Seafloor reflectivity mutifrequency analysis to explore the surficial distribution of marine sediments to the southeast of Hormigas Islands, offshore Callao
Gery Herbozo1, Julia Fuertes1, David Mamani1, Federico Velazco2
1 Área Funcional de Hidroacústica (AFH), Dirección General de Investigaciones en Hidroacústica, Sensoramiento Remoto y Artes de Pesca (DGIHSA), Instituto del Mar del Perú (IMARPE)
2 Área de Geología Marina (AGM), Dirección General de Investigaciones Oceanográficas y Cambio Climático (DGIOCC), Instituto del Mar del Perú (IMARPE)
DOI: https://doi.org/10.33017/RevECIPeru2016.0005/
Resumen
El conocimiento de la naturaleza sedimentaria del fondo marino es un aspecto importante para inferir la distribución de recursos pesqueros demersales de importancia económica (e.g, la merluza peruana (Merluccius gayi peruanus)), la localización de zonas propicias para el desarrollo de actividades de acuicultura, el estudio de procesos biogeoquímicos en la columna de agua y la estimación de abundancia de organismos bentónicos localizados sobre el fondo marino (e.g., Thioploca). El objetivo de este estudio es inferir la composición general del primer metro de sedimentos marinos localizados al suroeste de las Islas Hormigas de Afuera, costa afuera de Callao mediante información de retrodispersión acústica derivada de un sistema hidroacústico multifrecuencia (ecosonda científica EK60 de 5 frecuencias, 200 kHz, 120 kHz, 70 kHz, 38 kHz y 18 kHz) del Instituto del Mar del Perú (IMARPE) utilizado para realizar evaluaciones pesqueras. En este estudio se obtuvo información de retrodispersión (Sv mean) del primer metro por debajo del fondo marino a lo largo de un transecto de 7.5 km en la plataforma continental (160 m de columna de agua). Esta información fue utilizada para analizar la reflectividad de los sedimentos marinos investigados. Adicionalmente, se compiló información sedimentológica del fondo marino para comparar los resultados obtenidos de reflectividad. Como resultado, se determinó que existen seis patrones de reflectividad que definirían ciertos tipos de sedimentos superficiales. Estos patrones, sin embargo, no pudieron ser corroborados dado que no se encontró información sedimentológica a lo largo del transecto analizado. La reflectividad en tres de los patrones elegidos (p2, p4 y p5) podrían representar zonas donde existen sustratos duros cerca al fondo marino (e.g., cortezas de fosforita y/o rocas del orden de cm de espesor) con sedimentos finos y gruesos (e.g., fangos y arenas gruesas) por debajo de estos sustratos duros. Debido a la permeabilidad acústica de una zona de la capa superficial investigada, uno de los patrones observados (p3) podría representar sedimentos finos asociados al mud lens. Este tipo de depocentros sedimentarios estan compuestos por sedimentos finamente laminados que son permeables a la energía acústica (e.g., arcillas y/o una intercalación de sustratos finos). Los dos patrones localizados a los extremos del transecto (p1 y p6) podrían representar zonas donde existen frentes de gas natural distribuidos en sedimento fangoso. De esta investigación concluimos que no es posible clasificar los tipos de sedimentos basados únicamente en información de reflectividad. Sin embargo, la interrelación de reflectividades basada en información multifrecuencia si permite observar patrones, los cuales necesitan ser calibrados con muestras de sedimentos in-situ para definir una clasificación en zonas donde solamente existe información hidroacústica.
Descriptores: Perú, hidroacústica, multifrecuencia, fondo marino, sedimentos marinos superficiales
Abstract
The study of the sedimentary nature of the seafloor is a key aspect to infer the spatial distribution of demersal fisheries resources (e.g., hake (Merluccius gayi peruanus)), to locate adequate zones for aquaculture farms, to examine biogeochemical processes occurred in the water column and to estimate the abundance of benthic organisms lying at the seafloor (e.g., Thioploca). The aim of this study is to infer, using acoustic backscattering mutifrequency information from an EK60 scientific echosounder (200 kHz, 120 kHz, 70 kHz, 38 kHz, 18 kHz), the bulk composition of the first meter of marine sediments located to the southeast of Hormigas de Afuera Islands, offshore Callao. This hydroacoustic multifrequency system is routinely used for the assessment of fisheries resources for the Peruvian Sea Institute (IMARPE). In this study we used backscattering information (Sv mean) from the first meter below the sea bottom along a 7.5-km transect in the shelf (160 m water depth). This information represents the acoustic reflectivity of the investigated sediments. In addition, sediment sampling information from the seafloor was compiled to compare results from the reflectivity analyses. As result, we defined that there are six reflectivity patterns that would define certain types of surficial sediments. However, these patterns could not be compared to in-situ sediment samples because we found no historical sediment information along the studied transect. Reflectivity of the surficial sediment layer from three of the chosen patterns (p2, p4 and p5) may represent seafloor zones with hard substrata near the sea bottom (e.g., phosphorite crusts and/or small rocks of few cm thick) overlying fine- and coarsed-grained sediments (e.g., mud and coarse sands). Due to the acoustic permeability of one zone of this surficial layer, one of the observed patterns (p3) may represent fine-grained sediments associated to the mud lens. This type of sediment depocenters are composed by fine-grained, laminated sediments that are permeable to the acoustic energy (e.g., clays and/or a mix of fine-grained sediments). The two last patterns (p1 and p6), located at the northwest and southeast ends of the transect, may define zones with gas fronts in mud sediments. We conclude that it is not possible to classify sediment types based unambiguously on reflectivity information. However, the use of multifrequency reflectivity information does allow the characterization of sediment patterns. Such information needs necessarily to be calibrated with in-situ sediment samples in order to define the classification of marine surface sediment types at the seafloor where only hydroacoustic information is present.
Keywords: Peru, hydroacoustics, mutifrequency, seafloor, surficial marine sediments