Reconstruction of holocene climate and environmental variability in central Chile based on lacustrine sedimentary sequences: el Maule and Vichuquén lake records
- Autores: Matías Frugone Alvarez
- Directores de la Tesis: Blas Lorenzo Valero Garcés (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Zaragoza ( España ) en 2016
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: A. Sáez (presid.), Carlos Sancho Marcén (secret.), Carlota Escutia Dotti (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Geología por la Universidad de Zaragoza
- Materias:
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- Resumen
La predicción de los impactos futuros del cambio global requiere un buen conocimiento de las respuestas de los ecosistemas a la variabilidad climática y a las actividades humanas, así como de otros factores como actividad volcánica, sísmica, cambios en el nivel del mar y variaciones solares/orbitales de mediana y alta frecuencia. En esta tesis doctoral se aportan nuevos conocimientos para avanzar en nuestro entendimiento de estos cambios a escala regional y global durante el Holoceno en Chile Central a través del estudio de dos lagos ubicados a lo largo de un transecto altitudinal entre la costa mediterránea y los Andes semi-áridos.
La Laguna del Maule (36º 04'S, 70º 30'N, 2100 m snm) y el Lago Vichuquén (34º 49'S, 72º 05'W, 5 m snm) se encuentran en la zona mediterránea de Chile central en una zona estratégica de transición climática sujetas a fuertes cambios hidroclimaticos durante anomalías de El Niño - Oscilación del Sur (ENOS) y la Oscilación Decadal del Pacífico (ODP). La Laguna del Maule (LdM) es un lago alcalino de origen volcánico que se encuentra en los Andes Centro-Sur de Chile central, en una del zonas volcánicas más activas del mundo, con una tasa de elevación dos a cuatro veces mayor que la de la caldera de Yellowstone. El Lago de Vichuquén (VIC) es un lago de agua dulce a salobre de origen fluvio-tectonico ubicado a 5 km de la costa. La región es tectónicamente y sísmicamente muy activa, ya que se encuentra próxima a las zona de subducción entra la placa de Nazca y la placa de Sudamerica. El lago Vichuquén se sitúa a unos 150 km del epicentro del terremoto del Maule de intensidad 8.8 Mw ocurrido en 2010.
El objetivo de la tesis es utilizar herramientas limnogeológicas tanto sedimentológicas como geoquímicas para realizar una reconstrucción de la variabilidad sedimentologica y paleoambiental durante el Holoceno con un énfasis especial en la identificación y evaluación de indicadores geoquímicos robustos de bio-productividad (Br/Ti, Si/Ti, Ópalo biogénico), condiciones redox (Fe/Mn, S/Ti) y aporte detrítico (K/Ti). Los distintos ambientes sedimentarios actuales en cada lago se analizaron mediante una reconstrucción de la batimetría y una extensa red de sondeos cortos. Sondeos largos se obtuvieron con una plataforma y un sondeador Uwitec en las zonas más profundas de ambas cuencas durante una expedición en el verano austral del 2013. Los sondeos fueron enviado al Instituto Pirenaico de Ecología donde se abrieron, fotografiaron y se describieron las facies y unidades sedimentarias. Los sondeos fueron correlacionadas mediante indicadores geofísicos (Susceptibilidad Magnética y Densidad gama), estratigráficos y geoquímicos (principalmente Carbono Orgánico Total y datos de Fluorescencia de Rayos X ) para generar secuencias compuestas continuas (12 m en VIC y 5 m en LdM). Para el estudio de las secuencias se utilizó una estrategia multi-indicador basada en análisis geoquímicos (FRX, TOC, TS, TOC/TN, d13C and d15N) sedimentológicos (análisis de facies) y biológicos (diatomeas y polen). Los modelos de edad para las dos secuencias fueron obtenidos mediante dataciones de C-14 AMS, Pb-210 Cs-137 y tefrocronología en la parte superior de LdM. Se aplicaron modelos bayesianos edad-profundidad robustos para determinar las edades y evaluar las incertidumbres asociadas.
Los sedimentos de la LdM son limos finos diatomíticos, laminados a bandeados y presentan 18 capas de ceniza volcánica y cinco lapillis intercalados. El modelo de edad para la secuencia de LdM está construido con 17 dataciones de C-14 AMS y de Pb-210/Cs-137 para los sedimentos más superficiales. Como muchos lagos andinos, LdM presenta un gran efecto reservorio probablemete debido a la contribución de CO2 de origen volcánico y que ha sido calculado en unos 4700 años. De acuerdo con este modelo de edad, el intervalo temporal de la secuencia de LdM es de los últimos 13.000 años.
En la secuencia de LdM se han definido cuatro unidades sedimentarias en ambientes lacustres (U5, U3, U2 y U1) y dos unidades interpretadas como remociones en masa de sedimentos derivados de ambientes litorales (LT1) y sublitorales (LT2) debido posiblemente a eventos volcánicos locales y terremotos asociados. La unidad U5 (13.000 - 4000 años calendario antes de 1950 o años cal. AP) se depositó en un ambiente litoral con niveles del lago más bajos, asociado a condiciones más cálidas y áridas durante el Holoceno temprano y medio. Las unidades superiores U3 a U1 (últimos 4000 años cal. AP) se depositaron en aguas más profundas y muestran una mayor bioproductividad y mayor variabilidad limnológicos. Las unidades U2 y U1 se depositaron durante los últimos 400 años y muestran un descenso significativo en la productividad hace unos 150 años cal AP. El análisis de las intercalaciones volcánicas ha permitido reconstruir la evolución del complejo volcánico de LdM durante el Holoceno y determinar las fases de mayor actividad.
Los sedimentos de La laguna de Vichuquén son limos finos, laminados de grano muy fino poco orgánicos y con abundantes minerales de la arcilla y micas. El modelo de edad para la secuencia de VIC esta construido con 11 fechas radiocarbonicas AMS en sedimento total debido a la ausencia de restos vegetales. El efecto reservorio actual (180 años) se obtuvo mediante la datación del carbonato disuelto en el agua. Además, las dataciones en las unidades con influencia marina directa se calibraron con la curva marine13 aplicando un dR= 61 +- 50 años estimado en Valparaíso y en las unidades con influencia terrestre y marina se aplicó una curva de calibración mixta. El modelo de edad estima que la secuencia cubre los últimos ~ 7000 años con una tasa de acumulación media de 4 años/cm En la secuencia de VIC se han definido cuatro unidades sedimentológicas (U4, U3, U2 y U1). La unidad U4 abarca desde 7000 a 6400 años cal. AP y esta caracterizada por facies de limos masivos con poca materia orgánica y fitoplancton marino característico de ambientes litorales poco profundos, oligotroficos y de agua fría. Hace unos 6200 años se produjo la transgresión marina que dio lugar a ambientes más profundos en la bahía de Vichuquén y a la sedimentación de facies finamente laminadas (U3 y U2) en las que los cambios en la bioproductividad se interpretan como respuesta a la variabilidad en las surgencias de aguas con más nutrientes en la costa del Pacífico. Numerosas capas clásticas masivas y grano-decrecientes representan procesos turbidíticos en la cuenca asociados a terremotos y tsunamis. La unidad U2 termina abruptamente con el cierre de la conexión con el Océano y el establecimiento de una cuenca lacustre hace unos 1200 años. Durante el último milenio en el lago de Vichuquén se depositaron facies de limos negros, laminados, con escaso contenido orgánico y altos valores en susceptibilidad magnética. Durante los últimos siglos, debido a la deforestación de la cuenca desde el siglo XVIII, se produjo un aumento en el aporte de sedimentos al lago. Los aportes clásticos disminuyeron en los últimos 100 años con la reforestación de la cuenca con plantaciones de pinos y eucaliptos. Adicionalmente la productividad del lago aumentó debido al mayor aporte de nutrientes producto de las fuertes actividades antrópicas en la cuenca.
La evolución sedimentaria y geoquímica de las secuencias de VIC y LdM permite reconstruir cambios hidroclimáticos a escala de milenios y siglos y variaciones interdecadales en algunos intervalos en VIC. Comparados con otros registros, LdM y VIC muestran una coherencia regional en tiempo y señal con las principales fases climáticas durante el Holoceno para las latitudes intermedias del hemisferio sur. La secuencia de LdM apoya un clima más cálido durante la mínima insolación de verano en el Holoceno temprano y proporciona evidencias de un control solar sobre los principales indicadores geoquimicos de productividad (periodicidades de ~ 200 años asociados a los ciclos De Vries/Suess y periodicidades de 88 años asociados a los ciclos Gleissberg). Durante el Holoceno Medio (6000 - 4000 años cal AP) se produjo una tendencia al descenso del nivel del lago coherente con patrones similares en latitudes intermedias y tropicales de América del Sur. Los últimos 4000 años se caracterizan por los niveles del lago mayores durante todo el Holoceno. El periodo de mínima variabilidad/ciclicidad en la bioproductividad ocurrió ~ 7000 y 4000 años cal AP en ambas secuencias y coincide con el periodo de máxima aridez durante el Holoceno medio en Chile central. Además, a partir de los 4000 años cal AP se produce un cambio en la variabilidad en la bioproductividad y los ciclos de media-frecuencia centrados en 200, 80 y 60 años en LdM y en ciclos de 11 (Schwabe cycle) y ~ 5 años en VIC. Ambos cambios se relacionan con el comienzo de patrones de variabilidad de ENOS y la ODP similares a los actuales, tanto en LdM como en posteriormente VIC hace unos 3000 años cal AP. Durante el ultimo milenio se detecta una débil señal climática durante la Anomalía Climática Medieval. Sin embargo, esta se encuentra mejor caracterizada en LdM. La Pequeña Edad del Hielo está bien reflejada en ambas secuencias y muestra una señal compleja con fases más frías y húmedas entre 1300 - 1450 a. C y 1600 - 1850 a. C, pero con diferente intensidad entre las cuencas ubicadas en elevaciones altas y bajas.
El estudio de ambos lagos ha evidenciado cambios climáticos sincrónicos de distintas magnitudes y factores comunes (tectónicos, solares/orbitales y ENOS/ODP) pero también otros particulares que afectaron a la dinámica sedimentaria de manera diferencial como la actividad volcánica (LdM) y variaciones en el nivel del mar (VIC). Esta tesis abre la puerta a realizar estudios más detallados en cada uno de estos factores para intentar comprender mejor la sinergias y sincronía de estos distintos forzamientos externos e internos del sistema climático en Chile central.
El impacto antrópico y los cambios en las cuencas de drenaje (deforestación, cambio del uso de suelo, erosión y eutrofización) han sido más intensos y como es esperable se desarrollaron primero en la costa que en zonas de alta montaña. Los cambios en los ecosistemas lacustres durante el siglo XX han sido fundamentalmente causados por la intensificación de las actividades humanas (represamiento, turismo y carreteras transfronterizas en LdM y urbanización de la zona litoral de Vichuquén), aunque no se descarta que el actual calentamiento global puede contribuir a dichos cambios. La tesis aporta nuevos antecedentes sobre el funcionamiento sedimentario y geoquímico y la dinámica de estos sistemas que permite definir las condiciones pre-industriales para la toma de medias de gestión y conservación basadas en el conocimiento científico.
