La Paleoceanografía como Herramienta para el Reconocimiento del Cambio Climático en el Pasado.

Dra. Ma. Luisa Machain Castillo, M. en C. Alejandro Rodríguez, M. en C. Xinatecatl A.

Nava Fernández, M. en C. Laura Almaraz Ruiz, Dra. Ángela García Gallardo.

Desarrollo• Escalas del Cambio Climático.• Necesidad de reconstrucción de escalas a tiempos

mayores que el que abarca el registro instrumental.• Archivos climáticos.• Uso de proxies o indicadores• Calibración de proxies con el registro instrumental• Caso de estudio repercuciones del ENSO en el Golfo de

Tehuantepec (2006 -2012)• Caso de estudio Diatomeas en sedimentos marinos y la

Dinámica oceánica del Golfo de Tehuantepec. (Últimos 50 años)

• El Niño en el Pacífico Mexicano. (Últimos 200 años).

Escalas del Cambio Climático

• Cambio climático a diferentes escalas sobrepuestas entre sí.

• Necesidad de reconstrucción de escalas a tiempos mayores que el que abarca el registro instrumental.

Archivos de Cambio Climático

• Anillos de árboles

• Corales

• Cuevas

Archivos de Cambio Climático• Núcleos de hielo • Sedimentos lacustres y

marinos

INFORMACIÓN EN EL HIELO

PARÁMETROS

• Paleotemperaturas

• - Verano

• - Anual? Días con nieve?

• Humedad

• Paleo-acumulación (neta)

• Actividad volcánica

• Turbidez troposférica

• Velocidad del viento

• Composición atmosférica. A largo plazo y antropogénica

• Circulación atmosférica

• Actividad Solar

ANÁLISIS

• Derretimiento de capas

• D, 18O

• Exceso de deurerio (d)

• Señales estacionales, 10Be

• Conductividad, nss, SO4

• ECM, contenido de micropartículas, elementos traza

• Tamaño de partículas, concentración

• CO2, CH4, N2O, glacioquímica

• Glacioquímica (iones mayores)

• 10Be

INDICADORES MAS UTILIZADOS

SEDIMENTOS INORGÁNICOS

• Tamaño• Forma• Clasificación• Composición• Origen• Estructuras• Propiedades magnéticas

• Fuente de origen, mecanismos de transporte, energía del ambiente, procesos biológicos, productividad orgánica, clima, etc.

BIOGÉNICOS

• Nanoplancton calcáreo –Bioestratigrafía y masas de agua

• Diatomeas – Productividad, zonas de surgencia, masas de agua.

• Foraminíferos planctónicos - masas de agua, temperatura, salinidad.

• Foraminíferos bentónicos - condiciones de fondo, nutrientes, oxígeno disuelto, sedimentos, etc.

• Radiolarios – masas de agua en ambientes siliceos.

• Ostrácodos – Salinidad, masas de agua.

• Restos orgánicos. Ecología y geoquímica.

Proxies o Indicadores Biológicos

Especies de foraminíferos bentónicos características de pantanos

Especies dominantes en zonas costeras

DIATOMEASMarinas Costeras Dulceacuícolas

INDICADORES GEOQUÍMICOSMAS UTILIZADOS

ISÓTOPOS

• δ18O Temperatura, salinidad

• δ13C Productividad, masas de agua

• δ15N Desnitrificación

• δ11B pH

METALES TRAZA

HERRAMIENTAS MICROPALEONTOLÓGICAS EN ESTUDIOS AMBIENTALES Y PALEOAMBIENTALES

ICML

• Foraminíferos

• Ostrácodos

• Diatomeas

• Sedimentología y Geoquímica

• Ejemplos:

• - Reconstrucción de la capa superficial del océano. Surgencias

• - ENSO , Paleo ENSO y cambio climático en los mares mexicanos.

• - Paleoecología y delimitación de facies sedimentarias

• - Cambios en el nivel del mar, geomorfología costera y ambientes de depósito

• - Influencia antrópica en el uso de suelo

CALIBRACIÓN DE PROXIES

• Sedimentos superficiales, parámetros físico-químicos de la columna de agua, geoquímica de los sedimentos y fotografías satelitales.

• Muestreo de organismos vivos:

Trampas de Sedimento

- Tehuantepec 2006-2012

- Mazatlán 2015-2017

VARIABILIDAD CLIMÁTICA INTER E INTRA-ANUAL Trampas de Sedimento

Velocidad del vientoZCITTSMCl – aÍndice Oceánico El Niño

ENOS

El Niño.

- Calentamiento

- Hundimiento de termoclina.

- Disminución de productividad.

- Disminución de Cl – a

La Niña.

-Enfriamiento

- Levantamiento de termoclina.

- Aumento de productividad.

- Aumento de Cl – a

Variación interanual Golfo de Tehuantepec

El Niño

La Niña.

FORAMINÍFEROS PLANCTÓNICOS EN TRAMPAS EN EL GOLFO DE TEHUANTEPEC (2006 -2012)Condiciones «NORMALES»

SURGENCIAS EN PERÍODOS «NORMALES» (INVIERNO – PRIMAVERA). Años 2006, 2008-9.

NO SURGENCIAS EN PERÍODOS «NORMALES»

Años 2006, 2007, 2008.

(Nava – Fernández, 2009)

AÑOS NIÑO (2006-7 y 2009-10)

CONDICIONES DE INVIERNO CONDICIONES DE VERANO

2009-2010 (ION es mayor), la asociación de surgencias se establece hasta finales de noviembre del 2009 y su dominancia se alterna con las asociaciones de verano

Esta asociación se prolongó hasta noviembre en que comienzan los vientos y aumenta la Cl-a.

(Nava – Fernández, 2009)

AÑOS LA NIÑA INVIERNO 2010-11 Y 2011-12

• El invierno-primavera de 2010 presentó condiciones El Niño con bajas concentraciones de Cl-a por lo que en el verano, sin la acción del viento, la concentración de Cl-aes muy baja, y la abundancia de foraminíferos planctónicos fue mínima.

• En el 2011 durante el invierno se presentaron condiciones de La Niña, las cuales disminuyen por espacio de 3 meses y se vuelven a intensificar durante el resto del año.

• Condiciones de invierno intensificadas.

VERANO

• Fuertes vientos, bajas TSM y alta concentración de Cl-a.

• Asociación G. bulloides

TSM °C nov. 01 Cl – a mg/m3 nov. 01

(Nava – Fernández, 2009)

CONCLUSIONES FORAMINÍFEROS PLANCTÓNICOS

• En años «Normales» las asociaciones de foraminíferos planctónicos en el Golfo de Tehuantepec están relacionados con la dinámica oceánica de surgencias en invierno-primavera y su ausencia en verano-otoño.

• Durante los años Niño no se presentan las asociaciones comunes de surgencia durante el invierno-primavera aunque se presentan fuertes vientos del N, debido probablemente al hundimiento de la termoclina y la escasa fertilización de las aguas superficiales.

• Durante los años Niña las asociaciones de invierno-primavera son claramente dominantes; mientras que durante los veranos tenemos dos escenarios: Uno en que la abundancia de foraminíferos es muy baja, aunada a la baja concentración de Cl-a. y otro en que se establece la asociación G. glutinata-G. ruber.

• Lo anterior sugiere que no sólo la presencia del ENOS, sino también la época del año en la que ocurre y su intensidad, son importantes para generar cambios en la biota y que para hacer modelos predictivos es necesario conocer en detalle las condiciones de frontera que disparan dichos cambios, requiriéndose series de largo tiempo de monitoreo.

• ENOS: escala temporal de 3-7 años, impacto en

el Pacifico Trópico Oriental.

• ODP: escala temporal de 2 a 3 décadas, impacto

en el Pacifico Norte Central y Oriental.

*Se presentan en dos fases: cálida y fría, las cuales

pueden modificar el ciclo estacional de la región

(surgencias, profundidad de la termoclina).

Las señales de escala menor a 100 años que impactan el PTO son

principalmente el ENOS, y la ODP (Mantua et al., 1997; Wang y Enfield,

2006)…

ENOS ODP

ENOS ODP

Tomado de Deser et al (2016)

Fases positivas-cálidas

Variabilidad climática en los últimos 100 años

Además de:

Tendencia de Calentamiento

Global en el ultimo siglo.

Cambio de régimen en 1976-77

Cambio “abrupto” en la circulación

oceánica y atmosférica del PN (Miller

et al., 1994; Graham et al., 1994; Trenberth

y Hurrell, 1994)

~0.11°C por década

Tendencia de calentamiento del océano

superficial (IPCC, 2014).

Material y Métodos

• Núcleo Tehua XII-E03

• Feb. 2014 en B/O “El Puma”15° 38ʹ 39.432ʺ N

95° 18ʹ 25.689ʺ O

743 m.

Losa E03-4C Profundidad (cm)1

23456 789

101112

13

a

14

15161718192021222

3242

5 26

2728293031

32333

4353637 3

8394

041424344 4

546474849

505152535455 5

65758

5960

61 6

263646566 6

7686970717273 7

475767

77879808182838485868788

89

90

91

92

93

13

b

23

30

20

15

8

35

49

58

66

73

84

93

Las primeras 37 láminas abarcan ~90

±3años (1925 a 2013 A.D.).

Dra. Ruiz-Fernández.Lab. de Geoquímica y Radiocronología

U.A. Mazatlán, ICML

“Diatomeas"

ResultadosAbundancias totales

De 83 a 244x106valvas/g (promedio 181x106valvas/g)

Dos tendencias generales:

1) de ~1925 a 1966 A.D. mayor abundancia.

2) de ~1966 a 2013 A.D. menor abundancia.

Almaraz-Ruiz, 2017

Asociaciones de diatomeas

Se reconocieron 81 taxones.

Entre 4 y 7 especies

representan del 50-67% de

cada lámina.

T. nitzschioides y esporas de

Chaetoceros spp. dominaron del

22.0-46.0%.

Las especies más abundantes

se agruparon en tres

asociaciones por su afinidad

ecológica.

No d

e lá

min

a y

ed

ad

(añ

os

A. D

.)

Almaraz-Ruiz, 2017

Asociaciones de diatomeas

Reflejan una tendencia de calentamiento

que concuerda con la tendencia global de la T°.

1989-2013 A.D.1948-1989 A.D1925-1948 A.D.

%%

%

a)

b)

Similar a lo encontrado por Esparza-Álvarez et al. (2007) en cuenca San Lázaro, BC

An

om

alí

as

de

la a

bu

nd

an

cia

1900 1920 1940 1960 1980 2000

Asociaciones de diatomeas

Roemmich y McGowan (1995) Weinheimer et al. (1999)

Field et al. (2006) Lange et al. (1990)

de Bernardi et al. (2008) Barron et al. (2013)

En otros estudios se han encontrado la misma señal en el Pacifico Nororiental

Calentamiento a principios de 1940s, más evidente después de 1970s.

“profundización de la termoclina”

Circulación Meridional de Retorno- MOC-

MOC: cinturón convectivo que transporta las anomalías de las masas de agua subtropical a los trópicos a través de la picnoclina.

Tomado de McPhaden y Zhang (2002)

Tomado de Langenberg (2002)

McPhaden y Zhang (2002) con mediciones hidrográficas

desde 1950 encontraron que la MOC se ha ralentizado

desde 1976 por la disminución de los Alisios

ecuatoriales del Este, que causó:

a) Incremento de 0.8°C en la T° del Agua Tropical Superficial

b) ↓de las surgencias hasta del 25% en la región ecuatorial

b) Incremento en la frecuencia e intensidad de El Niño.

La tendencia de calentamiento observada en

las diatomeas y disminución de las surgencias

se atribuye a la ralentización de la MOC.

Conclusiones

Diatomeas

• Las abundancias y las asociaciones indican que la PP y las surgencias fueronmás intensas de ~1925 a 1948 A.D. respecto al periodo de ~1948 a 2013A.D.

• Las asociaciones evidencian una tendencia de calentamiento en la columnade agua superficial que se refleja en la sucesión de especies de condicionesfrías (de ~1925 a 1948 A.D.) hacia la predominancia de taxones templados(transición, ~1948-1989), y posterior a ~1989 A.D. la predominancia de laasociación cálida.

• Esta tendencia ha sido observada en diatomeas en la cuenca de SB y SL, y enotros organismos del plancton.

• La señal del calentamiento se sobrepone a la señal del ENOS y de la ODP.

RECONOCIMIENTO DE “EL NIÑO” Y OTROS

FENÓMENOS CLIMÁTICO-OCEANOGRÁFICOS

EN EL PASADO

Foraminíferos bentónicos

De 1920 a la cima se

acentúan las

corrientes cálidas

De 1860 a 1920 se

presentan

condiciones

transicionales

De 1820 a 1860 se

presenta un período

estable de

Corrientes frias CC