Teleconnexions atmosfera-oceà a la regió intertropical durant el Plistocè inferior

Resumen

Resumen de la Tesis: Aquesta Tesi doctoral es centra en l’estudi del sistema acoblat atmosfera-oceà del Pacífic Equatorial Oriental (EEP), que revelen que revelen l'ocurrència de grans canvis en la posició de la Zona de Convergència Intertropical (ITCZ) durant el Plistocè inferior. Durant aquest període el clima de la Terra oscil·lava cíclicament de períodes glacials a interglacials, però registres tropicals indiquen una reorganització atmosfèrica significativa que ha estat associada a una intensificació de la circulació de Walker. L’anàlisi combinat de la fracció lítica i biogènica del sediment extret de dos testimonis del Ocean Drilling Program (ODP), Site 1240 i 1238, i la seva comparació amb altres registres al llarg del cinturó tropical i subtropical, han permès caracteritzar aquest al EEP. La metodologia emprada per a l’anàlisi de la fracció lítica ha consistit en l’anàlisi de la mida de gra i anàlisi clúster, el contingut en lítics complementat amb l’estudi de la seva procedència a través de l’anàlisi d’isòtops radiogènics, així com amb l’estudi mineralògic d’aquesta fracció i l’anàlisi del contingut en ferro i titani. Per altra banda, l’anàlisi de la fracció biogènica s’ha focalitzat en l’estudi d’abundància de la fauna bentònica i en l’anàlisi geoquímic del carboni orgànic i l’òpal. La presència de nou laminacions de diatomees (Laminated Diatom Oozes, LDO) al ODP 1240 és de particular rellevància durant els períodes glacials entre 1,85 i 2,25 Ma coincidint amb alts fluxos d'òpal i carboni orgànic. Els fluxos baixos de ferro i lítics (més grollers, poc seleccionats i amb un senyal menys radiogènic) durant aquests períodes glacials indiquen que l'augment de la productivitat de les diatomees no va ser resultat d'esdeveniments de fertilització estimulats per l’arribada de pols. Sinó que s’hauria produït gràcies a l'advecció d'aigües riques en nutrients de l'Oceà Antàrtic. Per contra, els períodes glacials posteriors a 1,85 Ma es caracteritzen per una major entrada de pols (format de partícules lítiques més fines i més radiogèniques) i ferro, que indicarien una fertilització per ferro de l’oceà superficial del EEP. L'ecosistema bentònic mostra respostes desiguals per a l'alta productivitat registrada durant els períodes glacials anteriors i posteriors a 1,85 Ma, el que suggereix que els processos de transport de matèria orgànica cap al fons de l’oceà també van canviar. Així, els diferents processos de deposició s'han interpretat com el resultat de dues posicions glacials diferents de la ITCZ. Abans de 1,85 Ma, la ITCZ es situaria a sobre de l'equador, produint vents locals febles i una major deposició humida de pols provinent de Centre-Amèrica. Després de 1,85 Ma, la ITCZ es va desplaçar cap al nord, provocant vents més forts amb el resultat d’una major entrada de ferro i lítics provinents de Sud-Amèrica i estimulant l’aflorament al EEP. Cal destacar el període glacial MIS 56 (Marine Isotope Stage), centrat a 1,65 Ma, amb la formació d’una intensa LDO que suggereix un retorn persistent de la ITCZ cap al sud i, que aparentment, supera en intensitat als períodes glacials pre-1,85 Ma. A més, el seu efecte s’ha pogut detectar encara més al sud, al ODP 1238. Aquest canvi en el sistema atmosfera-oceà a partir de 1,85 Ma va quedar també registrat al llarg de la regió tropical tant en registres marins (ODP 659 i ODP 722), com continentals, tots ells modulats per les migracions de la ITCZ. Així, aquests suggereixen una tendència cap a l’aridificació al llarg de la regió tropical, particularment intensificada a partir de 1,85 Ma, que també va tenir un impacte directe en els patrons de vegetació. En canvi, noves i acurades datacions de Urani/Plom realitzades en formacions de colades a coves de Sud-Àfrica mostren una sèrie d’esdeveniments extrems humits que van interrompre sobtadament aquesta etapa progressiva a l’aridificació. Aquests canvis sobtats haurien sotmès als homínids a una pressió ambiental addicional, quan ja s’estaven adaptant a un medi més àrid. Això va afavorir un procés d’especiació amb la desaparició d’espècies com Australopithecus africanus, Australopithecus sediba i Homo habilis, i l’aparició de noves espècies com Homo erectus. ABSTRACT This doctoral thesis is centered on the study of the atmosphere-ocean coupled system from the Eastern Equatorial Pacific (EEP), which reveal the occurrence of major changes in the position of the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) during the early Pleistocene. It is concretely focused on the analysis of lithic and biogenic components of two sites from the Ocean Drilling Program (ODP), Site 1240 and 1238, and the comparison with other records along the tropical belt. The methodology used for the lithic fraction analysis consists on grain size and cluster analysis, lithic content complemented with radiogenic isotopes analysis, mineralogical content, iron (Fe) and titanium (Ti) content. On the other hand, biogenic fraction analysis has been focused in the benthic foraminifera abundance and the geochemical analysis of organic carbon and opal. Particularly remarkable is the presence of laminated diatom oozes (LDOs) during glacial periods between 1.85 and 2.25 Ma coinciding with high fluxes of opal and total organic carbon. Relatively low lithic particles (coarse and poorly sorted) and iron fluxes during these glacial periods indicate that the increased diatom productivity did not result from dust-stimulated fertilization events. We argue that glacial fertilization occurred through the advection of nutrient-rich waters from the Southern Ocean. In contrast, glacial periods after 1.85 Ma are characterized by enhanced dust transport of finer lithic particles acting as a new source of nutrients in the EEP. The benthic ecosystem shows dissimilar responses to the high productivity recorded during glacial periods before and after 1.85 Ma, which suggests that the transport processes delivering organic matter to the deep sea also changed. Different depositional processes are interpreted to be the result of two distinct glacial positions of the ITCZ. Before 1.85 Ma, the ITCZ was above the equator, with weak local winds and enhanced wet deposition of Central American dust. After 1.85 Ma, the glacial ITCZ was displaced northward, promoting stronger winds with a major dust and iron input from South-America which could stimulate upwelling in the EEP. The glacial period at 1.65 Ma with the most intense LDOs supports a rapid southward migration of the ITCZ comparable to those glacial periods before 1.85 Ma. This shift in the atmosphere-ocean system from 1.85 Ma was also recorded throughout the tropical region in both marine (ODP 659 and ODP 722) and continental records (Chinese Loess, China), all of them modulated by ITCZ migrations. Thus, these show a trend towards aridity throughout the tropical region particularly intensified from 1.85 Ma, with a direct impact on vegetation patterns of Africa. New and accurate Uranium/Lead (U-Pb) dates from flowstones formation in South Africa caves have enabled a precise correlation of the high-resolution paleoclimatic records from tropical belt, the climate evolution of South Africa and the key appearances/disappearances in hominid evolution.