Relación entre procesos pedogenéticos y factores formadores de suelo durante el greenhouse Cenomaniano desde un abordaje macro-, micro-, y nanomorfológico

Abstract

El objetivo general de la presente tesis doctoral consiste en entender cuál fue la relación entre los procesos pedogenéticos y los factores formadores de suelo (material parental, clima, topografía, organismos y tiempo) durante el estadio de greenhouse del Cenomaniano en función de los cambios latitudinales en el sur de Sudamérica. Para ello se estudiaron los paleosuelos presentes en los depósitos continentales de edad cenomaniana, aflorantes en distintas cuencas de Patagonia, ubicadas en paleolatitudes medias y medias–altas. Los modelos globales de precipitaciones medias anuales y reconstrucciones paleoclimáticas del Cretácico medio están basados en asociaciones paleoflorísticas y en datos de paleosuelos del Hemisferio Norte. En tanto que en el Hemisferio Sur, estas reconstrucciones están basadas en evidencia de megaflora y en datos palinológicos. Existen hasta el momento pocos trabajos que aborden esta temática a partir del uso de los paleosuelos como proxy paleoclimático. Por lo que, los objetivos específicos de la tesis, fueron: (1) caracterizar y ponderar los procesos pedogenéticos; (2) inferir las condiciones paleoclimáticas; (3) definir el grado de influencia en que los factores formadores de suelo controlaron el grado de desarrollo de los paleosuelos; (4) Vincular las reconstrucciones paleoclimáticas y los procesos pedogenéticos interpretados con los datos bibliográficos del Hemisferio Norte a fin de generar una reconstrucción de carácter global; y (5) Generar un modelo global de desarrollo del sistema suelo para el Cenomaniano bajo condiciones de greenhouse, a fin de obtener un escenario análogo ante el actual incremento del calentamiento global. El presente trabajo comprendió tres etapas: tareas de gabinete (recopilación bibliográfica y definición de zonas de estudio); tareas de campo (relevamiento de perfiles sedimentológicos y paleopedológicos) y de laboratorio (micromorfología, difracción de rayos X, microscopía electrónica de barrido y geoquímica); y el procesamiento y análisis intelectual de la información obtenida. En el norte de Patagonia, para paleolatitudes medias (43° 30’ paleolatitud Sur), se relevaron los paleosuelos correspondientes a las formaciones Candeleros (FC) y Huincul (FH) en el sur de la Cuenca Neuquina. Ambas unidades se desarrollaron bajo un ambiente mixto fluvio-eólico y fluvial respectivamente, con paleosuelos asociados. La sección inferior de la FC se caracteriza por depósitos eólicos con Entisoles cálcicos, Vertisoles e Inceptisoles vérticos e hidromórficos; la sección media de la FC se caracteriza por depósitos mixtos fluvio-eólicos con Inceptisoles vérticos; y la sección superior de la FC se caracteriza por depósitos fluviales con Vertisoles cálcicos. La FH presenta depósitos fluviales Inceptisoles típicos. Los procesos pedogenéticos dominantes fueron la vertisolización y la carbonatación junto con el hidromorfismo y la bioturbación para la FC, mientras que para la FH fueron el hidromorfismo, la argiluviación, la bioturbación y la vertisolización. Las condiciones paleoclimáticas variaron de templadas semiáridas a templadas subhúmedas, con estacionalidad en las precipitaciones para la FC; mientras que durante la depositación de la FH fueron templadas subhúmedas con una estacionalidad en las precipitaciones. En paleolatitudes medias (~48° paleoatitud Sur), se relevaron los paleosuelos correspondientes a los miembros Puesto La Paloma (MPLP), Cerro Castaño (MCC) y Las Plumas (MLP) de la Formación Cerro Barcino en el centro de la Cuenca de Cañadón Asfalto. Estas unidades se desarrollaron en ambientes aluviales, fluviales y aluviales, respectivamente, con importante aporte volcaniclástico. El MPLP, se interpreta como un sistema aluvial no confinado distal con recurrente aporte volcaniclástico donde se desarrollaron Inceptisoles, Vertisoles cálcicos e Inceptisoles cálcicos. El MCC, se interpreta como un sistema fluvial canalizado afectado por caída de ceniza volcánica con Inceptisoles cálcicos. El MLP, se interpreta como un sistema de abanico aluvial en un sector medio a proximal con Entisoles. Los procesos pedogenéticos fueronla iluviación de ceolitas, la carbonatación, el hidromorfismo, la vertisolización, la iluviación de sílice y la bioturbación para el MPLP; la carbonatación, el hidromorfismo y la bioturbación para el MCC; y la iluviación de sílice, el hidromorfismo, la vertisolización y la bioturbación para el MLP. Las condiciones paleoclimáticas durante la depositación de los MPLP, MCC y MLP fueron templadas subhúmedas con una estacionalidad en la distribución de las precipitaciones. En paleolatitudes medias (~51° paleolatitud Sur), se relevaron los paleosuelos de las formaciones Bajo Barreal (FBB) y Laguna Palacios (FLP) en el Flanco Sur de la Cuenca del Golfo San Jorge. La FBB fue dividida en sentido estratigráfico en una Sección A y una Sección B (sensu Paredes et al., 2018). La Sección A se caracteriza por depósitos aluviales asociados a ríos multiepisódicos (Paredes et al., 2018) con desarrollo de Alfisoles vérticos y Vertisoles, y la Sección B se caracteriza por depósitos aluviales asociados a canales en manto (Paredes et al., 2018) donde tuvo lugar el desarrollo de Ultisoles e Inceptisoles hidromórficos. La FLP se asocia a un ambiente de abanicos aluviales construidos por pulsos de depositación asociados a erupciones volcánicas separados por intervalos temporales de no depositación, en donde tuvo lugar el desarrollo de Entisoles o Alfisoles. Los procesos pedogenéticos dominantes fueron la iluviación de arcillas, la vertisolización, el hidromorfismo, la lixiviación y la bioturbación para la FBB, mientras que para la FLP los procesos fueron la iluviación de sílice y la carbonatación junto con la bioturbación. Las condiciones paleoclimáticas durante la depositación de la FBB variaron desde templadas subhúmedas a húmedas con estacionalidad en la distribución de las precipitaciones en la Sección A, hacia condiciones templadas húmedas a perhúmedas para la Sección B, mientras que para la FLP fueron templadas subhúmedas con estacionalidad en las precipitaciones. En el sur de Patagonia, en paleolatitudes medias–altas (~54° paleolatitud Sur), se analizaron los paleosuelos de la Formación Puesto El Moro (FPM) aflorantes en el centro-oeste de la Cuenca Austral-Magallanes. La unidad se dividió informalmente por Varela et al. (2019) en tres secciones: la sección inferior corresponde a un ambiente estuárico y litoral con Histosoles hidromórficos, la sección media corresponde a un ambiente fluvial con desarrollo de Alfisoles , y la sección superior corresponde a un ambiente fluvial distributivo con desarrollo de Vertisoles hidromórficos. Los procesos pedogenéticos dominantes fueron el hidromorfismo, la bioturbación, la vertisolización, la argiluviación y la carbonatación. Las condiciones paleoclimáticas durante la depositación de la FPM fueron templadas húmedas con estacionalidad en las precipitaciones. Los datos obtenidos en la presente tesis doctoral, a partir del uso de paleosuelos como proxies paleoclimáticos, permitieron realizar una reconstrucción paleoclimática para distintas paleolatitudes en el Hemisferio Sur. La comparación realizada entre los paleosuelos del Hemisferio Norte y los resultados obtenidos para el Hemisferio Sur, permiten observar una correlación entre los tipos de paleosuelos, los procesos pedogenéticos y las reconstrucciones paleoclimáticas. Se puede inferir una coincidencia entre las estimaciones paleoclimáticas preestablecidas y las obtenidas en la presente tesis, donde hay un claro aumento en las precipitaciones desde paleolatitudes medias a medias–altas. Ante el actual incremento del calentamiento global es posible pensar en un incremento en las precipitaciones hacia latitudes medias–altas a altas y un desplazamiento de la aridez hacia los trópicos. Por lo que sería posible pensar en futuros mapas climáticos globales con una distribución de cinturones climáticos y de suelos similar a los que imperaron durante el greenhouse del Cretácico medio.

The main goal of this Doctoral Thesis was to understand the relationship between pedogenic processes and soil-forming factors (parent material, climate, topographic relief, organisms, and time) during the Cenomanian greenhouse period as a function of latitudinal changes in southern South America. For this, the paleosols found in the continental deposits of Cenomanian age in different Patagonia basins, located in middle and middle-high paleolatitudes, were studied. Global models on mean annual precipitation and paleoclimate reconstructions for the middle Cretaceous were based on paleofloristic associations and paleosols data from the Northern Hemisphere. Meanwhile in the Southern Hemisphere, these reconstructions were based both on fossil flora and palynological data. There are few studies on paleosols as paleoclimate proxy. Therefore, the specific objetives of the present thesis were: (1) characterize and consider the pedogenic processes; (2) infer the paleoclimate conditions; (3) defined the role in which the soil-forming factors controlled the pedogenic processes and their degree of soil development; (4) link the paleoclimate reconstructions with the bibliographic data from the Northern Hemisphere in order to obtain an analog to model of the modern global warming. This work comprised three stages: office tasks (lecture, bibliographic compilation, and definition of study area); fieldwork (sedimentological and paleopedological profiles) and lab work (micromorphology, X-ray diffraction, scanning electron microscopy, and geochemical analyses); and the processing and intellectual analysis of the information obtained. In Northern Patagonia, for middle paleolatitudes (43° 30’ South paleolatitude), the paleosols of Candeleros (CF) and Huincul (HF) formations in the south of the Neuquén Basin were studied. These formations preserve mixed fluvial-eolian and fluvial systems, respectively, with ssociated pedogenesis. The lower CF is characterized eolian deposits with calcic Entisols, Vertisols and vertic and hydromorphic Inceptisols. The middle part of the CF is defined as mixed fluvial-eolian deposits with vertic Inceptisols and, the upper part of the CF is interpreted as fluvial deposits with calcic Vertisols in the FA3. The HF is characterized by fluvial deposits with typic Inceptisols. The main pedogenic processes were vertization and calcification along with hydromorphism and bioturbation for FC, while for HF was hydromorphism, clay illuviation, bioturbation, and vertization. The paleoclimate reconstruction varied from temperate semiarid to temperate subhumid, with rainfall seasonality for the CF; while during the deposition of the HF the climate were temperate subhumid with rainfall seasonality. For middle paleolatitudes (~48° South paleolatitude), paleosols of Puesto La Paloma (PLPM), Cerro Castaño (CCM), and Las Plumas (LPM) members of the Cerro Barcino Formation in the Cañadón Asfalto Basin were studied. These units preserve alluvial, fluvial, and alluvial systems, respectively, with associated pedogenesis. The PLPM is interpreted as a distal unconfined alluvial system with recurrent volcaniclastic influx, with development of Inceptisols, calcic Vertisols, and calcic Inceptisols. The CCM is interpreted as a channeled fluvial system with calcic Inceptisols. The LPM is interpreted as an alluvial fan system with Entisols. The main pedogenic processes were zeolite illuviation, calcification, hydromorphism, vertization, silica illuviation, and bioturbation for the PLPM; calcification, hydromorphism, and bioturbation for the CCM; and silica illuviation, hydromorphism, vertization, and bioturbation for the LPM. The paleoclimate reconstruction indicated that during the deposition of the PLPM, CCM, and LPM the climate were temperate subhumid with rainfall seasonality. For middle paleolatitudes (~51° South paleolatitude), paleosols of the Bajo Barreal (BBF) and Laguna Palacios (LPF) and in the South Flank of the Golfo San Jorge Basin were studied. The BBF was divided in a stratigraphic sence into Section A and Section B (sensu Paredes et al., 2018). The Section A is characterized by alluvial deposits associated with multiepisode rivers (Paredes et al., 2018) with vertic Alfisols and Vertisols andSection B is characterized by alluvial deposits associated with sheet deposits (Paredes et al., 2018) with Ultisols and hydromorphic Inceptisols.The LPF is associated with an alluvial fan environment build up by depositional fluxed associated with volcanic eruptions interrupted by intervals of non deposition, where the development of Entisols or Alfisols took place. The main pedogenic processes were clay illuviation, vertization, hydromorphism, leaching, and bioturbation for the BBF, and silica illuviation and calcification together with bioturbation for the LPF. The paleoclimate reconstruction indicated that during the deposition of the BBF the climate varied from temperate subhumid to humid with rainfall seasonality in Section A, towards temperate humid to perhumid in Section B, while in the LPF the climate was temperate subhumid with rainfall seasonality. In Southern Patagonia, for middle–high paleolatitudes (~54° South paleolatitude), paleosols of the Puesto El Moro Formation (PMF) in the central-west Austral-Magallanes Basin were studied. The unit was subdivided into three informal sections by Varela et al., 2019. The lower section represents a estuary bay succession with hydromorphic Histosols, the middle section is characterized by a fluvial system with Alfisols, and the upper section corresponds to a distributive fluvial system with hydromorphic Vertisols. The main pedogenic processes were hydromorphism, bioturbation, vertization, clay illuviation, and bioturbation. The paleoclimate reconstruction indicated that during the deposition of the PMF the climate were temperate humid with marked rainfall seasonality. The data obtained in this Doctoral Thesis, from the use of paleosols as paleoclimate proxies, allowed us to make a paleoclimate reconstruction for the Southern Hemisphere at different latitudes. The comparison made between the paleosols of the Northern Hemisphere and the results obtained, for the Southern Hemisphere, allow us to observe a correlation between the type of paleosol, the pedogenic processes, and the paleoclimate reconstructions. A coincidence can be inferred between the pre-established paleoclimate estimates and those obtained in this thesis, in which a clear increase in rainfall is observed from middle to middle– high paleolatitudes. Thinking in the actual global warming, it is possible to trace a parallelism in the increase of the precipitation rates thought middle–upper and upper latitudes and higher aridity in the tropics. It is possible to imagine future global climate and soils maps with a distribution of climate belts similar to the ones shown in this thesis for the Cenomanian greenhouse.