Eocene paleoclimatic record in deep marine sedimentary successsions from the north iberian continental margin

Resumen

El Eoceno constituye uno de los mejores análogos para entender el cambio climático actual. Además de registrar una alta concentración de gases invernadero en la atmósfera y las temperaturas más altas de los últimos 80 millones de años, el Eoceno estuvo caracterizado por episodios de cambio climático de diferente naturaleza y duración. La mayoría de los estudios sobre el paleoclima del Eoceno se basan en registros de sondeos de sedimentos marinos profundos obtenidos en campañas de perforación oceánica. Sin embargo, muchas de estas series oceánicas muestran registros extremadamente condensados, lo que dificulta realizar estudios a una alta resolución.Durante el Eoceno la Cuenca Vasco-Cantábrica, situada en el margen norte de la Península Ibérica, acumuló sucesiones expandidas de depósitos marinos profundos. Estos materiales afloran hoy en acantilados costeros con buena accesibilidad, lo que hace de ellos un objetivo interesante para investigaciones paleoambientales y paleoclimáticas. De hecho, estudios previos desarrollados en la zona han identificado tendencias climáticas globales de larga duración, cambios climáticos periódicos de corta duración relacionados con modulaciones astronómicas, y eventos hipertermales episódicos. El objetivo principal de esta tesis es analizar algunas de estas secciones marinas profundas eocenas a fin de incrementar el conocimiento de la dinámica climática a escalas de tiempo de varias decenas a centenas de miles de años. Para ello, se han obtenido datos sedimentológicos, geoquímicos y mineralógicos en secciones clave del Eoceno de la Cuenca Vasco-Cantábrica.El primer estudio específico se centró en la sección del Ypresiense inferior de Solondotas (provincia de Bizkaia), la cual está compuesta por depósitos hemipelágicos con numerosas intercalaciones de turbiditas. Además de aportar los primeros datos magnetoestratigráficos de la sección, el incremento de la resolución de los datos de isótopos estables ha permitido identificar una excursión significativa en la curva de isótopos estables de carbono. La evolución de datos sedimentológicos, geoquímicos (isótoposestables y elementos mayores, menores y trazas) y mineralógicos (general y minerales de la arcilla) sugiere que durante la excursión de los isótopos de carbono el clima continental se volvió más húmedo y cálido, provocando un incremento en el aporte de material terrígeno al medio marino. Estas características se asemejan a lo observado en otros registros marinos profundos de eventos hipertermales del Eoceno inferior. Los eventos hipertermales fueron episodios cortos (duraciones de entre 104-105 años) de calentamiento global desencadenados por la liberación de gases de efecto invernadero al sistema atmosfera/océano. La información disponible sugiere que el evento de Solondotas se correlaciona con el hipertermal C24n.2r-H1 (=J), aunque los datos cronoestratigráficos no son concluyentes y hay más de un posible modelo de edad para la sección. En cualquier caso, la identificación y reconstrucción de un evento hipertermal de corta duración en Solondotas demuestra que las sucesiones turbidíticas pueden proporcionar valiosa información paleoclimática.El segundo estudio específico ha sido desarrollado en la sucesión hemipelágica del Lutentiense superior de la sección de Oyambre (provincia de Cantabria), con el objetivo de establecer el marco cicloestratigráfico producido por cambios climáticos periódicos relacionados con factores astronómicos (ciclos de Milankovitch). Aunque en Oyambre existen características que generalmente dificultan realizar estudios cicloestratigráficos, tales como vacios tectónicos y variaciones en la tasa de sedimentación, estas fueron solventadas y se pudieron identificar ciclos de precesión (21 ky) y excentricidad corta (100 ky) y larga (405 ky) representados por pares caliza-marga y agrupamientos mayores (bundles). Mediante la aplicación de diferentes análisis espectrales y filtros estadísticos a diversas variables paleoclimáticas (susceptibilidad magnética, color y ¿13C) cuantificadas a alta resolución, se ha obtenido un modelo de edad de gran precisión calibrado astronómicamente. Este modelo puede correlacionarse satisfactoriamente tanto con soluciones astronómicas de referencia como con los resultados previamente publicados de otras secciones astronómicamente calibradas. Por tanto, la calibración orbital de la sección de Oyambre constituye una contribución relevante para solventar el denominado ¿hueco en la escala de tiempo astronómica del Eoceno medio¿ y así mejorar la escala de tiempo geológico del Eoceno en general.El objetivo del tercer estudio específico era descifrar los factores ambientales que controlaban la sedimentación hemipelágica del Eoceno como consecuencia de cambios climáticos de origen orbital (ciclos de Milakovitch). Los análisis mineralógicos (general y minerales de la arcilla) y geoquímicos (%CaCO3, ¿13C y ¿18O) de alta resolución llevados a cabo en tres secciones (Sopelana y Gorrondatxe en Bizkaia y Oyambre en Cantabria) han mostrado que los procesos que gobernaban la formación de los pares caliza-marga en respuesta a variaciones climáticas periódicas dependían de la localización paleogeográfica de cada sección. En el fondo de cuenca desnutrida de Sopelana el proceso principal era la variación de la productividad de carbonato, condicionada por cambios en la temperatura; en la orla de abanico submarino turbidítico de Gorrondatxe el factor dominante fue la variación en la tasa de dilución terrígena; por último, en el talud superior de Oyambre el factor ambiental que dominaba era la productividad de carbonato controlado por cambios en la salinidad del agua marina. En las tres secciones la acumulación de las capas margosas se ha relacionado con la configuración del ciclo de precesión en la que la estacionalidad anual se veía intensificada (verano boreal en el perihelio e invierno en el afelio), mientras que la sedimentación de las calizas se relacionaba con una estacionalidad minimizada (verano boreal en el afelio e invierno en el perihelio). La amplitud de la señal ambiental controlada por los ciclos de precesión disminuía cuando la órbita de la Tierra alrededor del Sol era circular (excentricidad mínima), mientras que cuando la excentricidad era máxima el contraste entre los factores ambientales también era mayor. // El Eoceno constituye uno de los mejores análogos para entender el cambio climático actual. Además de registrar una alta concentración de gases invernadero en la atmósfera y las temperaturas más altas de los últimos 80 millones de años, el Eoceno estuvo caracterizado por episodios de cambio climático de diferente naturaleza y duración. La mayoría de los estudios sobre el paleoclima del Eoceno se basan en registros de sondeos de sedimentos marinos profundos obtenidos en campañas de perforación oceánica. Sin embargo, muchas de estas series oceánicas muestran registros extremadamente condensados, lo que dificulta realizar estudios a una alta resolución.Durante el Eoceno la Cuenca Vasco-Cantábrica, situada en el margen norte de la Península Ibérica, acumuló sucesiones expandidas de depósitos marinos profundos. Estos materiales afloran hoy en acantilados costeros con buena accesibilidad, lo que hace de ellos un objetivo interesante para investigaciones paleoambientales y paleoclimáticas. De hecho, estudios previos desarrollados en la zona han identificado tendencias climáticas globales de larga duración, cambios climáticos periódicos de corta duración relacionados con modulaciones astronómicas, y eventos hipertermales episódicos. El objetivo principal de esta tesis es analizar algunas de estas secciones marinas profundas eocenas a fin de incrementar el conocimiento de la dinámica climática a escalas de tiempo de varias decenas a centenas de miles de años. Para ello, se han obtenido datos sedimentológicos, geoquímicos y mineralógicos en secciones clave del Eoceno de la Cuenca Vasco-Cantábrica.El primer estudio específico se centró en la sección del Ypresiense inferior de Solondotas (provincia de Bizkaia), la cual está compuesta por depósitos hemipelágicos con numerosas intercalaciones de turbiditas. Además de aportar los primeros datos magnetoestratigráficos de la sección, el incremento de la resolución de los datos de isótopos estables ha permitido identificar una excursión significativa en la curva de isótopos estables de carbono. La evolución de datos sedimentológicos, geoquímicos (isótoposestables y elementos mayores, menores y trazas) y mineralógicos (general y minerales de la arcilla) sugiere que durante la excursión de los isótopos de carbono el clima continental se volvió más húmedo y cálido, provocando un incremento en el aporte de material terrígeno al medio marino. Estas características se asemejan a lo observado en otros registros marinos profundos de eventos hipertermales del Eoceno inferior. Los eventos hipertermales fueron episodios cortos (duraciones de entre 104-105 años) de calentamiento global desencadenados por la liberación de gases de efecto invernadero al sistema atmosfera/océano. La información disponible sugiere que el evento de Solondotas se correlaciona con el hipertermal C24n.2r-H1 (=J), aunque los datos cronoestratigráficos no son concluyentes y hay más de un posible modelo de edad para la sección. En cualquier caso, la identificación y reconstrucción de un evento hipertermal de corta duración en Solondotas demuestra que las sucesiones turbidíticas pueden proporcionar valiosa información paleoclimática.El segundo estudio específico ha sido desarrollado en la sucesión hemipelágica del Lutentiense superior de la sección de Oyambre (provincia de Cantabria), con el objetivo de establecer el marco cicloestratigráfico producido por cambios climáticos periódicos relacionados con factores astronómicos (ciclos de Milankovitch). Aunque en Oyambre existen características que generalmente dificultan realizar estudios cicloestratigráficos, tales como vacios tectónicos y variaciones en la tasa de sedimentación, estas fueron solventadas y se pudieron identificar ciclos de precesión (21 ky) y excentricidad corta (100 ky) y larga (405 ky) representados por pares caliza-marga y agrupamientos mayores (bundles). Mediante la aplicación de diferentes análisis espectrales y filtros estadísticos a diversas variables paleoclimáticas (susceptibilidad magnética, color y ¿13C) cuantificadas a alta resolución, se ha obtenido un modelo de edad de gran precisión calibrado astronómicamente. Este modelo puede correlacionarse satisfactoriamente tanto con soluciones astronómicas de referencia como con los resultados previamente publicados de otras secciones astronómicamente calibradas. Por tanto, la calibración orbital de la sección de Oyambre constituye una contribución relevante para solventar el denominado ¿hueco en la escala de tiempo astronómica del Eoceno medio¿ y así mejorar la escala de tiempo geológico del Eoceno en general.El objetivo del tercer estudio específico era descifrar los factores ambientales que controlaban la sedimentación hemipelágica del Eoceno como consecuencia de cambios climáticos de origen orbital (ciclos de Milakovitch). Los análisis mineralógicos (general y minerales de la arcilla) y geoquímicos (%CaCO3, ¿13C y ¿18O) de alta resolución llevados a cabo en tres secciones (Sopelana y Gorrondatxe en Bizkaia y Oyambre en Cantabria) han mostrado que los procesos que gobernaban la formación de los pares caliza-marga en respuesta a variaciones climáticas periódicas dependían de la localización paleogeográfica de cada sección. En el fondo de cuenca desnutrida de Sopelana el proceso principal era la variación de la productividad de carbonato, condicionada por cambios en la temperatura; en la orla de abanico submarino turbidítico de Gorrondatxe el factor dominante fue la variación en la tasa de dilución terrígena; por último, en el talud superior de Oyambre el factor ambiental que dominaba era la productividad de carbonato controlado por cambios en la salinidad del agua marina. En las tres secciones la acumulación de las capas margosas se ha relacionado con la configuración del ciclo de precesión en la que la estacionalidad anual se veía intensificada (verano boreal en el perihelio e invierno en el afelio), mientras que la sedimentación de las calizas se relacionaba con una estacionalidad minimizada (verano boreal en el afelio e invierno en el perihelio). La amplitud de la señal ambiental controlada por los ciclos de precesión disminuía cuando la órbita de la Tierra alrededor del Sol era circular (excentricidad mínima), mientras que cuando la excentricidad era máxima el contraste entre los factores ambientales también era mayor.