Palaeoenvironmental conditions during pliocene and pleistocene in the southwest Iberian marginIchnological analysis of sedimentary record from iodp expedition 339

Resumen

El Golfo de Cádiz y el Margen Ibérico Occidental constituyen una región de gran interés científico debido al intercambio de aguas entre el Mar Mediterraneo y el Océano Atlántico. La masa de agua proveniente del Mar Mediterráneo, conocida como Mediterranean Outflow Water (MOW), afecta a la circulación global y genera un sistema contornítico deposicional bien desarrollado. Por esta razón, se perforaron una serie de sondeos en la Expedición 339 del International Ocean Discovery Program (IODP) con el fin de mejorar el conocimiento acerca de la evolución de la MOW y los depósitos contorníticos, y mejorar el registro climático del Pleistoceno. Estos objetivos se enmarcaron en un proyecto multidisciplinar con especialidades como geoquímica, geofísica, paleomagnetismo o micropaleontología entre otras, incluyendo la icnología como una de ellas. Durante las últimas décadas el análisis icnológico ha sido probado como una herramienta de gran utilidad en estudios paleoambientales, aportando información sobre una serie de parámetros ambientales como el grado de oxigenación o la disponibilidad de nutrientes entre otros. Sin embargo, el análisis icnológico de sondeos marinos modernos aún está subestimado. Este hecho, motiva el estudio icnológico en detalle de los sondeos de la Expedición 339 del IODP con el fin de demostrar la utilidad de la icnología en el estudio de sondeos extraídos durante una expedición de perforación, y el potencial uso de las trazas fósiles como una herramienta en estudios paleoclimáticos y paleoceanográficos. En este sentido, la presente Tesis se basa en el estudio icnológico de sondeos marinos modernos extraídos durante la Expedición 339 del IODP. Con ello se pretenden abordar diferentes objetivos. En primer lugar, analizar las características icnológicas de una forma general para caracterizar la evolución de la comunidad de organismos bentónicos bioturbadores. Segundo, llevar a cabo interpretaciones paleoambientales desde el Plioceno al Holoceno en base los cambios del macro-bentos inferidos a través del estudios de las trazas fósiles. Tercero, integrar la información icnológica con datos de otras disciplinas como la micropaleontología, para precisar interpretaciones paleoclimáticas y paleoceanográficas en intervalos de particular interés. En cuarto lugar, comprobar la relevancia global de las relaciones interpretadas en el área de estudio para analizar si existe una relación entre determinados ichnotaxones y ciertas condiciones ambientales más allá del área local de estudio. Finalmente, aunque ocupando el primer lugar de la investigación realizada, desarrollar una nueva técnica o metodología que facilitase el análisis icnológico de sondeos marinos modernos, resolviendo los problemas habituales al trabajar con este tipo de materiales. Esta nueva metodología se basa en el tratamiento digital de imágenes de alta resolución y se puede aplicar siguiendo un proceso secuencial dividido en cuatro pasos: 1, ajustes de imagen; 2, estimación digital; 3, conteo de píxeles; 4, representación de icnofábricas. La aplicación de este método no solo mejora la visibilidad de las trazas fósiles sino que también aporta información icnológica interesante como es el porcentaje de bioturbación o la profundidad de penetración. Su utilidad en el análisis de icnofábricas ha sido demostrada en sondeos de la Expedición 339 del IODP, siendo de gran ayuda a la hora de caracterizar cada una de ellas. La utilidad de este método en la caracterización de icnofacies o en el color de los sedimentos también ha sido demostrada, aunque no forma parte del presente volumen (Supplementary papers of Part II). La aplicación de esta metodología permitió llevar a cabo un análisis icnológico de detalle en los sondeos de materiales hemipelágicos extraídos en el Site U1385 con el fin de mejorar el registro climático del Plioceno al Holoceno. Un total de nueve icnotaxones fueron identificados (de mayor a menor abundancia: Planolites, Palaeophycus, Thalassinoides, Thalassinoides-like, Taenidium, Zoophycos, Chondrites, Phycosiphon y ?Scolicia), todos pertenecientes a la icnofacies de Zoophycos. En base características icnológicas como la asociación de trazas fósiles, grado de bioturbación o tiering, siete icnofábricas fueron diferenciadas. Según los resultados obtenidos, las condiciones de oxigenación y disponibilidad de nutrientes eran generalmente buenas, suficientes para mantener una comunidad más o menos diversa, aunque se identificaron algunos intervalos depositados bajo condiciones disaeróbicas basados en las características icnológicas. Otros parámetros paleoambientales como la tasa de sedimentación y consistencia del sustrato, no se registran variaciones mayores. La distribución de icnofábricas a lo largo de los sondeos (incluido en Suplemetary papers of Part III), permite caracterizar el paleoclima y la dinámica atmósfera/océano, siendo los cambios icnológicos relacionados con variaciones de corto (Terminaciones o Eventos Heinrich) o largo rango (cambios orbitales). Además de este estudio general, la icnología en los intervalos asociados a los Estadios Isotópicos Marinos (MIS según sus siglas en inglés) 12 y 11 fue analizada en detalle. Este intervalo corresponde a uno de los periodos glaciares/interglaciares más extremos del Pleistoceno, siendo el MIS 11 uno de los periodos climáticos más parecidos al del Holoceno. El análisis en detalle se llevó a cabo integrando datos icnológicos con análisis de foraminíferos con el fin aportar una interpretación de detalle de las condiciones ambientales. Cambios notables en la distribución de las trazas fósiles fueron asociados a variaciones en la oxigenación y abundancia de nutrientes. Por otro lado, el análisis de foraminíferos reveló cambios en la productividad superficial y aporte de nutrientes que pueden ser correlacionados con las variaciones observadas en el análisis icnológico. Por lo tanto, las modificaciones de la comunidad macro- y micro-bentónica registradas son asociadas a cambios mayores en la ventilación de aguas profundas, posiblemente ligadas a variaciones de la circulación termohalina. De igual modo se realizó un estudio similar centrado en las Terminaciones 1, 2 y 4, aunque no forma parte de la presente tesis (Supplementary papers of Part III), revelando cambios asociados a la disponibilidad de oxígeno y nutrientes. Finalmente, la relación entre la distribución de Zoophycos y determinadas condiciones de sedimentación y productividad fue estudiada en periodos glaciares-interglaciares. Un estudio en detalle de los intervalos donde Zoophycos es identificado alrededor de los últimos 1.5 Ma, reveló que su presencia puede ser ligada a periodos caracterizados por una tasa de sedimentación intermedia y una productividad estacionalmente alta. Esta relación es observada no solo en sondeos de la Expedición 339 del IODP, sino también en depósitos mundiales como el Mar del Sur de China o el Margen Occidental de África por ejemplo. Así pues, Zoophycos es propuesto como un indicador de periodos de aporte estacional de materia orgánica y productividad primaria en depósitos hemipelágicos a lo largo del Neógeno. Adicionalmente, el estudio icnológico en depósitos de contornítas y flujos de gravedad probó la bioturbación como una herramienta de gran interés en la diferenciación de este tipo de depósitos. Esta es, por el momento, una investigación preliminar, no ha sido incluida entre los objetivos principales de la tesis. No obstante, debido a su potencial importancia, ha sido añadida como apéndice estrechamente relacionado con la presente Tesis.