Palabras claves: Península Antártica, Isla Greenwich, cordones litorales, morfología, líquenes, Holoceno

Transcripción

1 Datación con líquenometría de morfologías costeras en Isla Greenwich (Península Antártica). Parte 1: método y tasas de crecimientos de Caloplaca cinericola y Rhizocarpon geographicum Dumont, J.F. 1, Santana, E.M. 1, Azhar, H. 2 y Jomelli, V. 3 1 ESPOL-FICT, Campus Gustavo Galindo V. <dumont06235@hotmail.com> 2 Universidad de Malaya, Departemento de Geologia, Kuala-Lumpur, Malaya 3 CNRS-IRD Great Ice, Maison des Science de l'eau, Montpellier, France Palabras claves: Península Antártica, Isla Greenwich, cordones litorales, morfología, líquenes, Holoceno Resumen: Se consideró el método de líquenometría aplicada a dos especies de líquenes, Rhizocarpon geographicum y Caloplaca cinericola, para fechar las morfologías costeras recientes de Punta Fort Williams, Isla Greenwich. La finalidad es la identificación del Pequeño Edad Glaciar en la Península Antártica. Caloplaca cinericola es el primer liquen que aparece sobre construcciones de no mas de 20 años, lo que permite una calibración de su crecimiento. El liquen Rhizocarpon geographicum aparece después; la presencia de estadios jóvenes de las dos especies en diferentes lugares permitió estimar su tasa de crecimiento. Sin embargo, la presencia de líquenes es dependiente de condiciones idóneas en termino tanto de cobertura de nieve como de presencia de agua. Abstract: Lichenometric methods were applied to two species, Rhizocarpon geographicum and Caloplaca cinericola in order to date the coastal morphology of Fort William Point, Greenwich Island. The objective is to identify the Little Ice Age (LIA) in the Antarctic Peninsula. Caloplaca cinericola is the first lichen appearing on cemented constructions of no more than 20 years, that allows the calibration of his grow rate. Rhizocarpon geographicum appears later, but the presence in several places of young occurrences both species allows to estimate the growth rate of Rhizocarpon. However the occurrences of lichens depend on specific local conditions, where the duration of snow cover and water level seems important. Introducción La identificación de las variaciones climáticas con efectos locales en comparación con las variaciones de alcance global, es uno de los desafíos científicos más grandes de la época. La Antártica ilustra perfectamente estas limitaciones, a las cuales se suman las discrepancias de evoluciones que se observan entre la Península Antártica que representa solo 2% del territorio Antártico, y el continente Antártico mismo (Cosmiso, 2000; Thomson and Solomon, 2002; Vaughan and al., 2003). El objetivo general de este trabajo es identificar en la Península Antártica un episodio climático de alcance global, el Pequeño Edad Glaciar (LIA, Little Ice Age) que es bien conocido en otras partes del mundo, en particular en el hemisferio norte y latitudes mas bajas. La identificación de este evento tiene dos finalidades principales: (1) establecer su presencia y fecharlo en la Península Antártica, y (2) calificar el efecto reservorio del 14 C para esta zona. Previamente fue planteada la hipótesis de relaciones entre las morfologías costeras y las variaciones climáticas en Santana y Dumont (2007). Esta publicación presenta la metodología y los resultados preliminares obtenidos durante la XI campaña antártica ecuatoriana en enero de 2008.

2 Marco geológico En la Península Antártica (Fig. 1) se encuentran cordones litorales formados durante el Holoceno con alturas hasta 20m (Bentley et al., 2005; John and Sugden, 1971). Los depósitos marinos más antiguos en relación con la transgresión post glaciar son de aproximadamente C años BP (Bentley et al., 2005; Pallas et al., 1997). El levantamiento tectónico de la Península Antártica contribuye solo con 16% del levantamiento total (Pallas et al., 1997), la mayor parte corresponde al ajuste glacio-eustático post glaciar, así que la formación de cordones litorales es mayormente relacionado con fenómenos de ajuste hidrostático post glaciar y variaciones del nivel del mar (Bentley et al., 2005). El estudio se hizo en Punta Fort Williams, ubicada en el borde NW de la Bahía Chile en Isla Greenwich, en Punta Ambato al NW de Punta Fort Williams, y en los alrededores de la base chilena Arturo Prat (Fig. 1C). El basamento geológico en Punta Fort Williams esta constituido por andesitas del Cretácico superior-paleoceno (Dumont et al., 2006; Smellie et al., 1984). En Punta Fort Williams las planicies costeras son erosionadas en una unidad de sill que es fácilmente meteorizada. Bloques de granodiorita hasta 3m (Fig. 2) provienen de un till de extensión regional, que constituye la base de la capa de hielo del Glaciar Quito y de sus dependencias. En Punta Fort Williams se observan 8 cordones litorales sucesivos (Fig. 2) con las alturas respectivas de 1-2m (C1), 4m (C2B), 5m (C2A), 6m (C3B), 7m (C3A), 10m (C4), 11.5m (C5), 13.5m (C6). Una costilla de ballena encontrada a una altura de 4.8m en cordón 2A a una distancia aproximada de 180 m del mar (Fig. 3) ha sido fechada 1570 ± C yr BP (Santana and Dumont, 2002). La corrección de 1500 años por el "efecto reservorio" de acuerdo con Berkman and Foreman (1996) sugiere una edad sub-actual, mientras la corrección de años de acuerdo con Curl (1980) sugiere una edad de años. La líquenometría debería permitir definir cual corrección se debe aplicar en esta zona. Materiales y métodos Desde el trabajo pionero de Beschel (1961) la líquenometría es un método clásico de datación de las superficies de rocas en geomorfología y arqueología. Su rango de aplicación puede potencialmente alcanzar varios miles de años (Denton and Karlen, 1973), pero es limitado por las formas complejas de los líquenes antiguos. Las dataciones con líquenes se hacen en dos etapas: (1) establecer la tasa de crecimiento con medidas de talos de los líquenes mas grandes encontrados sobre edificios o superficies rocosas de edad conocida, y (2) extrapolar esta tasa de crecimiento para calcular la edad de líquenes sobre rocas de edad desconocida. En geomorfología este método ha sido usado para fechar morrenas de glaciares (Naveau et al, in press). Sin embargo, la tasa de crecimiento de un liquen depende de condiciones climáticas (Benedict, 1991), de la litología (Rodbell, 1992), y de las exposiciones (Pentecost, 1979). Una dificultad en la aplicación del método es la necesidad de considerar los líquenes mas grandes en una estación de edad particular. Jomelli et al (2005) mostraron que la distribución de los líquenes no corresponde a una curva de Gauss, sino a una curva de distribución especifica para valores extremos (Generalized Extreme Value distribution, GEV), lo que necesita correcciones adicionales para su uso en líquenometria. Este análisis no será considerado aquí sino en un trabajo posterior. Centenas de especies de líquenes han sido identificados en la Península Antártica (Øvstedal and Lewis Smith, 2001; Sancho and Pintado, 2004; Valverde and Arcos, 1990). El liquen generalmente utilizado en geomorfología es Rhizocarpon geographicum, el cual tiene una amplia difusión mundial y es de identificación fácil gracias a su color verde-amarillo, y es el que usamos en este estudio (fig. 3). Sin embargo, la ausencia de este genero de liquen sobre construcciones o rocas de edad conocida impidió definir su tasa de crecimiento de

3 manera directa. En primer lugar se determino la tasa de crecimiento de líquenes Caloplaca cinericola (Fig. 4), y a partir de esto la tasa de Rhizocarpon geographicum comparando las dos especies de líquenes observadas sobre una misma roca o zona pequeña. Los líquenes del género Caloplaca son ampliamente representados en las zonas litorales antárticas (SøChting and Ölech, 1995), y lo hemos encontrados sobre edificios de menos de 20 años (roca, cimentó incluido vidrios) así como esqueletos de ballenas en una estación de cazadores del siglo pasado. Después de una fase de reconocimiento de las ocurrencias de líquenes en la zona de estudio, hemos tomado medidas del diámetro de los talos circulares mas grandes con una regla. En caso de forma sub-circular se tomo los diámetros mínimo y máximo. En caso de pocos elementos todos los líquenes fueron medidos, y en caso de abundancia se hizo hasta 30 medidas dentro de una selección de los líquenes mas grandes. Resultados La calibración de crecimiento de Caloplaca cinericola fue establecida en base a observaciones de talos en la base de la cruz y en el hito geográfico ubicados cerca de la estación chilena Arturo Prat. El hito fue construido en 1977, y presenta numerosos talos con un diámetro máximo de 20mm en su parte superior y sus lados (Fig. 5). Talos de tamaño menor aparecen en los bordes verticales del hito (<16mm). En la base de la cruz construida en 1987, 8 talos sobre el cemento tienen diámetros <=4mm. Los líquenes sobre superficies muy inclinadas son mas pequeños que en superficies horizontales. Líquenes Caloplaca cinericola fueron encontrados sobre huesos de ballenas (Fig. 2, zona ) ubicados dentro de restos de actividad de cazadores (cajas, remos, tablas, clavos marineros). Relaciones históricas indican que la zona fue ocupada entre 1902 y talos sobre huesos tienen dimensiones superiores a 20mm, el mas grande con forma ovalada tiene diámetros de 30mm/35mm. Un grafico (Fig. 6) indica una tasa de crecimiento de 0.2mm/año si se considera el crecimiento entre 30 y 100 años, y de hasta 0.33mm/años si se considera el promedio desde 100 años, con un valor inicial mas alta de hasta 1mm/año al inicio (0-20 años). Un bloque ubicado dentro de la zona de los cazadores de ballenas (Fig. 2, zona ) presenta los dos tipos de líquenes, Caloplaca cinericola con diámetro máximo de 33mm, y Rhizocarpon geographicum con diámetro máximo de 21mm. La comparación de los tamaños de los dos tipos de líquenes sugiere, para esto punto, una tasa de crecimiento de Rhizocarpon geographicum de 1/3 menor, es decir del orden de 0,13mm/año. Discusión y Conclusiones El análisis de la tasa de crecimiento de Rhizocarpon geographicum en las zonas árticas (Alaska, Canadá, Suecia) indica un crecimiento del orden de 0,15mm/año durante los primeros siglos, y una tasa mas baja de aproximadamente 0,03-0,04mm/año después de años (Denton and Karlen, 1973) (Miller and Andrews, 1972). En el Antártico marítimo Lindsay (Lindsay, 1973) indica una tasa de 0,16mm/año. En conclusión, el valor que obtenemos de manera preliminar indica una tasa de crecimiento de Rhizocarpon geographicum de 0,13mm/año, del mismo orden de valores, siendo un poco inferior, pero para una zona ubicada a una latitud mas alta. Este resultado valora el método, pero también apunta la necesidad de correcciones y precauciones para su uso a escalas de tiempos de varias centenas hasta miles de años. Agradecimientos: Agradecemos al CPNV-OM Carlos Fernandez, Comandante de la Base Arturo Prat, quien facilitó el acceso y datos sobre la historia de la zona, así como al personal que nos ayudo en el campo. Esta presentación es parte de las actividades científicas del Instituto Antártico Ecuatoriano (INAE).

4 Referencias Benedict, J., Experiments on lichen growth. Effects of a seasonal snow cover. Arctic Alpine Research, 23: Bentley, M.J., Hodgson, D.A., Smith, J.A. and Cox, N.J., Relative sea level curves for the South Shetland Islands and Marguerite Bay, Antarctic Peninsula. Quaternary Science Reviews, 24: Berkman, P.A. and Forman, S.L., Pre-bomb radiocarbon and the reservoir correction for calcareous marine species in the Southern Ocean. Geophysical Research Letters, 23: Beschel, R., Dating rock surfaces by lichen growth and its application to glaciology and physiography (lichenometry). In: G.O. Raasch (Editor), Geology of the Arctic. University of Toronto Press, pp Cosmiso, J.C., Variability and trends in Antarctic surface temperatures from in situ and satellite infrared measurements. Journal of Climate, 13: Curl, J., A glacial history of the South Shetland Islands, Antarctica Ohio State University, Columbus, OH. Denton, G.H. and Karlen, W., Lichenometry: it application to Holocene moraine studies in southern Alaska and Swedish Lapland. Arctic and Alpine Research, 5(4): Dumont, J.F., Santana, E., Hervé, F. and Zapata, C., Regional structures and geodynamic evolution of North Greenwich (Fort Williams Point) and Dee Islands, South Shetland Islands. In: D.D. Fütterer DK, Kleinsscmidt G, Tessensohn F. (Editor), Antarctica: contribution to global earth sciences. Springer- Verlag, Berlin Heidelberg New York, pp John, B.S. and Sugden, D.E., Raised marine features and phases of glaciations in the South Shetland Islands. British Antarctic Survey Bulletin, 24: Lindsay, D.C., Estimates of lichen growth rate in the maritime Antarctic. Arctic and Alpine Research, 5(4): Miller, G.H. and Andrews, J.T., Quaternary history of northern Cumberland Peninsula, East Baffin Island, N.W.T., Canada Part VI: Preliminary lichen growth curve for Rhizocarpon geographicum. Geological Society of America Bulletin, DOI: / (1972)83(1133:QHONCP)2.0.CO;2: Naveau, P., Jomelli, V., Cooley, D. and Rabatel, A., in press. Modeling uncertainties in lichenometry studies with an application: the Tropical Andes (Charquini Glacier in Bolivia). Arctic Antarctic and Alpine Research. Øvstedal, D.O. and Lewis Smith, R.I., Lichens of Antarctica and South Georgia: A guide to their identification and ecology. Studies in Polar Research. Cambridge University Press, 411 pp. Pallas, R., James, T.S., Sabat, F., Vilaplana, J.M. and Grant, D.R., Holocene uplift in the South Shetland Islands: Evaluation of Tectonics and Glacio-Isostasy. The Antarctic Region: Geological Evolution and Processes: Pentecost, A., Aspect and slope preferences in a saxicolous lichen community. Lichenologist, 11: Jomelli, V., Grancher, D., Naveau, P., Cooley, D. and Brunstein, D., Assessment study of lichenometric methods for dating surfaces. Geomorphology 86, Rodbell, D.T., Lichenometric and radiocarbon dating of Holocene glaciation, Cordillera Blanca, Peru. The Holocene, 2: Sancho, L.G. and Pintado, A., Evidence of annual growth rate for lichens in the maritime Antarctic. Polar Biology: Santana, E. and Dumont, J.F., Geología de los alrededores de la Estación Ecuatoriana Pedro Vicente Maldonado (Isla Greenwich) e Isla Dee, Península Antártica. Acta Antártica Ecuatoriana, 1: Santana, E. and Dumont, J.F., Granulometry of pebble beach ridges in Fort Williams Point, Greenwich Island, Antarctic Peninsula; a possible result from Holocene climate fluctuations. In: R.C. Cooper AK (Editor), Antarctica: A keystone in Changing World USGS Open-File Report 2007, 1-4, doi: zzzzzz. Smellie, J.L., Pankurst, R.J., Thomson, M.R.A. and Davies, R.E.S., The geology of the South Shetland Islands: VI, stratigraphy, geochimistry and evolution. 87, British Antarctic Survey. SøChting, U. and Ölech, M., The lichen genus Caloplaca in Polar Regions. The Lichenologist, 27: Thomson, D.W. and Solomon, S., Interpretation of recent Southern Hemisphere climate change. Science, 296: Valverde, F.d.M. and Arcos, F., Estudios preliminares de la cobiertura vegetal en Punta Fort Williams, Isla Greenwch. Acta Antartica Ecuatoriana PROANTEC, 2(1). Vaughan, D.G. and al., Recent rapid regional warming on the Antarctic Peninsula. Climate Change, 60:

5 Fig. 1. Ubicación de la zona de estudio (C) en la Península Antártica (A y B) Fig. 4. Líquenes Caloplaca cinericola Fig. 2. Mapa geomorfológico simplificado de Punta Fort Williams Fig. 5. Líquenes Caloplaca cinericola en superficie del hito geográfico en la Base Arturo Prat Fig. 3. Líquen Rhizocarpon geographicum Fig. 6. Curva de crecimiento de Caloplaca cinericola. B1 y B2, medidas en el tope y bordes del hito. C1 y C2 variaciones de valores máximos para líquenes de forma ovalada.