Cenozoic ice sheets and ocean variability controls on sedimentation in glaciated margins

Abstract

La Corriente Circumpolar Antártica (CCA) conecta todas cuencas oceánicas, las aguas superficiales y profundas de los océanos e influye en la circulación oceánica global, los ciclos biogeoquímicos, la estabilidad del casquete de hielo Antártico, y por ende en el sistema climático terrestre. El origen y la evolución de la CCA hasta la alcanzar la configuración actual de una corriente circumpolar, fuerte y profunda, sigue creando controversia. También, es poco el conocimiento sobre la relación entre la evolución de la CCA y la del casquete de hielos Antártico en épocas cálidas del pasado. Sin embargo, en el contexto actual de calentamiento global, este conocimiento es importante para poder informar los modelos acoplados del sistema climático océano-criósfera, utilizados en las predicciones de cambios futuros. En este contexto, esta tesis doctoral tiene como objetivos el avanzar nuestro conocimiento sobre la evolución de la CCA desde su inicio (proto-CCA) hasta el establecimiento de la CCA actual, abarcando los últimos 34 millones de años (Ma). Además, pretende relacionar la dinámica de la proto-CCA con la del casquete de hielos en el margen continental de la Tierra de Wilkes durante el Oligoceno cálido y el Mioceno inferior (24-23 Ma), periodo que incluye la segunda mayor glaciación continental en la Antártida (23.03 Ma). Para lograr estos objetivos, hemos realizado análisis sedimentológicos, geoquímicos e isotópicos en sedimentos recuperados por el Deep Sea Drilling Project (DSDP) Leg 28 (Sites 269 y 274) y Leg 29 (Site 278) a cada lado del Paso de Tasmania. Además, se ha realizado un estudio en el Lago Baikal (Rusia). La historia tectónica y de los cambios del nivel del Lago Baikal son bien conocidas permitiéndonos testar, usando datos batimétricos y de sísmica de reflexión, el control climático vs. nivel del mar y tectónica en la formación de depósitos profundos en márgenes continentales influenciados por la actividad glaciar. Los resultados de esta tesis revelan que entre 34-30 Ma, no había flujo de aguas profundas del Atlántico Sur y del Océano Indico a través del Paso de Tasmania. La circulación profunda en el Pacifico Sur estaba caracterizada por la presencia de dos masas de agua, una ocupando profundidades entre ~2500-4000 m (tipo Agua Profunda del Pacifico Ecuatorial), y otra ocupando profundidades >= 4000m (Aguas Profundas del Pacífico Sur). Estos resultados indican la ausencia de la Corriente Profunda circumpolar (CDW), componente principal de la CCA, atravesando el Paso de Tasmania antes de 30 Ma. La primera evidencia de una proto-CDW en el Pacifico suroccidental había sido informada a los 30 Ma. Sin embargo, nuestro estudio muestra la ausencia de una proto-CDW homogénea en la parte occidental del Paso de Tasmania entre 30 y 19 Ma, lo que indica la existencia de una CCA más somera y débil que la actual. Entre 19 y 4 Ma, los sedimentos registran un aumento en la velocidad del flujo de corriente la profunda, coincidiendo con un incremento de la influencia de las Aguas Profundas del Atlántico Norte (NADW) en el Pacífico suroccidental. Nuestros datos sugieren que la formación de una CCA similar a la actual tuvo lugar a los 4 Ma indicado por un marcado cambio en: (i) la intensificación del sistema frontal y como resultado en la productividad biogénica, (ii) intensificación en la velocidad de flujo de la corriente, y (iii) el establecimiento de una CDW de composición homogénea. Además, nuestros resultados indican que la existencia de una proto-CDW más débil que la actual durante el Oligoceno superior-Mioceno inferior (24-23 Ma) permitía la llegada de aguas cálidas subtropicales cerca de la Antártida. Nuestros datos muestran que la proto-CDW circulaba más próxima al margen de la Tierra de Wilkes durante periodos interglaciares (e.g., 23.23) probablemente debido a la reducción en la producción de Aguas Profundas Antárcticas (AABW) y cuando los casquetes estaban retirados en el continente. Por último, nuestros resultados en el Lago Baikal muestran el clima como el factor que controla el desarrollo de sistemas turbidíticos en el margen del lago influido por procesos glaciares. Pese a que los niveles del lago permanecen casi constantes durante el Pleistoceno superior y el Holoceno, la evolución de los sistemas turbidíticos es similar a la observada en sistemas turbidíticos marinos con ~120 m de descenso del nivel del mar. Estos resultados son importantes a la hora de interpretar depósitos profundos en los márgenes glaciares de la Antártida, en los que gobierna una compleja interacción entre factores de control que incluyen la dinámica glaciar, los cambios del nivel del mar y la actividad tectónica.