia del carbón orgánico de origen terrestre sobre la materia orgánica depositada. También, las relaciones isotópicas de la materia orgánica de la Laguna de Términos y la Sonda de Campeche y su variación estacional han sido determinadas (Raz-Guzmán & Sánchez 1996). Las zonas estuarinas y las marinas se diferenciaron principalmente por la amplitud de los intervalos de valores isotópicos (-28.8 a –7.9 ‰); estos valores se deben aparentemente al mayor número de especies de productores primarios con composición isotópica diferente característico de sistemas estuarinos del Golfo de México.
Figura 3. Composición isotópica de carbono en ecosistemas de mar profundo y zonas de emanación de hidrocarburos. En sistemas no influidos por emanaciones las fuentes de carbono son la fotosíntesis y material orgánico degradado en el sedimento. En zonas de emanación las fuentes de carbono son el gas metano y los hidrocarburos metabolizados por bacterias endosimbiontes quimiosintéticas de organismos sésiles cercanos a las emanaciones. El tamaño de las flechas indica la importancia relativa de las fuentes de carbono (Valores isotópicos promedio de los organismos tomados de Kennicutt et al. 1985, y Brooks et al. 1987). Figure 3. Carbon isotope composition in deep sea and hydrocarbon seep ecosystems. Carbon sources in systems not influenced by seeps include photosynthesis and degradaded organic material on the sediments. Carbon sources in seep regions include methane gas and hydrocarbons which are metabolized by chemosynthetic endosymbiotic bacteria of sessile organisms near the seep. The sizes of the arrows show the relative importance of the carbon sources (Average isotopic values of the organisms were taken from Kennicutt et al., 1985, and Brooks et al. 1987).
55
UNIVERSIDAD Y CIENCIA
Número Especial I
La composición isotópica para un reservorio de petróleo depende principalmente de la composición isotópica de la materia orgánica que lo formó. La fraccionación más evidente ocurre entre el petróleo y el querógeno que lo generó durante la catagénesis, con valores de δ13C que oscilan de 1 a 4 ‰ más bajas para el petróleo (Tissot & Welte 1978). Sin embargo, la señal isotópica del crudo se mantiene relativamente constante aún después de condiciones de alta intemperización (Botello & Castro-Gessner 1980). Por lo tanto, el análisis isotópico de una muestra de petróleo puede ser de utilidad para inferir su origen y rutas de dispersión. En organismos sedentarios asociados con emanaciones naturales del norte del Golfo de México Wade et al. (1989) registraron valores isotópicos ligeros indicando que el origen primigenio del carbono que se incorpora a estas cadenas tróficas es por quimiosíntesis del metano. Los organismos que obtienen una porción importante del metano presentan valores isotópicos muy negativos, del orden de -40 ‰ (Kennicutt et al. 1985). En contraste, los organismos heterotróficos fuera de la zona de las emanaciones (Figura 3) presentan valores isotópicos más enriquecidos en δ13C, entre –14 y –22 ‰ (Kennicutt et al. 1988). EXPLORACIÓN DE EMANACIONES EN LA SONDA DE CAMPECHE En aguas mexicanas del Golfo de México, los sitios en los cuales se presenta el fenómeno de emanación natural de gas e hidrocarburos líquidos han sido descritos genéricamente con el término de “chapopoteras” el cual alude al material intemperizado de petróleo empleado como detergente por las culturas de Mesoamérica. Tales sitios se han localizado frente a los estados de Tamaulipas, Veracruz y Campeche, y generalmente han coincidido con la existencia de importantes yacimientos de hidrocarburos actualmente bajo explotación (Figura 4). La exploración sísmica de la Sonda de Campeche efectuada por PEMEX en la década de los 70 reconoció complejos estratos de rocas ígneas conteniendo reservorios de gas e hidrocarburos. Inicialmente denominado Cantarell, en honor al pescador que primero detectó sobre la superficie del agua, la presencia crónica de una filtración de petróleo. En este ambiente de plataforma continental aproximadamente a 60 m de profundidad, se ha documentado un sitio de emanación natural, situado entre las plataformas petroleras Akal C y Nohoch. En dicho sitio, González-Macías (1997) estudió la estructura comunitaria de los organismos infaunales, así como el posible efecto originado por la exposición constante a compuestos químicos derivados de la fuente de emisión de gas e hidrocarburos. Esta autora señaló que la concentración de los hidrocarburos fósiles en sedimentos fue de 100 a 1 000 ppm y concluyó que los organismos de la comunidad bentónica 56
se encontraban adaptados y en equilibrio con las condiciones ambientales propiciadas por la emisión misma. Recientemente, Ortega-Osorio registraron mediante un ecosonda de penetración, cambios en la densidad del subsuelo marino que interpretaron como estratos sedimentarios de alta permeabilidad, que facilitan el flujo ascendente de una mezcla gas-sólida de hidrocarburos; también detectaron en la superficie la manifestación de burbujeo, provocado probablemente por la degasificación en el fondo. Materiales de macrofauna y sedimentarios analizados mediante técnicas de isotopía estable de carbono y nitrógeno obtenidos en la proximidad del sitio de emisión Cantarell, revelaron que la fuente de carbono orgánico se deriva de material orgánico particulado de origen oceánico (Sánchez-García 2003). Esto significa que los fenómenos de emisión se manifiestan en diferentes modalidades: 1) puntuales y propensos a experimentar migraciones horizontales, dependiendo de la naturaleza litológica del yacimiento o de la perturbación mecánica de las operaciones de extracción, 2) suelen representar fenómenos episódicos o efímeros difíciles de ser detectados por la instrumentación oceanográfica convencional, y 3) acusar cambios en la intensidad del flujo así como en la persistencia del mismo. La posible absorción de las fases aromáticas o alifáticas de los complejos de hidrocarburos, por parte de los organismos bénticos expuestos al flujo de emisión, depende desde luego de su concentración. Ésta a su vez, estará influida por la acción conjunta de factores fisicoquímicos como la dilución, la dispersión y la biodegradación bacteriana.
Figura 4. Registros en la Sonda de Campeche de sitios potenciales de emanación natural de gas e hidrocarburos fósiles (Tomado de Núñez et al. 2004). Figure 4. Potential natural seep sites of gas and fossil hydrocarbons in Campeche Sound (Modified from Núñez et al. 2004).
Soto, Sánchez-García, López-Veneroni t Emanaciones Naturales de Hidrocarburos y Gas en el SW del Golfo de México Recientemente, con una aproximación geofísica, Núñez-Farfán et al. (2004), han caracterizado los sitios de emanación en la Sonda de Campeche y estimado los posibles volúmenes de descarga anual al medio ambiente. Algunos de los beneficios que se pueden derivar del estudio holístico de los sistemas marinos influidos por emanaciones naturales de hidrocarburos líquidos o de gas, es el reconocimiento de las adaptaciones que las comunidades bióticas han adoptado a través de la evolución, para persistir en tiempo y espacio ante fenómenos de ecotoxicidad. Estos ambientes particulares representan laboratorios naturales que podemos emplear para expandir nuestro conocimiento sobre los complejos fenómenos oceanográficos que hacen posible la dispersión, dilución, degradación, y bioacumulación de elementos químicos que
alteran el equilibrio del ambiente oceánico. La ecología funcional de las comunidades quimiosintéticas asociadas a los ambientes extremos bajo condiciones sumamente adversas, propias de los sitios de emanación natural, se conoce parcialmente. Aún persiste la paradoja: los fenómenos de emanación natural de gas e hidrocarburos representan importantes fuentes de carbono orgánico que propician la abundancia de organismos, pero a la vez la toxicidad resultante de sus productos derivados, puede alterar seriamente el equilibrio de los sistemas biológicos. AGRADECIMIENTOS Un agradecimiento especial al Biól. Carlos Illescas, ICMyL-UNAM, por el apoyo brindado en la edición del presente manuscrito.
LITERATURA CITADA Botello AV, Castro-Gessner S (1980) Chemistry and natural weathering of various crude oil fractions from the Ixtoc-I oil spill. En: Atwood DK (ed) Proceedings of a Symposium on Preliminary Results from the September 1979 Researcher/Pierce Ixtoc-I cruise, Key Biscayne, Florida: 387-487. Botello AV, Villanueva S, Mendelewicks M (1987) Programa de vigilancia los hidrocarburos fósiles en sedimentos del Golfo de México y Caribe Mexicano: 1978-1984. Caribb. J Sci., 23: 29-39. Brooks J, MC Kennicutt II, CR Fisher SA, Macko K, Cole JJ Childress, R Bidigare, RD Vetter (1987) Deep-sea hydrocarbon seep communities: Evidence for energy and nutritional carbon sources. Science 238: 1138-1142. Fry B, Sherr B (1984) δ13C measurements as indicators of carbon flow in marine and freshwater ecosystems. Contr. Mar. Sci. 27:13-47. Geyer RA, Giammona CP (1980) Naturally occurring hydrocarbons in the Gulf of Mexico and Caribbean Sea. En: Geyer RA, Giammona CP (eds) Marine Environmental Pollution, Vol. 1. Hydrocarbons. Elsevier Scientific Publishing Company, N.Y.: 2749. González-Macías M (1997) Análisis de la comunidad bentónica en una chapopotera del Golfo de México y sus relaciones con la presencia crónica de hidrocarburos del petróleo. Tesis de Maestría, Facultad de Ciencias, UNAM, División de Estudios de Postgrado, México.114 pp. Guzmán-Vega A, Mello M (1999) Origin of oil in the Sureste Basin, Mexico. Amer. Assoc. Petrol. Geol. 83: 1068-1095 Heileman- Manickchand S, Soto LA, Escobar E (1998) A preliminary trophic model of the continental shelf, Southwestern Gulf of Mexico. Est. and Coastal Shelf Sci. 46:1-15. Hunt JM (1979) Petroleum Geochemistry and Geology. W.H. Freeman and Company, San Francisco.617 pp. Kennicutt MC, Brooks JM, Bidigare RR, Fay RA, Wade Tl, McDonald TJ (1985) Vent type taxa in a hydrocarbon seep region on the Louisiana slope. Nature, 317: 351-353. Kennicutt MC, Brooks JM, Bidigare RR, Denoux GJ (1988) Gulf of Mexico / hydrocarbon seep communities-I. Regional distribution of hydrocarbon seepage and associated fauna. Deep-Sea Res. 35:1639-1651.
57
UNIVERSIDAD Y CIENCIA
Número Especial II
McDonald IR, Guinasso NL Jr, Ackleson SG, Amos JF, Duckwort R, Sassen R, Brooks JM, (1993) Natural oil slicks in the Gulf of Mexico visible from space. J. Geophys.Res. 98: 16351-16364. MacDonald IR, Reilly JF Jr, Best SE, Venkataramaiah R, Sassen R, Amos J, Guinasso NL Jr (1996) A remote-sensing inventory of active oil seeps and chemosynthetic communities in the northern Gulf of Mexico in hydrocarbon migration and its near-surface expression. Schumacher D, Abrams MA (eds) Amer. Assoc. Petrol. Geol. :27-37. Núñez-Farfán J, Cruz Roque D, Barrera Nabor P (2004) Estudio de las emanaciones naturales de hidrocarburos en la Sonda de Campeche y sus efectos en las plataformas marinas de PEMEX. En: Soto LA, González-Macías C (eds) PEMEX y la Salud Ambiental de la Sonda de Campeche. Instituto Mexicano del Petróleo, DF (en prensa). Owens, NJP (1987) Natural variations in 15N in the marine environment. Adv. Mar. Biol. 24: 389-451. Paull CK, Hecker B, Commeau R, Freeman-Lynde RP, Neumann C, Corso WP, Golubic S,Hook JE, Sikes E, Curray J (1984) Biological Communities at the Florida Escarpment resemble hydrothemal vent taxa. Science, 226:965-967. Raz-Guzmán A, de la Lanza G (1991) Evaluation of photosynthetic pathways of vegetation, and sources of sedimentary organic matter through δ13 C in Terminos Lagoon, Campeche, Mexico. An. Inst. Biol. Univ.Nal.Autón.México Ser.Bot. 62 (1):39-63. Raz-Guzmán A, de la Lanza G (1993) δ13 C of zooplankton, decapod crustaceans and amphipods from Laguna de Terminos, Campeche (Mexico), with reference to food sources and trophic position. Ciencias Marinas 19 (2): 245-264. Raz-Guzmán A, Sánchez AJ (1996) Trophic structure related to seagrass habitat complexity. En: Kuo J, Phillips RC, Walker DI, and Kirkman H (eds) Seagrass Biology. Proc. International Workshop. Rottnest Island, Western Australia, 1996. Univ. Western Australia: 241-248 Sánchez-García S, (2003) Determinaciones isotópicas de carbono y nitrógeno en sedimentos y biota asociados a emanaciones naturales de hidrocarburos fósiles en el Banco de Campeche. Tesis Maestría, Posgrado en Ciencias del Mar y Limnología, UNAM. 53 pp. Sharp JH (1991) Total mass and particulate carbon, nitrogen and phosphorus. En: Hurd D, Spencer D (eds) The analysis and characterization of marine particles. Geophys. Monogr. 63: 87-90 Soto LA, Gracia A, Botello A (1981) Study of the penaeid shrimp population in relation to petroleum hydrocarbons in Campeche Bank. Gulf Carib. Fish. Inst. 33: 81-100 Soto LA, Escobar E (1995) Biology and ecology of shallow coastal waters. En: Eleftheriou A, Ansell AD, Smith CJ (eds) Coupling mechanisms related to benthic production in the SW Gulf of Mexico. 28th EMBs symposium, Olsen & Olsen, Fredensborg, Denmark: 233-242 Soto LA, Heileman- Manickchand S, Flores E, Licea S (1999) Processes that promote decapod diversity and abundance on the upper continental slope of the SW Gulf of Mexico. En: Von Vaupel Klein JC, Shram FR (eds) The Biodiversity Crisis and Crustacea. A.A. Balkema, Rotterdam: 385-400. Tissot BP, Welte DH (1978) Petroleum formation and occurrence. Springer-Verlag, Berlin. 538 pp. Wade TL, Kennicutt MC, Brooks JM (1989) Gulf of Mexico hydrocarbon seep communities: Part III. Aromatic hydrocarbon concentrations in organisms, sediments and water. Mar. Environ. Res. 27:19-30. Wilson D, Monoghan H, Osanik A, Price C, Rogers A (1974) Natural marine oil seepage. Science, 194:857-865.
58