Cambios climáticos a escala orbital y milenaria en el Atlántico norte entre 800.000 y 400.000 años

Resumen

[ES] El Atlántico norte es una zona muy sensible a los cambios climáticos y oceanográficos puesto que las principales zonas de formación de aguas profundas, que son el motor de la circulación termohalina, se encuentran en el Mar del Labrador y el Mar de Noruega-Groenlandia. Por tanto los cambios en la circulación oceánica del Atlántico norte tienen una gran influencia en la circulación global. En esta Tesis Doctoral se ha estudiado un testigo de sedimento oceánico que está ubicado en un lugar clave dentro del Atlántico subpolar. El área de estudio nos ha permitido analizar tanto cambios superficiales, en especial variaciones en la corriente Noratlántica (NAC) y eventos de descarga de icebergs, como cambios en la intensidad de la circulación profunda. En esta Tesis Doctoral se ha elaborado un registro de isótopos estables de oxígeno y carbono en foraminíferos bentónicos (principalmente C. wuellerstorfi), un registro de isótopos estables de oxígeno y carbono en dos especies de foraminíferos planctónicos, N. pachyderma sin y dex, un registro de acumulación de IRD, un registro de cambios en las asociaciones de foraminíferos planctónicos y un registro de la proporción de elementos traza en las conchas de N. pachyderma sin. Además se ha realizado un análisis espectral de los registros anteriormente mencionados y de otros como los del testigo de hielo antártico EDC. Uno de los objetivos prioritarios de esta Tesis ha sido establecer el modelo de edad para el intervalo estudiado. Para ello se ha correlacionado el registro de ?18O de foraminíferos bentónicos con el registro de temperatura obtenido a partir del testigo de hielo antártico EDC. El intervalo de estudio comprende desde el MIS 19 al 11, que corresponde a un intervalo desde hace 800 a 400 mil años (ka) aproximadamente. En base a las herramientas paleoceanográficas y paleoclimáticas utilizadas en este trabajo hemos identificado una serie de patrones que nos ha permitido establecer una división de los ciclos climáticos en cinco fases: 1) Fase inicial de los periodos interglaciales. Durante esta fase los frentes Ártico y Polar estaban situados en una posición similar a la que presentan hoy en día. La circulación termohalina era muy activa y la NAC llegaba al Mar de Noruega-Groenlandia y al Mar del Labrador donde se hundía para formar aguas profundas, como ocurre en el presente. 2) Fase tardía de los periodos interglaciales. En esta fase el frente Ártico empezó a migrar hacia el sureste cerca del Site U1314. Sin embargo, los valores de ?18O de foraminíferos bentónicos indican que los casquetes de hielo aún no habían empezado a crecer. La formación de aguas profundas en el Mar del Labrador se redujo y las aguas del giro subpolar disminuyeron su salinidad por la reducción de la llegada de aguas de la NAC. En cambio, en el Mar de Noruega-Groenlandia la formación de aguas profundas era muy activa. 3) Primera fase de los periodos glaciales. El inicio de los periodos glaciales se ha establecido como el punto de inflexión de los valores de ?18O de foraminíferos bentónicos, es decir cuando comenzó a aumentar el volumen de hielo. Durante esta fase la circulación termohalina continuó activa en el Mar de Noruega-Groenlandia porque los frentes Ártico y Polar aún no habían migrado hacia el sur en esa zona. Este hecho favoreció el transporte de vapor de agua hacia altas latitudes y por ende la acumulación de hielo en los continentes. Sin embargo, una banquisa de hielo perenne cubría gran parte del Mar del Labrador, por lo que la convección dejó de producirse en esta área. El frente Ártico se situaba entre el Site U1314 y el Site 980 de ODP, de modo que la NAC fluía por el este del Atlántico pero aún llegaba al Mar de Noruega-Groenlandia. Las aguas profundas probablemente fueron enfriándose durante esta fase y ese enfriamiento se transmitió al hemisferio sur, y a todo el océano, a través de la circulación termohalina. 4) Segunda fase de los periodos glaciales. Esta fase comienza con la primera descarga de IRD, y se caracteriza por un crecimiento progresivo de los mantos de hielo que fue interrumpido por varios eventos de escala milenaria, que hemos denominado ice sheet collapse events (ISCE). La primera descarga de icebergs da comienzo a la ralentización de la circulación termohalina y a la generación de aguas intermedias (GNAIW) en vez de profundas (NADW). Los ISCE comienzan con una descarga de IRD hacia el Atlántico norte que ralentiza la formación de GNAIW y produce un calentamiento en el hemisferio sur por el efecto see-saw, que a su vez da lugar a la liberación de CO2 del océano a la atmósfera. A esta primera etapa de enfriamiento extremo en el hemisferio norte le sucede un calentamiento brusco del agua superficial que incrementa la ablación de las grandes masas de hielo en el hemisferio norte. La estructura de los ISCE es similar a la de un evento Heinrich y su posterior interestadial, descritos para el último periodo glacial. Durante las etapas de acumulación de hielo el frente Ártico estaba a unos 55º N con una dirección casi E-W, las aguas de la NAC solamente llegaban al Site 980 y la GNAIW se generaba probablemente al sur de los 60º N. En cambio, durante los periodos cálidos de los ISCE el frente Ártico migró hacia el norte, la NAC llegaba más al norte y la GNAIW se formaba también más al norte. 5) Fase final de los periodos glaciales y Terminación. Durante esta fase el frente Ártico comenzó a retroceder lentamente hasta que durante la Terminación se produce una brusca migración hacia el noroeste mientras se reduce el volumen de hielo. La NAC va penetrando hacia el norte y reactiva la formación de aguas profundas tanto en el Mar de Noruega-Groenlandia como en el Mar del Labrador. Las asociaciones de foraminíferos planctónicos nos muestran cambios muy bruscos entre la asociación predominante en los periodos cálidos, donde dominan las especies transicionalessubpolares N. pachyderma dex, G. inflata y G. bulloides, y la asociación prácticamente monoespecífica de N. pachyderma sin que predomina durante los periodos fríos. Estos cambios bruscos se deben a la posición del frente Ártico, que determina la presencia de aguas de la corriente estudio se registran altos porcentajes de T. quinqueloba. Los cálculos de paleotemperaturas a partir de la relación Mg/Ca y de las asociaciones de foraminíferos planctónicos nos muestran que las temperaturas de Mg/Ca en latitudes altas son fiables durante los periodos interglaciales, cuando el frente Ártico estaba al norte del Site U1314, mientras que la presencia de las aguas árticas interfiere en la relación del Mg/Ca con la temperatura, corroborando estudios previos. El análisis de las temperaturas junto a los análisis del ?18O en las conchas de los foraminíferos planctónicos N. pachyderma sin y dex nos muestra que durante los periodos interglaciales la diferencia entre ambas especies indica estacionalidad y mezcla en la columna de agua. Los MIS 15 y 11 presentaron una mayor estacionalidad con veranos más cálidos e inviernos más fríos que los MIS 17 y 13, en parte como consecuencia de una mayor estratificación de la columna de agua durante el verano. Estas diferencias en la estratificación pudieron estar relacionadas con un aumento en la fuerza de los vientos durante los veranos de los MIS 17 y 13. Durante los periodos glaciales la presencia de banquisa de hielo durante la mayor parte del año favoreció que ambas especies vivieran en la misma estación y en la misma masa de agua dentro de la columna dado que es posible que el deshielo de la banquisa produjera una gran estratificación. Las descargas de icebergs no produjeron cambios significativos en el ?18O del agua excepto en las Terminaciones. El análisis de la ciclicidad de los diferentes registros elaborados en esta Tesis y su comparación con los registros de EDC, nos ha permitido observar un progresivo aumento en la importancia de la precesión en los ciclos climáticos. Desde el establecimiento casquete de hielo del este de la Antártida sobre la plataforma marina el hemisferio Sur ha alternado entre estar en fase o desfasado respecto al hemisferio norte hasta que en el MIS 12 se establece en fase. Este periodo de adaptación provocó un desplazamiento en la ITCZ hacia el norte que aumentó el transporte de vapor de agua al hemisferio norte contribuyendo a la formación de grandes masas de hielo que alcanzaron su máximo desarrollo en el MIS 16. Desde el MIS 16 al 12 la insolación sobre altas latitudes del hemisferio norte controlaba los cambios climáticos globales y la concentración de CO2, pero el clima estaba aún estaba influido por la oblicuidad. A partir del MIS 12 la ITCZ se situó más cerca del ecuador, las temperaturas durante los interglaciales aumentaron en el hemisferio sur y los cambios de volumen de hielo se produjeron en fase en ambos hemisferios.