Paleoceanografía

La paleoceanografía es el estudio de la historia de los océanos en el pasado geológico en relación con la biología , la química , la circulación, la geología y los patrones de productividad biológica y sedimentación . Los estudios paleoceanográficos que utilizan modelos ambientales y diferentes indicadores indirectos permiten a la comunidad científica evaluar el papel de los procesos oceánicos en el clima global mediante la reconstrucción del clima pasado en diversos intervalos. La investigación paleoceanográfica también está íntimamente ligada a la paleoclimatología .

La paleoceanografía utiliza los llamados métodos indirectos para inferir información sobre el estado pasado y la evolución de los océanos del mundo. Varias herramientas geoquímicas indirectas incluyen moléculas orgánicas de cadena larga (por ejemplo, alquenonas ), isótopos estables y radiactivos , y metales traza. ^{[ 1 ]} Además, los núcleos de sedimentos ricos en fósiles y conchas (caparazones) también pueden ser útiles; el campo de la paleoceanografía está estrechamente relacionado con la sedimentología y la paleontología .

Los registros de temperatura superficial del mar (TSM) se pueden extraer de núcleos de sedimentos de aguas profundas utilizando proporciones de isótopos de oxígeno y la proporción de magnesio a calcio (Mg/Ca) en las secreciones de las conchas del plancton, de moléculas orgánicas de cadena larga como las alquenonas, de corales tropicales cerca de la superficie del mar y de conchas de moluscos. ^{[ 2 ]}

Las proporciones de isótopos de oxígeno (δ¹⁸O ⁾ son útiles para reconstruir la temperatura superficial del mar (TSM) debido a la influencia que la temperatura tiene sobre la proporción isotópica. El plancton absorbe oxígeno al construir sus conchas y estará menos enriquecido en su δ¹⁸O ^cuando se forme en aguas más cálidas, siempre que esté en equilibrio termodinámico con el agua de mar. ^{[ 3 ]} Cuando estas conchas precipitan, se hunden y forman sedimentos en el fondo oceánico cuyo δ¹⁸O ^puede usarse para inferir TSM pasadas. ^{[ 4 ]} Sin embargo, las proporciones de isótopos de oxígeno no son indicadores perfectos. El volumen de hielo atrapado en los mantos de hielo continentales puede tener un impacto en el δ¹⁸O ^. El agua dulce caracterizada por valores más bajos de δ¹⁸O ^queda atrapada en los mantos de hielo continentales, de modo que durante los períodos glaciales el δ¹⁸O del agua de mar ^es elevado y las conchas de calcita formadas durante estos períodos tendrán un valor de δ¹⁸O ^mayor . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

La sustitución de calcio por magnesio en las conchas _de CaCO₃ puede utilizarse como indicador de la temperatura superficial del mar (TSM) en la que se formaron. Las proporciones de Mg/Ca tienen otros factores influyentes además de la temperatura, como efectos vitales, limpieza de la concha y efectos de disolución post mortem y postdeposicional, entre otros. ^{[ 2 ]} Dejando de lado otras influencias, las proporciones de Mg/Ca han cuantificado con éxito el enfriamiento tropical que se produjo durante el último período glacial. ^{[ 7 ]}

Las alquenonas son moléculas orgánicas complejas de cadena larga producidas por algas fotosintéticas. Son sensibles a la temperatura y pueden extraerse de sedimentos marinos. El uso de alquenonas representa una relación más directa entre la temperatura superficial del mar (TSM) y las algas, y no depende del conocimiento de las relaciones termodinámicas bióticas y físico-químicas necesarias en los estudios _de CaCO₃ . ^{[ 8 ]} Otra ventaja del uso de alquenonas es que son producto de la fotosíntesis, lo que requiere su formación bajo la luz solar de las capas superficiales superiores. Por lo tanto, registran mejor la TSM cercana a la superficie. ^{[ 2 ]}

El indicador más utilizado para inferir la historia de la temperatura de las profundidades marinas son las relaciones Mg/Ca en foraminíferos bentónicos y ostrácodos . Las temperaturas inferidas a partir de las relaciones Mg/Ca han confirmado un enfriamiento de hasta 3 °C del océano profundo durante los períodos glaciales del Pleistoceno tardío. ^{[ 2 ]} Un estudio notable es el de Lear et al. [2002], quienes trabajaron para calibrar la temperatura del agua del fondo con las relaciones Mg/Ca en 9 ubicaciones que abarcan una variedad de profundidades a partir de hasta seis foraminíferos bentónicos diferentes (dependiendo de la ubicación). ^{[ 9 ]} Los autores encontraron una ecuación que calibra la temperatura del agua del fondo con las relaciones Mg/Ca y que adopta una forma exponencial:

${\displaystyle \mathrm {Mg/Ca} =0,867\pm 0,049*\exp(0,109\pm 0,007*\mathrm {BWT} ):}$

donde Mg/Ca es la relación Mg/Ca que se encuentra en los foraminíferos bentónicos y BWT es la temperatura del agua del fondo. ^{[ 10 ]}

Los registros de sedimentos se han utilizado para hacer inferencias sobre el pasado y predicciones sobre el futuro, y se han utilizado en la investigación paleoceanográfica desde la década de 1930. ^{[ 11 ]} La investigación moderna de reconstrucción de escalas de tiempo ha avanzado utilizando métodos de escaneo de núcleos de sedimentos. Estos métodos han permitido investigaciones similares a las realizadas con registros de núcleos de hielo en la Antártida. ^{[ 12 ]} Estos registros pueden informar sobre la abundancia relativa de organismos presentes en un momento dado utilizando métodos de paleoproductividad como la medición de la abundancia total de diatomeas. ^{[ 13 ]} Los registros también pueden informar sobre patrones climáticos históricos y circulación oceánica como lo describieron Deschamps et al. con su investigación sobre registros de sedimentos de los márgenes de Chukchi-Alaska y Beaufort canadiense. ^{[ 14 ]}

La salinidad es una magnitud más difícil de inferir a partir de registros paleoclimáticos. El exceso de deuterio en los registros de núcleos puede proporcionar una mejor inferencia de la salinidad de la superficie del mar que los isótopos de oxígeno, y ciertas especies, como las diatomeas, pueden proporcionar un registro de salinidad semicuantitativo debido a las abundancias relativas de diatomeas que están limitadas a ciertos regímenes de salinidad. ^{[ 15 ]} Ha habido cambios en el ciclo global del agua y el equilibrio de salinidad de los océanos, con el Atlántico Norte volviéndose más salino y los océanos subtropicales Índico y Pacífico volviéndose menos salinos. ^{[ 16 ] [ 17 ]} Con los cambios en el ciclo del agua, también ha habido variaciones en la distribución vertical de la sal y las haloclinas. ^{[ 18 ]} Grandes incursiones de agua dulce y cambios en la salinidad también pueden contribuir a una reducción en la extensión del hielo marino. ^{[ 19 ]}

Se han utilizado varios métodos indirectos para inferir la circulación oceánica pasada y sus cambios. Estos incluyen las proporciones de isótopos de carbono , las proporciones de cadmio / calcio (Cd/Ca), los isótopos de protactinio / torio ( ^231Pa y ^230Th ), la actividad del radiocarbono (δ14C ⁾ , los isótopos de neodimio ( ^143Nd y ^144Nd ) y el limo clasificable (fracción de sedimento de aguas profundas entre 10 y 63 μm). ^{[ 2 ]} Los indicadores indirectos de isótopos de carbono y de la proporción de cadmio/calcio se utilizan porque la variabilidad en sus proporciones se debe en parte a cambios en la química del agua del fondo, que a su vez está relacionada con la fuente de formación de aguas profundas. ^{[ 20 ] [ 21 ]} Sin embargo, estas proporciones están influenciadas por procesos biológicos, ecológicos y geoquímicos que complican las inferencias de circulación.

Todos los proxies incluidos son útiles para inferir el comportamiento de la circulación de vuelco meridional . ^{[ 2 ]} Por ejemplo, McManus et al. [2004] utilizaron isótopos de protactinio / torio ( ²³¹ Pa y ²³⁰ Th) para mostrar que la circulación de vuelco meridional del Atlántico había sido casi (o completamente) interrumpida durante el último período glacial. ^{[ 22 ] Tanto el 231} Pa como el ²³⁰ Th se forman a partir de la desintegración radiactiva del uranio disuelto en el agua de mar, con ^{el 231} Pa capaz de permanecer sostenido en la columna de agua más tiempo que ^{el 230} Th: ^{el 231} Pa tiene un tiempo de residencia de ~100–200 años mientras que ^{el 230} Th tiene uno de ~20–40 años. ^{[ 22 ]} En el océano Atlántico actual y la circulación de vuelco actual, el transporte ^{de 230} Th al océano Austral es mínimo debido a su corto tiempo de residencia, y el transporte de ²³¹ Pa es alto. Esto da como resultado relaciones ²³¹ Pa / ²³⁰ Th relativamente bajas encontradas por McManus et al. [2004] en un núcleo en 33N 57W, y una profundidad de 4,5 km. Cuando la circulación de vuelco se detiene (como se hipotetizó) durante los períodos glaciales, la relación ²³¹ Pa / ²³⁰ Th se eleva debido a la falta de remoción de ²³¹ Pa hacia el Océano Austral. McManus et al. [2004] también observan un pequeño aumento en la relación ²³¹ Pa / ²³⁰ Th durante el evento del Dryas Reciente , otro período en la historia climática que se cree que experimentó un debilitamiento de la circulación de vuelco. ^{[ 22 ]}

Las proporciones de isótopos de boro (δ¹¹B ⁾ pueden utilizarse para inferir cambios en la acidez, el pH y la alcalinidad del océano, tanto recientes como a escala milenaria, que están principalmente determinados por las concentraciones de _CO₂ atmosférico y la concentración de iones bicarbonato en el océano. Se ha identificado que el δ¹¹B ^en corales del Pacífico sudoccidental varía con el pH del océano, y muestra que las variabilidades climáticas, como la oscilación decadal del Pacífico (PDO), pueden modular el impacto de la acidificación oceánica debido al aumento de las concentraciones de CO₂ atmosférico _. [ ^{23 ] Otra} aplicación del δ¹¹B ^en conchas de plancton puede utilizarse como un indicador indirecto de las concentraciones de CO₂ atmosférico _durante los últimos millones de años. ^{[ 24 ]}

• Oceanografía  – Estudio científico del océano
• Paleoclimatología  – Estudio de los cambios en el clima antiguo
• Paleogeografía  : estudio de la geografía física de los paisajes del pasado.Páginas que muestran breves descripciones de destinos de redireccionamiento
• Paleotermómetro : estudio de las temperaturas antiguas.

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