Distribución de temperatura y salinidad en campañas oceanográficas recientes en el Pacífico Tropical Oriental de Costa Rica

Introducción: Para Costa Rica, los estudios realizados en el Pacífico Tropical Este o PTE son importantes ya que se relacionan con el Corredor Marino del Pacífico Este Tropical, el cual es un esfuerzo de conservación multinacional. El presente estudio describe los parámetros físicos de temperatura del mar y salinidad del océano de las masas de agua que rodean a la Isla del Coco y su entorno, el PTE, a través del análisis de perfiles de CTD obtenidos durante campañas hidrográficas realizadas entre el año 2008 y el 2012; y comparar los resultados de los datos in-situ con los del reanálisis del modelo HYCOM-NCODA. Métodos: Se compilaron los resultados de 8 diferentes campañas científicas a la Isla del Coco de abril de 2008, marzo de 2009, abril de 2010, julio de 2011 y marzo de 2012. También se analizan las campañas de octubre de 2010 y marzo de 2011 en donde se realizó un transecto latitudinal y un transecto longitudinal en las aguas del Pacífico Tropical Este de Costa Rica. En julio de 2012 se realizaron 3 transectos latitudinales en las aguas en torno a la Isla del Coco. Las mediciones se hicieron por medio de un CTD, instrumento utilizado para determinar la conductividad, temperatura y presión de la columna de agua, entre otras variables. Resultados: Se observó la presencia de Agua Superficial Tropical en los primeros 50m de profundidad, con temperaturas superiores a 25°C y salinidades menores 33psu y Agua Sub-superficial Sub-tropical bajo los 60m con temperaturas menores a 25°C y salinidades alrededor de las 35ups. La zona de transición entre ellas se presentó entre los 50-60m. Los resultados de la temperatura del mar y la salinidad de los transectos analizados reflejan las condiciones climáticas y atmosféricas observadas, en donde se nota que las variaciones estacionales en el PTE están fuertemente influenciadas por la migración meridional de la Zona de Convergencia Inter-Tropical. Conclusiones: El estudio mostró que los datos del reanálisis del modelo de circulación general HYCOM-NCODA son comparables con los resultados de los perfiles del CTD en el PTE. La distribución de la temperatura de los muestreos tiende a ser similar a los datos del modelo oceánico y las principales diferencias se dan en la capa profunda para la salinidad, por lo que el modelo HYCOM es capaz de reproducir las características observadas en el PTE de temperatura y salinidad y puede ser usado para estudiar la dinámica tropical oceánica, en regiones más extensas y en otras épocas del año.

Introduction: In Costa Rica, studies done in the Eastern Tropical Pacific or ETP are important because of their interaction/relationship with the Eastern Tropical Pacific Seascape, a known multinational conservation initiative. The present study describes the physical parameters of sea temperature and salinity around Cocos Island and its environment, the ETP, using CTD profiles. Methods: Data were obtained in April 2008, March 2009, April 2010, July 2011 and March 2012 near this island. Latitudinal and longitudinal transects were also done during October 2010 and March 2011 in a broader Costa Rican ETP region. In July 2012, three latitudinal transects were done around Cocos Island. Records were obtained using a CTD, measuring conductivity, temperature and pressure, among other variables. Results: Tropical Surface Water was observed in the upper 50m, showing temperatures above 25°C and salinities below 33psu. Below the surface waters, Subsurface Subtropical Water was detected below a 60m depth, showing temperatures colder than 25°C and salinities around 35psu. The transition between these waters was around 50-60m in depth. Temperature and salinity results were related with the atmosphere conditions observed, in which ETP variability was strongly influenced by the Inter Tropical Convergence Zone migration. Conclusions: This study also showed that reanalysis data from the HYCOM-NCODA general circulation model are comparable and in a good agreement with the CTD profiles. Temperature and salinity HYCOM data also reproduced, in general terms, the main characteristics of CTD data, having some small differences in the deeper levels. This reanalysis data set could also be used to study the tropical ocean dynamics, in wider ETP regions and for different seasons.

Rasgos oceanográficos en el Golfo Dulce, Pacífico de Costa Rica: una revisión para la toma de decisiones en conservación marina / Oceanographic features of Golfo Dulce, Costa Rican Pacific: a review for decision-making in marine conservation

Resumen Se indagó, de septiembre del 2005 a noviembre del 2007, las propiedades oceanográficas físicas, químicas y biológicas (zooplancton) más relevantes del Golfo Dulce, Pacífico Sur de Costa Rica, y las tipologías meteorológicas de la zona, con el objetivo de analizarlas y hacerlas disponibles como referencia en el establecimiento de actividades adecuadas para su conservación, dado que es un ecosistema acuático único en Costa Rica. El patrón de circulación de las aguas en el Golfo Dulce es el típico de estuarios tipo fiordo, con una estratificación de flujo en la columna de agua. Las corrientes marinas superficiales alcanzaron velocidades cercanas a los 18cm/s en la región de entrada al Golfo, que disminuyeron al ampliarse el área del golfo donde las velocidades llegaron a alcanzar poco más de 5cm/s en el extremo noroeste, Rincón. Predominó el flujo superficial de este-oeste, mientras que en la zona de Puerto Jiménez la velocidad fue moderada de 5.4cm/s con dirección sur. Se detectaron velocidades mayores cercanas al umbral de la entrada del golfo (17.8cm/s) y en el fondo el ámbito fue de 2.0cm/s a 4.8cm/s. Se establecieron cinco sitios de muestreo denominados GD1, GD2, GD3, GD4 y GD5, que se visitaron en cinco ocasiones, excepto en GD5 que se visitó solo una vez. No se detectó la ausencia de oxígeno disuelto en las aguas profundas del Golfo (70m a los 140m), aunque las concentraciones fueron bajas (0.25mg/L a 1.10mg/L). La distribución de las concentraciones de los nutrimentos reflejó los patrones usuales para sistemas estuarinos a nivel horizontal, y a nivel vertical las concentraciones de fosfato y silicato fueron mayores al descender en la columna de agua, tanto en la estación lluviosa como en la seca. La descomposición de la materia orgánica fue evidente puesto que las concentraciones de nitrato fueron incrementándose en las aguas profundas. De los datos de concentración de nutrimentos, se deduce que el Golfo Dulce puede ser considerado como un cuerpo de agua que se mantiene en un estado de muy buena calidad ambiental. El grupo zooplánctico dominante fue el de los copédodos (44%-83.6%). Los vientos oeste ecuatoriales se detectaron en junio y fueron más intensos entre septiembre y octubre, lo que correspondió con promedios altos de altura de las olas. A su vez, los vientos alisios de diciembre a abril disminuyeron la energía del oleaje que entra al golfo y por lo tanto la altura promedio de las olas. El ciclo anual de la precipitación fue un patrón bimodal típico del Pacífico de América Central, con máximos en mayo y octubre, con la interrupción debida al veranillo o canícula, y un mínimo de precipitación ocurrió en febrero. Golfo Dulce es un ambiente único en todo el Pacífico Este Tropical, y aunque parezca mostrar condiciones ambientales saludables, está amenazado por muchas actividades humanas; ante todo urge el establecimiento de políticas de ordenamiento y planificación de las mismas, para proteger el ecosistema bajo los principios de uso sostenible.

Abstract From September 2005 to November 2007 we studied the meteorological typologies and the physical, chemical and zooplankton oceanography of Golfo Dulce, a unique aquatic ecosystem in the South Pacific of Costa Rica. The water circulation pattern in Golfo Dulce is typical of fjord-type estuaries, with flux stratification within the water column. Surface water currents reached speeds near 18cm/s in the vicinity of the sill and diminished inward to the northwest at around 5cm/s. The east-west flux was predominant, whereas near Puerto Jiménez the speed was a moderated 5.4cm/s with a south direction. Higher speeds were found near the sill (17.8cm/s) and at the bottom (2.0cm/s to 4.8cm/s). One station was visited once, five were visited five times each. Dissolved oxygen was not absent in deep waters (70m to 140m), but concentrations were low (0.25mg/L to 1.10mg/L). Nutrient concentrations and distribution had the usual horizontal estuarine patterns and for the vertical level phosphate and silicate concentrations increased with depth. Decomposition of organic matter was evident because nitrate concentrations were higher in deep waters. Surface nutrient concentrations indicated the gulf has good environmental quality that sustains a variety of life. Copepods dominated zooplankton (44%83.6%). The strongest equatorial westerlies were detected between September and October, coincident with higher wave heights. The trade winds blowing from December to April reduced the energy of entering waves and therefore the mean wave height. The annual rainfall cycle was the typical bimodal pattern from the Central America Pacific, with maxima in May and October, except for the midsummer interruption, and minimum rain was on February. Golfo Dulce is a unique environment in the Eastern Tropical Pacific, shows healthy environmental conditions, and is threatened; therefore we urge the establishment of zoning policy for human activities, and to improve protection under the principles of sustainable use. Rev. Biol. Trop. 63 (Suppl. 1): 131-160. Epub 2015 April 01.

La dinámica oceanográfica frente al Humedal Nacional Térraba-Sierpe y su relación con la muerte del manglar / The oceanographic dynamic in front of Térraba-Sierpe National Wetland (HNTS) and its relation with the mangrove's death

Resumen Se estudió la dinámica de las mareas y el oleaje frente al Humedal Nacional Térraba-Sierpe (HNTS) y su relación con los procesos de erosión y la muerte del manglar en esta región. Se encuentra que un aumento relativo del nivel del mar, ya sea generado por el basculamiento de las costas, o por calentamiento global, es el responsable de crear una nueva plataforma para el oleaje y está modificando el perfil de la costa y cambiando el tipo de sedimento sobre el cual crece el manglar. Una mayor deposición de sedimentos sobre la región norte de este delta, mantiene el equilibrio de este sistema en esta zona, donde más bien hay una ganancia de sedimentos en la isla al frente de la desembocadura del Río Grande de Térraba. Un menor aporte de sedimentos del Rio Sierpe está generando una migración tierra adentro de este sistema estuarino frente a esta región, lo cual es un síntoma de un aumento relativo del nivel del mar. Los escenarios futuros sobre una mayor energía del oleaje, y de un continuo aumento del nivel del mar, no permitirán un equilibrio en la dinámica de los sedimentos, especialmente sobre la parte sur de este delta, por lo que continuará perdiendo la cobertura del manglar en este sistema estuarino.

Abstract The Térraba-Sierpe Reserve has the largest mangrove in Costa Rica but has suffered from changes in sea level. I used published data to analyze the area and found that sea level rise, generated by coast subsidence or global warming, created a new platform for waves and changed the beach profile and sediment type. Increased sediment deposition on the north maintains the balance of this system, with a sediment gain on the island in front of the Térraba river mouth. A lower sediment output from the Sierpe river is generating a landward delta migration, especially in the southern part, a symptom of local sea level rise. Future scenarios of greater wave energy and additional sea level rise will not allow a dynamic sediment balance, especially on the southern part of the delta, and will generate a loss mangrove cover. Rev. Biol. Trop. 63 (Suppl. 1): 29-46. Epub 2015 April 01.

Rasgos morfológicos alrededor de la Isla del Coco y de sus montes submarinos vecinos, Pacífico de Costa Rica / Morphological features around Isla del Coco and its adjacent seamounts, Pacific Costa Rica

The UNESCO GEBCO-08 bathymetric data was used to study the marine provinces around Isla del Coco. Seamounts with depths of less than 1000m from the sea surface were analyzed. Seamounts southward, south- eastward and westward of the island, were identified at depths of 300m from the sea surface, and with heights up to 2700m from the marine bottom. The ecological interconnection of these mountains with Isla del Coco has to be effective, as it could also be within the biological corridor of Eastern Tropical Pacific. A better resolution study around Isla del Coco was done to identify details of the insular platform. A seamount to 14.8km northeast of the island was found, with measured depths of 30-40m, and so far, not reported. This feature explains the presence of fishermen around this site, which is known by them as a place with high productivity. Although more studies are needed, the limits and environmental policies should be modified so as to adequately protect these seamounts, which probably have an important ecological connection with Isla del Coco. Citation: Lizano, O.G. 2012. Rasgos morfológicos alrededor de la Isla del Coco y de sus montes submarinos vecinos, Pacífico de Costa Rica.

Se utilizaron los datos batimétricos GEBCO-08 de la UNESCO para estudiar las provincias marinas alrededor de la Isla del Coco. Se analizaron las montañas submarinas que tuvieran menos de 1000m de profundidad en esta cordillera. Montes submarinos localizados al sur, sureste y oeste de la isla, fueron identificados con profundidades de 300m desde la superficie del mar, y con alturas de hasta 2700m desde el fondo marino. La interconexión ecológica con la Isla del Coco de estos montes debe ser efectiva, como lo serán también dentro del corredor biológico del Pacifico Tropical Este. Se realizó un estudio particular de mayor resolución alrededor de la Isla del Coco para identificar los alcances de la plataforma de la isla. Se encontró un monte submarino a 14.8km al noreste de la isla, con profundidades medidas de 30-40m, que no había sido reportado. Con este rasgo submarino se explica la presencia de pescadores alrededor del este sitio, un sitio conocido en el ambiente de los pescadores, pero que aún no se había asociado a algún fenómeno oceánico en particular. Aunque más estudio es necesario, de comprobarse la conectividad biológica entre los montes submarinos y la Isla del Coco, los límites y las políticas ambientales deberán ser modificados, de manera que se proteja adecuadamente este sistema ecológico.

Un método para evaluar el enriquecimiento de metales en sedimentos marinos en Costa Rica / A method to evaluate metal enrichment in marine sediments

A method to evaluate metal enrichment in marine sediments. In order to evaluate metal enrichment in sediments , a method is proposed and tested in Bahia Culebra and the Golfo de Nicoya, Costa Rica through the normalization of the elements against aluminum, and by linear regression of the logarithm of the concentrations of different elements respect to aluminum. The distributions of the elements manganese, and strontium of Bahía Culebra did not satisfy the tests of normalization and linear regression, indicating a nonnatural distribution or enrichment of these elements in this region. In the Golfo de Nicoya the elements copper , zinc , rubidium and the strontium did not satisfy the test of normality or the linear regression with respect to aluminum, indicating a possible enrichment of these elements. The majority of the concentrations of the elements in two sample sites, with the exception of chromium, are within the natural ranges in rocks or clays of marine sediments, and within the concentration ranges of other studies done in these same regions. Chromium has average values beyond the natural concentrations, the values of some samples in the Golfo de Nicoya are up to 10 times greater than the concentration value of a typical bay with high contamination of this element.

Se propone un método para evaluar enriquecimiento de metales en sedimentos de Bahía Culebra y en el Golfo de Nicoya de Costa Rica a través de la normalización de los elementos y el aluminio usando la regresión lineal de las concentraciones de los elementos y el Aluminio. Las distribuciones de los elementos manganeso y el estroncio de Bahía Culebra no cumplen con las pruebas de normalización y de regresión lineal, indicando una distribución no natural o enriquecimiento de estos elementos en esta región. En el Golfo de Nicoya los elementos cobre, zinc, rubidio y el estroncio no cumplen ya sea con la hipótesis de normalidad o con la regresión lineal respecto al aluminio, indicando un posible enriquecimiento de estos elementos en esta región. La mayoría de las concentraciones de los elementos tanto en ambos sitios de muestreo, con excepción del cromo, se encuentran dentro de los ámbitos naturales encontrados en las rocas o en las arcillas de sedimentos marinos a nivel mundial, y dentro de los ámbitos de las concentraciones de otros estudios realizados en estas mismas regiones. El cromo muestra valores promedio más allá de las concentraciones naturales, siendo la concentración de algunas muestras en el Golfo de Nicoya hasta diez veces mayores que el valor de una bahía con alta contaminación de este elemento.

Composición de sedimentos en las zonas costeras de Costa Rica utilizando Fluorescencia de Rayos-X (FRX) / Composition of marine sediment samples in the Costa Rica intertidal zones using X-Ray fluorescence analysis

Utilizando Fluorescencia de Rayos-X dispersiva en energía, que permite la evaluación simultánea de los isótopos estables de trece elementos, se analizaron setenta y cuatro muestras de sedimentos marinos de las regiones intermareales para las costas del Caribe y del Pacífico Norte, Central y Sur de Costa Rica. Los elementos calcio y hierro fueron los más abundantes y son representativos del origen de la formación natural del sedimento, estando el primero asociado a procesos biogénicos, tales como sistemas arrecifales coralinos cercanos al sitio de muestreo y el segundo esta asociado mas bien a sedimentos de carácter litogénico. En general, las playas del Pacífico Norte mostraron la mayor concentración de calcio lo que es indicativo de mayor existencia de estructuras arrecifales en sus alrededores. El análisis de los elementos traza, ligados a un origen terrígeno, muestras un patrón similar al hierro en la mayoría de las regiones. Las playas del Pacífico Central y Sur muestran las mayores concentraciones de estos elementos traza, indicando una mayor contribución terrígena y/o poco contribución de carbonato de calcio debido al escaso desarrollo de estructuras coralinas en estas regiones. Por último, el análisis no mostró evidencia de contaminación antropogénica y solo una sección al norte de la Playa Puerto Viejo presentaron concentraciones altas de plomo zinc y titanio, lo cual podría estar ligado a fuentes hidrotermales en esta región

Using an energy dispersive X-Ray fluorescence analysis, simultaneous evaluation of K, Ca, Ti, Cr, Mn, Ge, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Sr and Pb in 74 marine sediment samples from the Costa Rica intertidal zones was conducted. Samples were collected between June 1999 and December 2001, from Caribbean and Pacific beaches of Costa Rica. Calcium and iron showed the highest abundances and are indicators of the natural origin of the sediments. Calcium is associated with biogenic processes such as coral reefs near the sampling sites and iron indicates a terrigenous origin. In general, the beaches of the Caribbean and North Pacific regions showed the greatest concentration of calcium. This is indicative of the abundant reef structures near these beaches. The beaches of the Central and South Pacific show the greatest iron concentrations, indicating an important lithosphere contribution and/or little contribution of calcium carbonate due to the poor development of coralline structures near the sampling sites. Finally, the analyses did not show evidence of elements associated with anthropogenic pollution. Only a northern section of Puerto Viejo beach showed high concentrations of lead, zinc and titanium, perhaps associated with hydrothermal sources

Algunas características de las corrientes marinas en el Golfo de Nicoya, Costa Rica / Some features of ocean currents in Gulf of Nicoya, Costa Rica

Se estudia la estructura espacial y vertical de las corrientes en el Golfo de Nicoya y su relación con los ciclos de marea usando correntímetros. Se encuentra que en el interior del golfo, la variación vertical de las corrientes marinas aumenta conforme aumenta la profundidad. La estación de Isla Chira muestra un menor grado de variación, tanto en corrientes como en temperatura. La estación entre Isla San Lucas y Puntarenas es la más estratificada en flujos en esta región. Se midieron magnitudes de corrientes sobre los 100 cm/seg durante mareas vivas extraordinarias. Se encontraron desfases del quiebre o cambio de flujo de las mareas entre superficie y fondo, de hasta 100 minutos. En general en esta parte interna los flujos son hacia el interior del Golfo cuando la marea está entrando y hacia el exterior, cuando la marea está bajando. En el exterior del Golfo la circulación es más compleja. A lo largo de un eje Tárcoles-Negritos, se identifican flujos que rotan de manera distinta entre superficie y fondo, cuyos patrones no pueden ser fácilmente explicados según los ciclos de la marea respecto a predicciones mareales en Puntarenas. Estos resultados demuestran que la variación espacial de las corrientes marinas del Golfo de Nicoya está relacionada no solo a la estructura termohalina, sino que también, a los ciclos y ámbitos de las mareas que se producen en este cuerpo de agua

The spatial and vertical structure of the water currents and its relationship with the tidal cycles were studied using current meters in the Gulf of Nicoya. In the upper gulf, the vertical marine current differences increase as the depth increases. The water column at the station near Chira Island (upper gulf) shows the smaller changes in currents and in temperature. The flow at the station between San Lucas Island and Puntarenas (middle gulf) is the most stratified in this region. Currents with magnitudes over 100 cm/seg were measured during spring tides. Changes in the lags of the surface and bottom tidal flows were measured on the order of 100 minutes. In general, in this upper region the flows are toward the head of the gulf when the tide is flooding and toward the mouth when the tide is ebbing. In the lower gulf the circulation is more complex. Along an axis between Tárcoles and Negritos Islands, changes of velocity vectors are identified between surface and bottom. The current rotates in a different way in the water column in this region and their patterns cannot be explained only by the tidal cycles predicted for Puntarenas. These results demonstrate that the spatial and vertical variation of the marine currents of the Gulf of Nicoya is not only related to the thermohaline structure, but also to the tidal cycles and tide ranges that take place in this estuary

[Composition of marine sediment samples in the Costa Rica intertidal zones using X-Ray fluorescence analysis]. / Composición de sedimentos en las zonas costeras de Costa Rica utilizando Fluorescencia de Rayos-X (FRX).

Using an energy dispersive X-Ray fluorescence analysis, simultaneous evaluation of K, Ca, Ti, Cr, Mn, Ge, Ni, Cu, Zn, Br, Rb, Sr and Pb in 74 marine sediment samples from the Costa Rica intertidal zones was conducted. Samples were collected between June 1999 and December 2001, from Caribbean and Pacific beaches of Costa Rica. Calcium and iron showed the highest abundances and are indicators of the natural origin of the sediments. Calcium is associated with biogenic processes such as coral reefs near the sampling sites and iron indicates a terrigenous origin. In general, the beaches of the Caribbean and North Pacific regions showed the greatest concentration of calcium. This is indicative of the abundant reef structures near these beaches. The beaches of the Central and South Pacific show the greatest iron concentrations, indicating an important lithosphere contribution and/or little contribution of calcium carbonate due to the poor development of coralline structures near the sampling sites. Finally, the analyses did not show evidence of elements associated with anthropogenic pollution. Only a northern section of Puerto Viejo beach showed high concentrations of lead, zinc and titanium, perhaps associated with hydrothermal sources.

[Some features of ocean currents in Gulf of Nicoya, Costa Rica]. / Algunas características de las corrientes marinas en el Golfo de Nicoya, Costa Rica.

The spatial and vertical structure of the water currents and its relationship with the tidal cycles were studied using current meters in the Gulf of Nicoya. In the upper gulf, the vertical marine current differences increase as the depth increases. The water column at the station near Chira Island (upper gulf) shows the smaller changes in currents and in temperature. The flow at the station between San Lucas Island and Puntarenas (middle gulf) is the most stratified in this region. Currents with magnitudes over 100 cm/seg were measured during spring tides. Changes in the lags of the surface and bottom tidal flows were measured on the order of 100 minutes. In general, in this upper region the flows are toward the head of the gulf when the tide is flooding and toward the mouth when the tide is ebbing. In the lower gulf the circulation is more complex. Along an axis between Tárcoles and Negritos Islands, changes of velocity vectors are identified between surface and bottom. The current rotates in a different way in the water column in this region and their patterns cannot be explained only by the tidal cycles predicted for Puntarenas. These results demonstrate that the spatial and vertical variation of the marine currents of the Gulf of Nicoya is not only related to the thermohaline structure, but also to the tidal cycles and tide ranges that take place in this estuary.

Caracterización de manglares de Centroamérica con sensores remotos / Characterization of Central America's mangrove with remote sensors

Satellite images were used to study the mangrove distribution patterns in two different climatic regions of Central America: Gulf of Fonseca in Honduras-El Salvador and Sierpe-Térraba in Costa Rica. The Gulf of Fonseca has higher temperature and solar radiation, and lower precipitation, which can explain the higher structural development and species mixing of the Sierpe-Térraba mangrove. In the latter the transition between species or between heights in the same species is clear. The automatic classification made by the Geographic Information System (IDRISI) fits well the field mangrove distribution, but it was necessary to regroup some subdivisions that represent the same land use as identified by transects and an aerial video. Mixed species and clouds produced less satisfactory results in Sierpe-Térraba indicating a need for better satellite image resolution.