Análisis integrado del impacto de la variabilidad ambiental en las condiciones del fondo marino en el Mediterráneo durante el último Ciclo Glacial

Abstract

The Last Glacial Cycle is one of the most interesting periods for environmental studies, presenting some of the most complete records of climatic and environmental changes that can be analogous to the current anthropogenic climate change. In addition, the Mediterranean area presents a highly interesting setting for palaeoceanographic, paleoclimatic and palaeoenvironmental studies, situated and impacted by both the north, middle and equatorial latitudes climate systems and presenting al the oceanographic characteristics of a big ocean with much faster reaction times.

The layers rich in organic carbon, such as the sapropels in the Eastern Mediterranean Sea and their counterparts in the Western Mediterranean, the Organic Rich Layers (ORL), represent one of the most interesting phenomena within the recent geological record of the Mediterranean Sea Basin. These events have occurred over the past 3 million years as a consequence of the restriction of the waters of deep parts of the Mediterranean basins in response to climatic changes. This doctoral thesis presents a comprehensive analysis of these layers during the Last Glacial Cycle, with a particular focus on the ORLs, which have received less attention in past works, with the objective of deciphering the environmental changes and oceanographic and climatological triggers of these events in the Mediterranean. Additionally, a comparative examination between events in the West and East Mediterranean Sea basins is conducted, elucidating the temporal evolution of both basins and differences in the external factors leading to the deposition of these layers.

In the present thesis, a multiproxy approach is employed to assess the stated objectives, integrating inorganic geochemistry and palaeontological proxies, in particular, the ichnological features observed on core surfaces. Novel ichnological analysis tools have been developed through image analysis, which have been applied in conjunction with traditional ichnological and geochemical analysis techniques on three cores from the Alboran Sea and one core from the Ionian Sea, near the Gulf of Sirte.

Through the different projects completed during this thesis, some particular and general conclusions have been obtained. It has been observed that the relationship between ORLs and sapropels is intricate, and they generally respond asynchronously to climatic events, with no clear correlation between the bottom water conditions in the eastern and western events found, indicating a differential response to climatological variations over the Last Glacial Cycle. Sapropel depositions are more influenced by the African Monsoon cycles, while ORLs exhibit a more coherent response to the warm-cold cycles of the Last Glacial Period. Further, differences between the different ORLs and sapropels have been found, indicating variable conditions and important differences between the events that produced their deposition, with at least 3 main typologies of ORLs described. The utility of a multiproxy analysis, encompassing geochemical and paleontological data, in deep-sea core studies has been confirmed. Furthermore, the value of continuous ichnological analysis has been underscored in comparison with other indicators and in complementing other data in the analysis of marine sediment cores.

El Último Ciclo Glacial es uno de los períodos más interesantes desde el punto de vista científico para el estudio de cambios paleoambientales. De este periodo se pueden encontrar algunos de los registros más completos de cambios climáticos y ambientales, los cuales se pueden equiparar como análogos del cambio climático antropogénico actual. Además, el área mediterránea se presenta como un escenario muy interesante para estudios paleoceanográficos, paleoclimáticos y paleoambientales, situada e impactada por los sistemas climáticos de latitudes norte, media y ecuatorial y presentando todas las características oceanográficas de un gran océano con tiempos de reacción mucho más rápidos.

Las Capas Ricas en Carbono Orgánico, como los sapropeles del Este del Mar Mediterráneo y sus equivalentes del Oeste del Mediterráneo, conocidas como Organic Rich Layers (ORL) en su acepción inglesa, son uno de los eventos más interesantes que se pueden encontrar en el registro geológico reciente del Mar Mediterráneo. Estos eventos ocurrieron durante los últimos 3 millones de años como resultado del aislamiento de las partes profundas de las cuencas mediterráneas, impedida su renovación, un fenómeno que ocurre en respuesta a cambios oceanográficos inducidos por cambios climáticos. En esta tesis doctoral se ha realizado un análisis detallado de estos intervalos sedimentarios durante el Último Ciclo Glaciar, prestando una especial atención a las ORLs, las cuales habían sido menos estudiadas. También se realiza una comparación entre los eventos ocurridos en el Oeste y el Este del Mediterráneo, comprobando cómo se comportan ambas cuencas a lo largo del tiempo y analizando las diferencias en las causas que llevaron al depósito de estas capas.

En esta tesis, para alcanzar los objetivos propuestos, se ha utilizado una aproximación multiindicador, combinando indicadores de geoquímica inorgánica y paleontología, especialmente información icnológica. Se han desarrollado nuevas herramientas de análisis icnológico a través del análisis de imágenes, las cuales se han integrado con otras técnicas tradicionales de análisis icnológico y geoquímico en 3 sondeos del Mar de Alboran y en un sondeo del Mar Jónico, cercano al golfo de Sidra.

A través de los diferentes proyectos realizados durante esta tesis se han obtenido algunas conclusiones particulares y generales sobre las ORLs y la dinámica del mar Mediterráneo. Se ha observado que la relación entre ORL y sapropeles es compleja, respondiendo de forma general de forma asincrónica a eventos climáticos, no existiendo una correlación clara entre las condiciones del agua del fondo en los eventos orientales y occidentales estudiados. Por tanto, se observa una respuesta diferencial a las variaciones climatológicas durante el último Ciclo Glacial entre el este y el oeste del mar Mediterráneo. Los sapropeles están claramente controlados por los ciclos del monzón africano, mientras que los ORL exhiben una respuesta más coherente con los ciclos de transición rápida cálido-frío del último período glacial. Además, se han encontrado diferencias entre los diferentes ORL y sapropeles, lo que indica importantes diferencias en las condiciones del fondo marino durante la deposición de las diferentes capas, encontrándose al menos 3 tipologías principales de ORL atendiendo a sus características sedimentológicas y icnológicas. Se ha confirmado la utilidad de un análisis multi-indicador, que abarque datos geoquímicos y paleontológicos, en estudios de núcleos de aguas profundas. Además, se ha subrayado el valor del análisis icnológico continuo en comparación con otros indicadores y para complementar otros datos en el análisis testigos de sedimentos marinos.