Resumen de Nanofósiles calcáreos neógenos y cuaternarios de testigos del Margen Continental Argentino: sistemática y aportes a la paleoceanografía y a la bioestratigrafía

Lucía Rivas

• español

  Se analizaron los cocolitofóridos y los nanofósiles calcáreos del Margen Continental Argentino (MCA), océano Atlántico suroccidental, con el objetivo de realizar una actualización y revisión sistemática de las especies presentes en el Neógeno - Holoceno y caracterizar estas asociaciones y ensambles fósiles desde un punto de vista (paleo)oceanográfico y bioestratigráfico. Se estudiaron 33 muestras del fondo oceánico actual recuperadas en 33 sitios que se ubican a lo largo de una transecta norte-sur, los cuales se agruparon en 3 áreas: norte (40°S – 47°S y 55°O – 60°O), sureste (53°S – 54°S y 61°O – 64°O) y suroeste (55°S – 65°O). Además, se estudiaron 173 muestras correspondientes a cuatro testigos extraídos en cuatro de los sitios (AU_GEO02_GC22, AU_GEO02_GC24, AU_GEO02_GC30 y AU_GEO02_GC35). Los testigos se localizan en el área norte, en la terraza contornítica Terraza Piedra Buena, en el ambiente de talud y a profundidad variable entre 2.300 y 3.400 metros bajo el nivel del mar.

  Las muestras se tomaron a bordo del buque A.R.A. Austral mediante los equipos box core y gravity core. En el laboratorio, los testigos se muestrearon cada 5 cm. Además, se tomaron 8 muestras para dataciones radiocarbónicas, 419 para el análisis de Fluorescencia de Rayos X (FRX) y 30 para la caracterización geoquímica (carbono orgánico total y RockEval).

  Las muestras para el análisis de los cocolitofóridos y de los nanofósiles calcáreos han sido preparadas mediante técnicas de rutina.

  Para las muestras del fondo oceánico actual se calculó la abundancia absoluta a partir de la cantidad de cocolitos por campo visual y para las muestras de los testigos se obtuvo a partir de la cantidad de nanofósiles por gramo de sedimento. También se determinó el índice de disolución de Calcidiscus leptoporus - Emiliania huxleyi’ (CEX’) y la diversidad con el índice de Shannon (H’). Para remover las diferencias entre el número de ejemplares de cada muestra y poder aplicar los métodos de análisis cuantitativos, los datos se transformaron en porcentajes (una composición), se remplazaron los ceros con 0,1 y, por último, las matrices de datos se re-expresaron utilizando la transformación log cociente centrada (clr).

  Con el objetivo de seleccionar el set de datos que mejor represente la relación entre las variables oceanográficas y la distribución de las especies actuales se realizó un análisis de Agrupamiento jerárquico. Se compararon dos metodologías de recuento de uso habitual: incluir y excluir a Emiliania huxleyi. El resultado del análisis que incluye a E. huxleyi reveló dos grupos que pudieron ser explicados por la relación entre las especies y las condiciones oceanográficas, no así el análisis que excluye a E. huxleyi.

  Se realizó un análisis de Redundancia para investigar la distribución de las especies más abundantes (E. huxleyi, G. muellerae, Gephyrocapsa spp. small y Calcidiscus leptoporus) con relación a variables oceanográficas (temperatura, salinidad, nitrato y fosfato). Se observó una correlación positiva entre E. huxleyi y C. leptoporus con la temperatura y salinidad, y una negativa entre E. huxleyi y los nutrientes. Este último resultado sería consecuencia de la competencia entre E. huxleyi y G. muellerae, y no del hecho de que la especie tenga preferencia por aguas oligotróficas. Se observó una correlación positiva entre G. muellerae y Gephyrocapsa spp. small y los nutrientes, y una negativa con la temperatura y la salinidad. Se definieron tres grupos. El grupo I, compuesto por sitios del área norte, se caracterizó por la dominancia de E. huxleyi, seguida por C. leptoporus y presentó una correlación positiva entre E. huxleyi y C. leptoporus con la temperatura y la salinidad. El grupo II, conformado por los sitios del suroeste, se caracterizó por la dominancia de E. huxleyi y C. leptoporus, y no presentó correlación con las variables ni con las especies. El grupo III integrado, mayoritariamente por los sitios del sureste, se caracterizó por la abundancia de E. huxleyi, G. muellerae, seguida de Gephyrocapsa spp. small. Las dos últimas se correlacionaron positivamente con los nutrientes. Por último, se determinó que la concentración de nutrientes es la variable ambiental que mejor explica la distribución de los cocolitofóridos en el MCA.

  En cuanto a los cuatro testigos, se analizaron 21,25 metros de sedimentos y 173 muestras, de las cuales 88 resultaron fértiles. Se identificaron 46 taxones de nanofósiles calcáreos, 39 fueron clasificados a nivel específico, dos presentaron características comparables a especies conocidas en la literatura y cinco quedaron en nomenclatura abierta.

  En función del análisis bioestratigráfico detallado y de los biocrones de los taxones marcadores, se determinó la edad de los testigos por tramos. Con el objetivo de realizar una interpretación paleoambiental, se realizó un análisis de Agrupamiento para cada uno de los cuatro testigos, y se obtuvieron dendrogramas para las muestras y las especies. A partir de estos resultados, junto con las asociaciones de nanofósiles, la descripción sedimentológica, el análisis de FRX y de geoquímica orgánica y la incorporación de datos sobre foraminíferos, se infirieron condiciones paleoambientales para cada uno de los tramos.

  El testigo AU_GEO02_GC22 se dividió en cinco tramos. En la base se registró un depósito estéril y se infirieron condiciones de aguas frías y corrosivas, por debajo de la lisoclina o en un ambiente marino profundo. En el tramo superior, se registró un ensamble que indicaría las biozonas NN11 – NN14? (Mioceno tardío – Plioceno temprano?). Se infirieron condiciones oligotróficas con una columna de agua estable. Hacia el techo del tramo se observó un incremento de nutrientes, acompañado de una posible desestabilización de la capa de mezcla. Luego, se registró un ensamble que correspondería a las biozonas NN15 – NN16 (Plioceno temprano – Pleistoceno temprano), y se reconoció un depósito de nannofossil ooze, compuesto por protococolitos de la Familia Noelaerhabdaceae. Este depósito se habría formado en aguas eutróficas, durante un interglaciar con alto nivel del mar y ausencia de aportes terrígenos. Hacia el techo del tramo, continuó la elevada concentración de nutrientes, y aumentó el aporte de terrígenos y el decaimiento de la preservación. En el tramo suprayacente, se registraron depósitos estériles que corresponderían al Pleistoceno temprano – medio, y se asociarían con aguas frías y corrosivas, en un ambiente por debajo de la lisoclina o marino profundo. En el techo del testigo, se registró un ensamble asignable a la sub-biozona NN21b, MIS5 – MIS1 (Pleistoceno tardío – Holoceno), y se infirió un ambiente con alta concentración de nutrientes, bajo aporte terrígeno y baja temperatura.

  El testigo AU_GEO02_GC24 se dividió en cuatro tramos. El primero se asigna a la Biozona NN11 (Mioceno tardío), que se habría depositado en aguas frías, oligotróficas, con baja energía del medio y leve aporte terrígeno. Los ensambles suprayacentes quedaron acotados a las biozonas NN12? – NN15 (Mioceno tardío? – Plioceno temprano), y se corresponderían con un ambiente de aguas frías y oligotróficas. En la sección inferior del tramo, se determinó bajo aporte terrígeno y baja energía de las corrientes de fondo. Hacia la sección superior, se registró un aumento del aporte terrígeno relacionado a un aumento de energía. Los sedimentos suprayacentes resultaron estériles y se los acotó al Zancleano – Ioniano (Plioceno temprano – Pleistoceno tardío). Se infirió aguas frías y corrosivas, alta energía y un ambiente por debajo de la lisoclina o marino profundo. En el techo del testigo, se reconoció un ensamble asignable a la sub-biozona NN21b, MIS 5 – MIS 1 (Pleistoceno tardío – Holoceno), el cual se habrían depositado con alto nivel de mar, baja temperatura, corrientes de fondo de alta energía, bajo aporte terrígeno, y elevada salinidad y concentración de nutrientes.

  El testigo AU_GEO02_GC30 se dividió en dos tramos. La base presentó depósitos estériles, y se infirieron aguas corrosivas en un ambiente profundo o con aguas frías. En el tramo superior, se identificaron ensambles que indicarían la sub-biozona NN21b, MIS 5 – MIS 1 (Pleistoceno tardío – Holoceno), y se identificaron ciclos glaciarios. Los depósitos fértiles corresponderían a períodos interglaciares con aguas frías y salinas, sin aporte terrígeno, baja energía del medio y alto nivel del mar (MIS5, MIS3 y MIS1). Los depósitos estériles corresponderían a los períodos glaciarios con elevado aporte terrígeno y bajo nivel de mar (MIS4 y MIS2).

  El testigo AU_GEO02_GC35 se dividió en dos tramos. El primero se compuso de depósitos estériles, y se infirió un ambiente de alta energía con aguas frías e ingreso terrígeno por debajo de la lisoclina o en un ambiente marino profundo. El tramo superior, resultó fértil y se restringió al Holoceno, sub-biozona NN21b, MIS1. Se infirieron condiciones de aguas frías a templadas y eutróficas, en un ambiente de baja energía y con bajo aporte de terrígenos.

• English

  Coccolithophores and calcareous nannofossils from the Argentinean Continental Margin (MCA), southwestern Atlantic Ocean, were examined to conduct a systematic review of the species present during the Neogene to Holocene and to characterize these associations and fossil assemblages from a (paleo)oceanographic and biostratigraphic perspective. Thirtythree surface sediment samples were collected from 33 sites located along a north-south transect and, according to their geographic location, stations were grouped into three areas:

  north (40°S – 47°S and 55°W – 60°W), southeast (53°S – 54°S and 61°W – 64°W) and southwest (55°S – 65°W). Furthermore, 173 samples from four gravity cores (AU_GEO02_GC22, AU_GEO02_GC24, AU_GEO02_GC30 and AU_GEO02_GC35), were studied. The cores were located in the northern area, specifically on the Piedra Buena Terrace (PBT), within the slope environment, and at 2,300 and 3,400 meters below sea level.

  Box and gravity cores were used to collect samples on board the Austral oceanographic vessel. Cores were sampled every 5 cm in the laboratory. In addition, eight samples were collected for radiocarbon dating, 419 for X-Ray Fluorescence analysis (XRF), and 30 for geochemical characterization (Total Organic Carbon and pyrolysis Rock Eval).

  Samples for the coccolithophore and calcareous nannofossils analysis have been processed following the standard techniques.

  Coccolithophore abundance was calculated from the number of coccoliths for visual field in ocean floor samples, and for corer samples absolute abundance was obtained from the number of nannofossils per gram of sediment. The dissolution index of Calcidiscus leptoporus - Emiliania huxleyi ’ (CEX’) and diversity with Shannon Index (H’) were also calculated. In order to remove the differences between the sample specimens, and to be able to apply the quantitative analysis methods, the data matrices were re-expressed using log centered ratio (clr) transformation.

  A Hierarchical Cluster Analysis based on the surface coccolithophore assemblages was performed to select the data set that best represents the relationship between oceanographic variables and current species distribution. Two usual counting methods were compared:

  including and excluding Emiliania huxleyi. As a result of including E. huxleyi, two groups emerged, which could be explained by the species relationship with the oceanographic conditions. However, no explanation was found for the results of the analysis that excluded E. huxleyi.

  A Redundancy analysis was performed to analyze the distribution of the most abundant species (E. huxleyi, G. muellerae, Gephyrocapsa spp. small and Calcidiscus leptoporus) in relation to surface environmental variables (temperature, salinity, nitrate and phosphate). A positive correlation between E. huxleyi and C. leptoporus with temperature and salinity, and a negative correlation between E. huxleyi and nutrients were recognized. However, this result would be due to a competition between E. huxleyi and G. muellerae, not because E. huxleyi prefers oligotrophic waters. A positive correlation between G. muellerae and Gephyrocapsa spp. small and nutrients, and a negative one with temperature and salinity were also recognized. Three groups were defined. Group I, which included the northern sites, was characterized by the high abundance and dominance of E. huxleyi, followed by C. leptoporus, and displayed a positive correlation between E. huxleyi and C. leptoporus with temperature and salinity. Group II, located in the southwestern area, was distinguished by the dominance of E. huxleyi and C. leptoporus and lacked a significant correlation with environmental variables or species abundance. Group III, primarily composed of mostly by southeast sites, was characterized by the high abundance of E. huxleyi and G. muellerae, followed by Gephyrocapsa spp. small. The last two species were positively correlated with nutrients.

  These findings suggested that the distribution of coccolithophores in the ACM appears to be nutrient controlled.

  In total, 21.25 meters of sediments and 173 samples were analyzed, with 88 of them containing coccoliths. Forty-six calcareous nannofossil taxa were identified, 39 were classified at species level, two presented characteristics comparable to species known in the literature and five remained in open nomenclature.

  Based on detailed biostratigraphic analysis and marker species biochrons, the age of the cores was determined in sections. A hierarchical cluster was carried out for each of the four cores, and dendrograms were obtained for the samples and species to perform a paleoenvironmental interpretation. Paleoenvironmental conditions for each of the sections were deduced using these results, in conjunction with the nannofossil assemblages, sedimentological description, XRF and organic geochemical analyses, and foraminifera data.

  The core AU_GEO02_GC22 was divided in five sections, which were described from base to top. A barren deposit was recorded at the base, and cold and corrosive water conditions were deduced bellow the lysocline and/or in a deep marine environment. In the overlying section, the assemblage has been assigned to biozones NN11 – NN14? (Late Miocene – Early Pliocene). Oligotrophic conditions with a stable water column were inferred. Towards the top of this section, an increase in nutrients was observed, in conjunction with a possible mixed layer destabilization. In the following section, an assemblage that would correspond to biozones NN15 – NN16 (Early Pliocene – Early Pleistocene) was recorded. A nannofossil ooze deposit composed of protococcoliths from the Noelaerhabdaceae Family was identified; this deposit could have been formed in eutrophic waters during an interglacial period with high sea level and absence of terrigenous inputs. Towards the top of the section, the high nutrients content persisted, terrigenous input increased and the preservational conditions deteriorated. Above, barren deposits were identified that would correspond to the Early – Middle Pleistocene and would connect to cold and corrosive waters in a paleoenvironment below the lysocline and/or deep ocean. Finally, a characteristic assemblage of the NN21b sub-biozone, MIS 5 – MIS 1 (Late Pleistocene – Holocene) was recorded on the top of the core, and a paleoenvironment with high nutrient concentration, low terrigenous input and low temperature was inferred.

  The core AU_GEO02_GC24 was divided into four sections. The base begins with an assemblage corresponding to Biozone NN11 (Late Miocene), which would have been deposited in cold oligotrophic waters, with low environmental energy and a slight terrigenous input. The assemblages of the overlying sediments were delimited to the biozones NN12? – NN15 (Late Miocene – Early Pliocene) and would relate to an environment with oligotrophic and cold waters. In the lower part of the section, there was low terrigenous input and low energy of the bottom currents, whereas towards the upper part, there was an increase in the terrigenous input associated to an increase in energy. The overlying sediments were barren and were delimited to the Zanclean – Ionian (Early Pliocene – Late Pleistocene). High energy conditions were inferred for the paleoenvironment, in cold and corrosive waters, and bellow the lysocline and/or in a deep marine environment. An assemblage of the NN21b subbiozone, MIS 5 – MIS 1 (Late Pleistocene – Holocene) was recognized on the top of the core.

  These sediments would have been deposited in high sea level, low temperature, high-energy bottom currents that decrease towards the base, low terrigenous input, and high salinity and nutrient concentration.

  The AU_GEO02_GC30 core was divided into two sections. Barren deposits were recorded at the base, and corrosive bottom waters were inferred, as a consequence of the deepening paleoenvironment and/or cold water input. Overlying, assemblages corresponding to the NN21b sub-biozone, MIS 5 – MIS 1 (Late Pleistocene – Holocene) were recognized, and glacial cycles were identified. Fertile sediments would have been deposited in interglacial periods, cold and saline waters, without terrigenous input, low energy of bottom currents and high sea level (MIS 5, MIS 3 and MIS 1). Barren deposits would correspond to the glacial periods, with high input of terrigenous and low sea level (MIS 4 and MIS 2).

  The core AU_GEO02_GC35 was divided, as well, into two sections. Barren sediments were recorded at the base and a high energy paleoenvironment with cold waters and terrigenous input below the lysocline and/or in a deep marine setting was inferred. Overlying, the sediments were restricted to the Holocene, sub-biozone NN21b, MIS 1. Conditions of cold to temperate and eutrophic waters were inferred, in a low energy environment and with low terrigenous input.

  The integration of biostratigraphic information together with sedimentological data, seismic profiles and paleoceanographic conditions, allowed to infer that the sedimentary record in the cores of the Piedra Buena Terrace presents high variability. In the southern sector, the cores comprise sediments from the Late Miocene to Holocene and are located in a highly heterogenous geomorphological area. The AU_GEO02_GC22 core is located near a subsidiary channel of a submarine canyon, while the AU_GEO02_GC24 is in a depression field. The basal sediments of both cores would have been deposited as a consequence of a weakening in the circulation of Antarctic bottom waters, as a result of an increase of NADW production during the Late Miocene – Early Pliocene. The two cores in the northern sector are in an irregular and regular wave field (AU_GEO02_GC30 and AU_GEO02_GC35), where a high deposition rate was observed. The four cores record Quaternary sediments and, particularly in the two northernmost, the last glacial cycles are recognized (MIS 5 – MIS 1).

  Although the Piedra Buena Terrace is currently influenced by the Lower Circumpolar Deep Water, a greater influence of the Lower Circumpolar Deep Water - Antarctic Bottom Water interface was recorded in the two northern cores.