GEOGACETA, 45, 2008

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Reconstrucción de la posición del frente ártico a partir de lasasociaciones de foraminíferos planctónicos durante los estadios

isotópicos marinos 14, 15 y 16

Arctic front reconstruction based on planktic foraminifer assemblages analyses for the marine isotope stages 14,15 and 16

Montserrat Alonso-García, Francisco Javier Sierro y José Abel Flores

Departamento de Geología (Área de Paleontología), Universidad de Salamanca, Pza. de la Merced s/n, 37008 Salamanca. montseag@usal.es,sierro@usal.es, flores@usal.es

ABSTRACT

Planktic foraminifer assemblages and lithic components from IODP core U1314 (northern NorthAtlantic) were studied with high resolution from marine isotope stage (MIS) 14 to 16 (~ 530-700 ka). Thisstudy aims to contribute to a better understanding of the mid-Pleistocene climate shifts. The record showsthe evolution of the Arctic front and allows us to infer the relative position of the sea-ice edge. During MIS16 Arctic front was south of the core location, while during MIS 14 the front was placed northward butnear the core location, therefore stage 16 was colder than 14. Besides, during the interglacial stage 15,two brief cold substages were recorded showing that the Arctic front crossed again the core location area.

Key words: Planktic foraminifers, North Atlantic, Arctic front.

Geogaceta, 45 (2008), 79-82ISSN: 0213683X

Introducción

El Atlántico Norte y su interaccióncon el océano Ártico es una pieza clavea la hora de realizar reconstruccionesclimáticas y oceanográficas de épocaspasadas. Su importancia radica en queen esta región se encuentra la mayorproducción de aguas profundas y, portanto, uno de los principales motores dela circulación termohalina. Ésta, nosólo transporta las masas de agua de unocéano a otro, sino que transfiere calor,nutrientes, sales, oxígeno, etc. La ma-yor o menor extensión del hielo en elHemisferio Norte hace que las condi-ciones oceanográficas en la zona másseptentrional del Atlántico Norte seanmuy diferentes durante periodos glacia-les e interglaciales, produciendo cam-bios , también, en la c i rculacióntermohalina.

Para reconstruir la extensión de labanquisa de hielo pueden utilizarse di-versas técnicas. En este trabajo hemosaplicado la técnica desarrollada porJohannessen et al. (1994), basada en elanál is is de las abundancias deforaminíferos planctónicos, para inferirla posición del frente ártico durante losestadios 14, 15 y 16.

Materiales y métodos

El testigo U1314 fue recuperado du-rante la campaña 306 de IntegratedOcean Drilling Program (IODP). Estásituado en el Atlántico Norte, concreta-mente en la parte sur del Gardar Drift, auna latitud de 56º 21’ N y una longitudde 27º 53’ W (fig. 1). El testigo fue re-cogido a una profundidad de 2.820 m.El tramo estudiado comprende aproxi-madamente desde el metro 43 al 54.

El marco cronológico se realizócomparando la curva isotópica globaldefinida por Lisiecki y Raymo (2005)con varios de los resultados obtenidosen nuestros estudios, como las abun-dancias de Neogloboquadrinapachyderma sinistrorsa (s) y de detritostransportados por hielo o ice rafteddebris (IRD), así como con los registrosexistentes de paleomagnetismo y radia-ción gamma. La edad de las muestrasanalizadas en este trabajo correspondea los estadios isotópicos marinos (MIS)14, 15 y 16, aproximadamente un inter-valo temporal desde 530 ka hasta 700ka.

Las asociaciones de foraminíferosplanctónicos se estudiaron en la frac-ción mayor de 150 μm. La resolución

de los recuentos es alta, habiendo entremuestras un intervalo temporal deaproximadamente 1000 años. El cálcu-lo de la resolución se realizó a partir delas tasas de sedimentación estimadasdurante la campaña oceanográfica(Channell et al, 2006). Para realizar losrecuentos de las especies se dividiócada muestra en partes alícuotas hastaobtener una fracción de entre 300 y 500individuos.

Además, se realizó un estudio de loscomponentes líticos que aparecen en lasmuestras, y también se hicieron recuen-tos del número total de radiolarios,ostrácodos y otros organismos que pu-dieran aparecer.

La fragmentación es baja durantetodo el intervalo, lo cual implica que ladisolución fue muy escasa. Por tanto,podemos decir que las asociaciones noestán alteradas y pueden ser utilizadaspara realizar reconstrucciones.

Resultados

El análisis de las asociaciones deforaminíferos planctónicos y la canti-dad de IRD (fig. 2) nos permite diferen-ciar los periodos interglaciales (MIS15) de los glaciales (MIS 16 y 14). A

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continuación se describe brevemente laevolución a lo largo del tiempo que su-frieron las asociaciones, comenzandodesde las muestras más antiguas.

Desde el metro 54 hasta el 50,2 seobserva un claro dominio de la especiepolar N. pachyderma (s), que acompaña-da de las altas cantidades de IRD registra-das, definen el estadio glacial 16 (fig. 2).Éste presenta breves incursiones cálidasdurante las cuales Neogloboquadrinapachyderma dextrorsa (d), Globorotaliainflata, y Turborotalita quinqueloba (fig.3) proliferaron, pero sin llegar a alcanzarporcentajes muy altos.

El estadio 15, se extiende desde elmetro 50,2 hasta el 45,5 aproximada-mente. Se caracteriza por una escasapresencia de la especie polar, que cedeel dominio a tres especies propias deaguas más cálidas, N. pachyderma (d),G. inflata y Globigerina bulloides. Es-tas tres especies sumadas pueden al-canzar hasta el 90 % de la asociación.Sin embargo, durante este periodo cá-lido se registran dos subestadios fríos(alrededor del metro 48,2 y del metro47) en los que aumentó notablementela abundancia de N. pachyderma (s) ytambién se observa un tímido aumento

en la cantidad de IRD. Inmediatamentedespués de estas incursiones frías apa-recen a l t as can t idades de T.quinqueloba, especialmente en el in-tervalo 47,5-48 m.

Durante el estadio 14 (45,5-42,9 m)se registran de nuevo altas cantidadesde IRD acompañadas de altos porcen-tajes de N. pachyderma (s) que indicanun nuevo estadio glacial. Al inicio dela glaciación, alrededor del metro 45,presenta un subestadio más cálido enel que proliferan las especies cálidas,y también T. quinqueloba, por un cortoespacio de tiempo.

Fig. 1.- Situación geográfica del testigo estudiado, U1314. La línea de puntos indica la situación aproximada para el frente ártico durante losperiodos glaciales y la línea discontinua indica la situación del mismo durante los interglaciales, según Wright y Flower (2002).

Fig. 1.- Geographic location of the studied site, U1314. Dotted line indicates, approximately, the location of the Arctic front during glacial times andthe broken line shows the location of the front during the interglacials, based on Wright y Flower (2002).

Paleontología

M. Alonso-García et al.

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Reconstrucción del frente ártico

El frente ártico es el límite entre lasfrías aguas del océano Ártico y lasaguas templadas del At lánt ico.Johannessen et al. (1994) caracteriza-ron el frente ártico por el cambio en eldominio entre la especie polar N.pachyderma ( s ) y la especie T.quinqueloba que habita en las aguas at-lánticas cerca del límite de la banquisade hie lo . Al tos porcentajes de T.quinqueloba indican que el frente esta-ba situado cerca de la posición del testi-go, pero hacia el norte, de modo que elhielo no cubría la zona. Por el contra-r io , cuando la abundancia de T.quinqueloba disminuye, a la vez queaumenta N. pachyderma (s), nos indicaque el frente ártico se situaba al sur deltestigo y el hielo marino cubría la zona,a l menos es tacionalmente . SegúnWright y Flower (2002) la posición delfrente cambió a partir del estadio 16,situándose más al norte entre NewFoundland e Irlanda durante los perio-dos glaciales, y desde la península delLabrador hasta el Mar de Groenlandia,pasando por el estrecho de Dinamarca,durante los interglaciales (fig. 1). En la

figura 3 se observa como el comporta-miento de las especies N. pachyderma(s) y T. quinqueloba durante los perio-dos glaciales y los subestadios fríos esopuesto, indicando la posición del fren-te ártico.

Durante el estadio 16 el porcentajede T. quinqueloba es relativamente bajo,indicando que el hielo marino cubría lazona, excepto en momentos puntuales(alrededor del metro 52 y del 53) dondese observa que el porcentaje de N.pachyderma (s) disminuye en detrimen-to de T. quinqueloba que aumenta ligera-mente junto a otras especies cálidas. Enestos pequeños lapsos de tiempo el fren-te ártico sufrió un retroceso aprovecha-do por las especies cálidas para prolife-rar. Sin embargo, en el intervalo 50,5-51m se produce un aumento muy significa-tivo de T. quinqueloba, superando el 50%, y un l igero descenso de N.pachyderma (s). Durante este tiempo pa-rece como si el frente ártico estuvieramuy cerca del testigo, pero al tratarse delfinal de una glaciación, es más probableque ese aumento tan brusco de T.quinqueloba se deba a una continuadaavenida de aguas frías de fusión proce-dentes del deshielo de la banquisa.

Fig. 2.- Abundancias de las principales especies a lo largo de los estadios 14, 15 y 16. De abajo a arriba, índice de acumulación de IRD, abundan-cia de N. pachyderma (s), abundancia de N. pachyderma (d), abundancia de G. inflata, abundancia de G. bulloides.

Fig. 2.- Abundance of the main species along stages 14, 15 and 16. From down to up, IRD accumulation index, N. pachyderma (s) percentage, N.pachyderma (d) percentage, G. inflata percentage, G. bulloides percentage.

La misma situación se observa du-rante el primer subestadio frío del MIS15, entre el metro 47,5 y 48. Despuésde un brusco enfriamiento, reflejadopor las altas cantidades de la especiepolar, y durante el cual la banquisa dehielo avanzó rápidamente , N.pachyderma (s) disminuye vertiginosa-mente dando paso a T. quinqueloba quede nuevo nos refleja la presencia deaguas de deshielo. Durante la mayorparte del estadio interglacial 15 la aso-ciación muestra que las aguas cálidasde la corriente Noratlántica influyeronen la zona. Las abundancias de N.pachyderma (s) y T. quinqueloba sonmuy bajas, y el frente ártico debió si-tuarse mucho más al norte, predominan-do en la zona las especies N.pachyderma (d) , G. inf lata y G.bulloides. Al final del estadio 15, seobserva un aumento en la abundanciade T. quinqueloba, superando el 20 %,que, en este caso, posiblemente si sedebe a la cercanía del frente ártico, yaque al aproximarnos a un periodo gla-cial el frente comienza a desplazarsehacia el sur.

El estadio 14 se caracteriza por unapresencia notable y continua de T.

Posición del frente ártico a partir de foraminíferos planctónicos

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quinqueloba que va en aumento haciael final del glacial. Esta presencia de T.quinqueloba indica que el frente árticose mantuvo relativamente cerca de lazona donde se sitúa el testigo, fluctuan-do, pero casi siempre hacia el norte.Esto hace suponer que la banquisa dehielo no avanzó tanto como en el MIS16 y, por tanto, el estadio 14 fue menosfrío. Hacia el final de este estadio T.quinqueloba aumenta, alcanzando el 40%, debido al aporte, de nuevo, de lasaguas de deshielo, por el inicio del pe-riodo interglacial.

Estos resultados son coherentes conla posición que proponen Wright yFlower (2002) para el frente ártico apartir del estadio 16.

Conclusiones

El dominio de las especies cálidasfrente a la especie polar y viceversa,además de la presencia de detritos trans-portados por hielo nos ha permitido defi-nir la existencia de dos estadios fríos (16y 14) y uno cálido (15), y de los distin-tos subestadios dentro de estos, en el in-tervalo de estudio.

Fig. 3.- Comparación de las abundancias de N. pachyderma (s) y T. quinqueloba para situar el frente ártico (FA) y la proximidad del límite de labanquisa de hielo (LBH) respecto al testigo.

Fig. 3.- Comparison between N. pachyderma (s) y T. quinqueloba abundances in order to locate the Arctic front and to show the proximity of the seaice edge to the core.

Las abundancias opuestas de las es-pecies T. quinqueloba y N. pachyderma(s) permiten la posibilidad de establecerla posición del frente ártico a lo largo delintervalo temporal estudiado. Tambiénpodemos inferir la mayor o menor exten-sión de la banquisa de hielo y, asociado aello, la intensidad de las glaciaciones.Así, concluimos que durante el MIS 16el frente polar estaba situado al sur delárea donde se localiza el testigo y el hie-lo marino cubría la zona. Sin embargo,el MIS 14 fue un periodo glacial menosintenso y el frente se situó al norte deltestigo la mayoría del tiempo. Durante elMIS 15 el frente se situó mucho más alnorte dejando paso a las aguas más cáli-das del Atlántico, lo cual se refleja enuna asociación de foraminíferos deaguas templadas.

Agradecimientos

Este trabajo se ha llevado a cabo gra-cias a los proyectos de investigaciónCGL2005-00642/BTE, CGL2006 –10593, CGL2008-05560, así como el Pro-yecto GRACCIE (CONSOLIDER-IN-GENIO CSD 2007-00067) del Ministerio

de Educación y Ciencia, la financiaciónde la Junta de Castilla y León (Grupo deexcelencia GR34), y a la beca FPU delMEC (AP2005-2805) concedida aMontserrat Alonso García. Agradecemostambién a IODP por suministrarnos lasmuestras.

Referencias

Channell, J.E.T., Kanamatsu, T., Sato, T.,Stein, R., Alvarez Zarikian, C.A., Ma-lone, M.J., and the Expedition 303/306Scientists (2006). Proc. IODP, 303/306: College Station TX (IntegratedOcean Drilling Program ManagementInternational, Inc.). doi:10.2204/iodp.proc.303306.2006

Johannessen, T., Jansen, E., Flatoy, A. yRavelo, A. C. (1994). En: NATO ASISeries (R. Zahn, Pederesen, T. F., Ka-minski, M. A., Labeyrie, L, Eds.).Springer-Verlag, 61-85.

Lisiecki, L. E. y Raymo, M. E. (2005).Paleoceanography, 20, 10.1029/2004PA001071.

Wright, A. K. y Flower, B. P. (2002). Pa-leoceanography, 17, 4, 1068, 10.1029/2002PA000782.

M. Alonso-García et al.