3.2 REGISTROS DE ALTA RESOLUCIÓN DE CAMBIOS CLIMÁTICOS Y DIAGÉNESIS EN SEDIMENTOS DE RÁPIDA DEPOSITACIÓN DE LOS FIORDOS CHILENOS

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1 3.2 REGISTROS DE ALTA RESOLUCIÓN DE CAMBIOS CLIMÁTICOS Y DIAGÉNESIS EN SEDIMENTOS DE RÁPIDA DEPOSITACIÓN DE LOS FIORDOS CHILENOS 1 Silvio Pantoja, 2 Konrad Hughen, 1 Fidelina González, 1 Julio Sepúlveda, 1 Carina Lange, 1 Pamela Rossel, 1 Gisella Lorca, 1 Práxedes Muñoz, 1 Marco Salamanca y 1 Alejandro Ávila 1 Universidad de Concepción, Concepción, Chile 2 Woods Hole Oceanographic Institution, Woods Hole, USA INTRODUCCIÓN La región de Fiordos del Sur de Chile proporciona la oportunidad para estudiar sedimentos de rápida acumulación y, por lo tanto, obtener registros paleo oceanográficos sedimentarios de alta resolución. Los objetivos científicos generales de este proyecto son: 1) Comprender los mecanismos de degradación y preservación de materia orgánica en sedimentos, y su incidencia en el control de la mineralización con el consecuente efecto en el reciclamiento de nutrientes y oxígeno. 2) Investigación de registros de alta resolución de cambios climáticos pasados en el hemisferio sur. Existe abundante evidencia de rápidos cambios climáticos durante la última deglaciación desde bajas y altas latitudes del hemisferio norte, pero desafortunadamente poca información es disponible con respecto a estos cambios en el hemisferios sur. Los fiordos chilenos son una región sensible para el registro de cambios pasados, originados tanto en capas de hielo de la paleo-patagonia y el globalmente importante océano antártico. RESULTADOS PRELIMINARES 1. Relación entre el contenido de materia orgánica y granulometría de los sedimentos El objetivo es establecer una relación causal entre estos dos parámetros en perfiles con diferente influencia glacial. Sedimentos con partículas pequeñas (y gran superficie de adsorción) podrían disminuir la degradación de la materia orgánica adsorbida. Este ambiente es ideal para este estudio, ya que permitirá evaluar el efecto en sedimentos relativamente nuevos y desprovistos de capa única de materia orgánica (Hedges y Keil 199). Como se muestra en la Tabla I y figura 1, estamos en la etapa de obtención de datos. Tabla I. Contenido de materia orgánica en la Estación 3. Profundidad (m) Materia orgánica (%) -1 cm 8,4 ±, cm 4,7 ±,1 11

2 2. Cambio en el peso molecular de proteínas con la edad de la columna sedimentaria El tamaño molecular puede influir directamente en la preservación de materia orgánica en los sedimentos (Henrichs 199). Nuestro interés es evaluar si los cambios en peso molecular de proteínas sedimentarias conllevan a una mayor preservación de los componentes mayores en relación con la edad de los sedimentos. Observamos que la fracción de proteínas > 1, daltons es la más importante con respecto a las otras fracciones después de ca. años (31-32 cm, Ver sección 3) de sedimentación (Fig. 2A). Alteración del material proteínico es evidente después de analizar la distribución molecular de los aminoácidos constituyentes (Fig. 2B), que difieren de material diagenéticamente intacto (Pantoja y Lee, en prensa). 3. Geocronología de los sedimentos En la superficie se observa una capa de mezcla homogénea de aproximadamente cm en el testigo 3, a partir de la cual las actividades disminuyen paulatinamente (Fig. 3). En cambio en el testigo 4, esta capa es menos notoria, sólo se observa una perturbación de la tendencia a los 2 cm de profundidad. La capa entre los 12 y cm de profundidad con actividades similares en este último, pueden corresponder a un evento de depositación masivo. La presencia de arena observada en estas muestras explica la disminución de las actividades en esas secciones del testigo, no siendo producto de decaimiento radioactivo. En el testigo 3, la capa superficial también puede corresponder al mismo fenómeno; sin embargo, no puede descartarse la mezcla por procesos biológicos. Aun cuando los valores no han sido corregidos por materia orgánica total, no se espera cambios sustanciales en las actividades determinadas, pues, según lo observado en otros testigos de la zona, el contenido orgánico es aproximadamente constante con la profundidad, por lo cual los perfiles podrían mantener la tendencia observada. Las tasas de sedimentación para los testigos 3 y 4 fueron estimadas en,6 ±,3 y, ±,22 cm año -1, respectivamente. Estas tasas son más altas a las determinadas en la zona de Concepción (,13 cm año -1 ; Salamanca, 1993). 4. Distribución vertical de los pigmentos fotosintéticos en la columna sedimentaria La concentración de clorofila-a en la superficie de los sedimentos puede ser usada para estimar el aporte de restos planctónicos hacia el piso marino. La concentración de clorofila varía entre 4,2 y,3 µg/g sed seco, presentando un máximo subsuperficial y un claro decaimiento exponencial con la profundidad (Fig. 4A). Los feopigmentos muestran un comportamiento muy similar al de la clorofila, pero con concentraciones cinco veces más altas, entre 21 y 2,8 µg/g sed seco (Fig. 4B). La mayor concentración de feopigmentos dentro del sedimento sugiere la presencia de material detrítico degradado. A pesar del decaimiento exponencial con la profundidad, tanto clorofila como feopigmentos presentan periodicidades en la concentración, pudiendo representar períodos de alta y baja depositación de material de origen fitoplanctónico, producto de cambios en la productividad de las aguas superficiales. Alternativamente, lo anterior puede ser el resultado de cambio en la intensidad de la degradación del material. 12

3 En la figura 4B se observan aumentos cuasi-regulares en feopigmentos y clorofila. El análisis de pigmentos específicos por HPLC permitirá la interpretación de estas tendencias. Nota: El análisis de biomarcadores lipídicos por cromatografía gaseosa comenzará en septiembre en Woods Hole. METODOLOGÍA RESUMIDA 1. Materia orgánica total fue medida por calcinación a o C (Byers et al., 1978). 2. Pigmentos fueron extraídos de muestras de sedimentos con acetona (9%) en un baño de ultrasonido por 1 minutos. Fluorescencia fue medida en un Fluorómetro Turner, previa y posterior adición de HCl 1%. 3. Proteínas fueron extraídas de muestras de sedimentos con NaOH,1 N a 6 o C por 2 h. Proteínas fueron separadas de acuerdo con el tamaño molecular con membranas de ultracentrifugación (CENTRICON). El análisis de proteínas fue realizado por HPLC previa hidrólisis y derivatización con OPA (Pantoja y Lee, 1999). 4. Geocronología. El análisis de 21 Pb en sedimentos se basa en que la actividad de 21 Pb en sedimentos es dependiente de la sedimentación, mezcla y decaimiento radioactivo (Cochran, 1982). La compactación se parametrizó de acuerdo con Christensen (1982), considerando la densidad como un parámetro de distribución exponencial. Los análisis se llevaron a cabo por conteo alfa, asumiendo que el 21 Pb está en equilibrio secular con el 21 Po. La metodología analítica utilizada es descrita por Flynn (1968), y consiste en la disolución total de sedimento seco con una mezcla de ácidos concentrados en etapas sucesivas, adicionando 29 Po como trazador. La actividad del polonio fue contada en un espectrómetro alfa Canberra Quad, modelo 744 durante 48 a 72 horas, hasta obtener cuentas suficientes con una desviación estándar de aproximadamente % (1σ). La actividad del 21 Po fue calculada usando la razón entre el radionúclido natural y el trazador multiplicada por la actividad del trazador al tiempo de conteo. REFERENCIAS Byers, Mills & Stewart Hydrobiologia 8, Cochran, K. Uranium series disequilibrium, applications to environmental problems. Ed. M. Ivanovich and R.S. Harmon. Clarendon Press-Oxford, 1982, Christensen, E A model for radionuclides in sediments influenced by mixing and compaction. Journal of Geophysical Research, 87, Flynn, W. W. (1968). The determination of low levels of polonium-21 in environmental materials. Anal. Chim. Acta, 43, Hedges, J. I. and R. G. Keil Sedimentary organic matter preservation: An assessment and speculative synthesis. Mar. Chem. 49,

4 Henrichs, S. M Sedimentary organic matter preservation: A comment. Mar. Chem. 49, Pantoja, S. and C. Lee Molecular weight distribution of protein in Long Island Sound sediments. Limnol. Oceanogr. 44, Pantoja, S. and C. Lee. Amino acid remineralization and ammonium production in Chilean coastal sediments with and without filamentous bacterial mats. Submitted to Organic Geochemistry. January, 22. Salamanca, M. A. (1993). Sources and sinks of 21 Pb in Concepción Bay, Chile. PhD thesis, Marine Science Research Center, State University of New York at Stony Brook-USA. E3 Tamaño promedio de partículas ( m) profundidad(cm) Figura 1. Distribución vertical del tamaño promedio de partículas en la Estación 3. 14

5 µg GTHAA-C/peso seco A E cm Proteínas >1 kd 1- kd -3 kd Péptidos Material proteico Fracciones B E cm 2 %molar 1 ácido aspámico ácido glutámico serina histidina glicina treonina arginina alanina tirosina met ionina valina fenilalanina isoleucina leucina lisina Aminoácidos Figura 2. A: Distribución de peso molecular de fracciones de proteínas en el estrato sedimentario cm de la E. 3. B: Composición molar de aminoácidos proteicos en el estrato cm.

6 21 Pb 21 Pb Arena Testigo 3 Testigo Figura 3. Perfiles de 21 Pb (dpm/g) Figura 3. Perfiles de 21 Pb (dpm/g). A Profundidad (cm) E3 Pigmentos 1 2 ugchla/gss ugfeop/gss chla/feo B Edad (años) clorofila-a g/gsed 1 2 Feopigmentos Figura 4. A : Distribución vertical de clorofila-a, feopigmentos y razón cl-a/feop. en la Estación 3. B : Variación temporal en la distribución de clorofila y feopigmentos basada en la geocronología preliminar para la Estación 3. 16