Variaciones en la productividad y en la intensidad de la corriente circumpolar antártica en el paso de Drake durante los últimos 1.3 millones de años: implicaciones en la circulación termohalina = Changes in productivity and in the strength of the Antarctic Circumpolar Current through the Drake Passage over the past 1.3 million years, and its global implications on the meridional overturning circulation.

Abstract

El Océano Austral (SO, por sus siglas en inglés) que rodea al continente Antártico es un océano singular en numerosos sentidos. En primer lugar, por él fluye la Corriente Circumpolar Antártica (CCA), el mayor sistema de corrientes del mundo, que conecta las cuencas oceánicas Pacífica, Atlántica e Índica. Además, el límite norte de la zona de influencia del SO viene dado por la posición del Frente Subtropical, que depende netamente de la CCA. La CCA tiene influencia en la circulación termohalina y se considera un componente importante del sistema climático de la Tierra. En segundo lugar, el SO también es importante porque juega y ha jugado un papel trascendental en la regulación del CO2 atmosférico debido a que a lo largo de la historia ha actuado como captador o emisor de este gas de efecto invernadero. Uno de los motivos de la captación de CO2 en el SO durante periodos glaciales es un aumento en la productividad primaria en la Zona Subantártica. Las causas residen en un incremento en los flujos de polvo eólico depositados por los vientos, y como consecuencia, la fertilización con hierro que habría estimulado la productividad primaria. La CCA presenta tres frentes en el SO, de norte a sur: Frente Subantártico, Frente Polar y Frente Sur de la Corriente Circumpolar Antártica. Su ubicación no ha sido estática a lo largo de la historia ya que los frentes han sufrido desplazamientos latitudinales a diferentes escalas temporales. Dentro del SO, la región entre el Frente Subantártico y el Frente Subtropical se denomina Zona Subantártica. Geográficamente dentro del SO,el Paso de Drake separa el continente americano de la península Antártica y constituye el paso más estrecho en el flujo de la CCA, por lo tanto en este área la ubicación de los frentes oceanográficos cobra vital importancia. Al inicio del desarrollo de esta tesis, los datos disponibles no habían proporcionado información concluyente acerca de cuál sería el papel del Paso de Drake en los cambios en la circulación oceánica global a escalas temporales glacial/interglacial. Además, hoy en día apenas se dispone de información acerca de los cambios en la productividad ni de su conexión con los procesos de fertilización con hierro en la zona Subantártica a la entrada del Paso de Drake. Asimismo, en esta zona tampoco existe información relacionada con los cambios de la intensidad de la CCA, ni en los patrones de productividad primaria que incluyan la Transición del Pleistoceno Medio (desde 1.25 a 0.7 millones de años) y el Mid-Brunhes Event. En este contexto, el objetivo general de esta tesis ha sido reconstruir la intensidad de la CCA y la producción marina exportada en los últimos 1.3 millones de años en la Zona Subantártica a la entrada del Paso de Drake. Para ello se ha utilizado un enfoque multi-proxy en el testigo de sedimento PS97/093-2 (57º 29.9’S; 70º 16.56’W; recuperado a 3781 m de profundidad, 16,45 m de longitud). Esta tesis incluye tres capítulos de resultados: En el capítulo 1, se presenta el modelo de edad del testigo de sedimento PS97/093-2, y la reconstrucción de las variaciones en la intensidad de la CCA utilizando como indicadores la media del limo uniforme de la fracción terrígena del sedimento (SS̅̅̅, 10– 63µm) en combinación con las concentraciones de elementos sensibles al tamaño de grano (Zr/Rb). Los resultados obtenidos en este capítulo muestran variaciones medias en la CCA de un 6–16% a escala glacial/interglacial durante el último 1.3 millón de años. Además, se ha observado un patrón consistente de mayor (menor) intensidad en el flujo de la CCA durante periodos interglaciares (glaciales). Por último, en este capítulo también se reportan cambios en la ciclicidad en las fluctuaciones de la CCA, pasando de ciclos de 41.000 años a ciclos de 100.000 años en la Transición del Pleistoceno Medio. Los resultados presentados en el capítulo 1 han sido publicados en la revista Paleoceanography and Paleoclimatology: Toyos, M. H., Lamy, F., Lange, C. B., Lembke‐Jene, L., Saavedra‐Pellitero, M., Esper, O., & Arz, H. W. (2020). Antarctic Circumpolar Current Dynamics at the Pacific Entrance to the Drake Passage Over the Past 1.3 Million Years. Paleoceanography and Paleoclimatology, 35 (7), 1– 20. El capítulo 2 incluye una evaluación de los cambios y patrones en la producción marina exportada durante los últimos 400.000 años, basándose en las tasas de acumulación de material litogénico, hierro, opal biogénico, carbonatos, exceso de bario, y carbono orgánico normalizadas por 230Th. Se demuestra que las variaciones en productividad biológica han estado fuertemente condicionadas por la disponibilidad de hierro y ácido silícico. Durante periodos glaciales, el aumento en la productividad biológica se debe a incrementos en las concentraciones de hierro procedentes de los campos de hielo patagónicos, y de ácido silícico a causa de una migración hacia el norte de los frentes de la CCA. Por otro lado, durante los períodos interglaciales, se infieren menores niveles de productividad sostenidos por organismos con esqueletos de carbonato de calcio. En este estudio se ha podido comprobar también que, a diferencia de lo que acontece en el Atlántico sur, el polvo eólico no ha jugado un papel importante en la estimulación de la productividad marina. En este capítulo también se demuestra que la intensidad del flujo de la CCA ha ocasionado redistribución lateral de los sedimentos, dando lugar a la sub(sobre)-estimación de las tasas de acumulación obtenidas de manera tradicional (aquellas derivadas de la multiplicación de las tasas de sedimentación por la densidad). Estos resultados se encuentran en un manuscrito acceptado en la revista Climate of the Past: Toyos, M. H., Winckler, G., Arz, H.W., Lembke‐Jene, L., Lange, C.B., Kuhn, G., Lamy, F. (2021). Variations in export production, lithogenic sediment transport and iron fertilization in the Pacific sector of the Drake Passage over the past 400 ka. Clim. Past Discuss. (preprint), https://doi.org/10.5194/cp-2021-85, accepted. Por último en el capítulo 3 de esta tesis, con el objetivo de estimar los cambios en la productividad marina más allá de los últimos 400.000 años, y basándose en los resultados del capítulo 2, hemos corregido el efecto de la sub(sobre)-estimación de las tasas de acumulación en los indicadores de productividad y hierro para el último 1.3 millón de años. Estos resultados servirán de base para un manuscrito que actualmente se encuentra en preparación. En suma, los resultados obtenidos en esta tesis se han integrado con estudios previos realizados en el SO, contribuyendo así con nuevo conocimiento a un mejor entendimiento de la evolución de este océano y la CCA a lo largo del Cuaternario