CARIACO: El registro del cambio en el clima y sus efectos en el mar.

Foro sobre Cambio Climático. Jornadas de la Facultad de Ciencias de la UCV- Mayo 2016

Presenta: Ramón Varela - Fundación La Salle de Ciencias Naturales

AGUAS POBRES EN O2

AGUAS ANOXICAS

AGUAS CON OXIGENO

SILLA

Costa

MAR CARIBE

Zonas características de la Fosa de Cariaco

250 m

350 m

1400 m

Redoxiclina 140 m

Aguas superficiales similares a las del resto del caribe sur Transición, se agota

oxígeno, cambia la química del agua, gradiente Redox

Anoxia, incremento de gases H2S, CH4. NH4 + Temp. Sal. casi constantes

En el fondo no hay animales grandes > 1mm que remuevan el fondo

Los sedimentos están ordenados. Condiciones anóxicas favorecen preservación de materia orgánica.

ATMÓSFERA

CARIACO Serie Tiempo Oceanográfica

AGUA FÍSICA QUÍMICA ORGANISMOS PARTÍCULAS

SEDIMENTOS MICROFÓSILES COMPUESTOS ORGÁNICOS ELEMENTOS E ISÓTOPOS MINERAL (ELEMENTOS) EDAD (CRONOLOGÍA)

ANALIZA LOS CAMBIOS FÍSICA Y QUÍMICA AGUA TIPOS ORGANISMOS ECOLOGIA PLANCTON COMO SE REGISTRAN EN EL SEDIMENTO

RESULTADO CAMBIOS MEDIO CAMBIOS POBLACIONES ESTACIONALIDAD CICLOS LARGO PLAZO

FACTOR

CAMBIOS CLIMA METEOROLOGIA

APLICACIÓN

VARIACIÓN PESQUERIAS RECONSTRUIR EL PASADO ESTIMAR EL FUTURO

CONCEPTOS EN RELACION AL MAR Y EL EFECTO DEL CLIMA ATMOSFERICO A- FISICA, T, S, densidad, energía y movimiento B- QUIMICA, Nutrientes N, P, Si gases CO2, O2, N2

C- PRODUCCION PRIMARIA, Organismos vivos, materia orgánica. D- ACTIVIDAD BIOLOGICA, Produce cambios en la química y la física (radiación)

150 m

Materia Calor Viento

Surgencia

Mezcla

Nutrientes NO3

-, PO4=, SiO2

Atmósfera

Hidrósfera Luz

Las capa superfical es idéntica al resto de las aguas marinas del sur del Caribe. Caracterizada estacionalmente por temperaturas relativamente bajas, alta biomasa y producción primaria, .

Plancton

ZCIT Estacional Tendencias Largo Plazo

Enero

Julio

Desplazamiento en Latitud ZCIT Taylor et al. 2012

A

B

Oscilación Atlántico Norte NAO variable no periódica

ENSO El Niño – La Niña Oscilación Pacífico Sur Periodo 2 – 7 años-

ATNOR

QBO Oscilación Cuasi Bienal , 22 – 34 meses

Corriente de chorro Subtropical variable

CASAH

ATSUR

Ciclo solar 11 años

Variación Temp. Sup. mar Atlántico tropical N y S. 6 - 8 años

SASAH Capa aire Sahara Estacional

CAMBIOS FISICOS REGISTRADOS EN LA ESTACION CARIACO

Cambio en la intensidad de la surgencia.

Cambio en la temperatura del mar en superficie.

Aumentó 1,0 °C; 1996 - 2015 (p < 0,001), incremento de 0,05 ± 0,01 °C año-1

El incremento de la temperatura del aire en Margarita fue de 0,67 °C en el periodo.

La surgencia disminuyó a una tasa anual de -33 m3 s-1 por 100 m de línea de costa y el promedio del viento se redujo de 5,6 a 4 m s-1 (D=1,6 m s-1 )

Astor, et al. 2015

CAMBIOS FISICOS TRAEN EN CONSECUENCIA CAMBIOS EN LA QUIMICA Y BIOLOGIA

Cambios en el equilibrio de la química del CO2 en 20 años

El C inorgánico disuelto aumentó en 20 mmol. La presión parcial del CO2 se incrementó 40 matm.

Black et al. 2011

La tasa incremento CO2 en CARIACO es similar a la atmósfera. Pero su concentración es mayor. Casi siempre es fuente de CO2 a la atmósfera. Se determina por d13C que la fuente del nuevo C proviene de los combustibles fósiles.

Bates et al. 2014; Astor et al. 2015

Atmósfera

Mar

El descenso de pH fue de 0,048 unidades

CAMBIOS FISICOS TRAEN EN CONSECUENCIA CAMBIOS EN LA QUIMICA Y BIOLOGIA

Menos nutrientes hacia las aguas superficiales, menor biomasa del fitoplancton. Disminuyó la cantidad de clorofila en el mar y la producción primaria . Cambió la composición de las poblaciones, en proporciones de grandes grupos

Cambios en los nutrientes y en el plancton

Diatomeas, dinoflagelados

Cambios ambientales > cambios en las especies > cambios en la estructura poblaciones.

Taylor et al., 2012; Mutshinda et al., 2013; Pinckney et al. 2015; Lorenzoni et al. 2015, Irwin et al. 2015

> 200 Cel./mL, micro-fitoplancton < 50 Cel./mL, micro-fitoplancton.

PP= 650 gC m−2 año Clorofila= 52 mg/m2 PP = 320 gC m−2 año Clof=24 mg/m2

2005

1996 2014

Flagelados, pico fitoplancton

EL FLUJO DE PARTICULAS Y LOS SEDIMENTOS

Fosa de Cariaco es un lugar ideal para el estudio del clima del pasado mediante los sedimentos. Para formar una imagen del cambio futuro hay que estudiar lo ocurrido en el pasado, y para estudiar el pasado hay que analizar lo que ocurre en el presente.

Estudiar como las condiciones ambientales actuales con sus variaciones influyen en la constitución de las partículas.

En Cariaco se puede analizar las condiciones del mar (fisicas, químicas, organismos) y su huella en los sedimentos recientes. Sitio de calibración para los métodos de estudios paleo-climáticos.

Ocean Drilling Program, 1997

Los sedimentos perfectamente ordenados en la Fosa de Cariaco la hacen un lugar especial para la paleo-climatología tropical.

1- Se estudian los restos de algunas especies presentes y la cantidad de individuos en las muestras de las trampas y en las capas del sedimento. (BIOLOGIA)

Foraminíferos Diatomeas Coccolitofóridos

2- Varios índices basados en proporciones entre isótopos de un mismo elemento: d13C; d18O d15N. En estructuras fósiles y en las moléculas orgánicas (QUÍMICA) Basado en efectos que tienen los diferentes isótopos al ser diferenciados en algún proceso físico (evaporación) o biológico (fotosíntesis, fijación de N2)

CÓMO SE ESTUDIAN LAS CONDICIONES DEL CLIMA EN EL PASADO

Glicolipido de Archaea

Alquenona

3- Indices en base a relaciones entre elementos, en fósiles y minerales, carbonatos y arcillas, silicatos Mg/Ca; Ti/Al; K/Al, Fe/Al . Determinan temperatura de formación, aportes fluviales y eólicos. (GEOQUÍMICA)

4- Compuestos orgánicos indicadores como alquenonas, lípidos, ácidos grasos.

Terrígenos, aporte eólico o fluvial. Composición mineral.

Proporción elementos _______ 50 um

Identificados 40 compuestos indicadores de tipos de microalgas, protozoos, bacteria y archaea

Goñi, et al. 2009; Elmore, 2010, Martinez, 2010; Wakenham, 2012; Turich, 2013; Bout-Roumazeilles, 2013

Atmósfera

Sedimentos

Cambios viento y precipitación

Cambios en la temperatura y salinidad

d18Oaq= 18O / 16O CaC18O3 / CaC16O3

Tiempo

foraminífero

Hidrósfera H2

16O > H218O

Evaporación del agua

Datación del sedimento por 210Pb 14C

Análisis de proporciones de isótopos en conchas de micro-fósiles

Análisis de compuestos orgánicos indicadores de grupos del fitoplancton Condiciones ambientales, de formación, alquenonas. También proporciones de elementos metálicos Al, Ti en caso de terrígenos

CARIACO SITIO DE CALIBRACION DE METODOS PALEO-

CLIMATICOS

RESULTADOS CAMBIOS DE LA TEMPERATURA DEL MAR EN CARIACO EN 2000 AÑOS

Globigerina ruber Estima T mar época estabilidad

Globigerina bulloides Estima la T en época surgencia

Wurtzel et al. 2013

Las variaciones se atribuyen a cambios en la circulación oceánica y a cambios posición de la ZCIT. Se captan ciclos de 11-13 años, 21-25 años, 50-90 años, AMOC

1200

Periodo Cálido Medieval

1425

-1,5ºC + 1,0ºC

1500

1640

1800

1900

2000

- 1,5ºC

+ 0,5ºC

- 0,5ºC + 1.0ºC

Pequeña Edad de Hielo

900

Black, et al. 2004, 2007; Tedesco & Thunell, 2003

+ 1.0ºC

Cambios en la T del mar en CARIACO

Núcleo hielo glacial Quelccaya, Perú 1000 años Sedimentos Lago Malawi, Tanganika 800 a Núcleos de hielo Groenlandia 1000 a Anillos árboles Tasmania (Australia) 3000 a

Peterson & Haug, 2006

COMPARACION DE LOS REGISTROS DE CARIACO CON OTROS SITIOS

Temperatura formación hielo glacial en el Perú

Variación de precipitación. en Cariaco

Captura Sardina Oriente Venezuela (Fuente FAO e INSOPESCA)*Cortesia Prof Jose Alió

RESULTADOS ANEXOS O INDIRECTOS Caída de la producción pesquera de la sardina en el oriente

mg/m2

HISTORIA - ARQUEOLOGIA “Climate and the Collapse of Maya Civilization “ Peterson & Haug 2005 The American Scientist July, 2005.

RESULTADOS ANEXOS O INDIRECTOS Relaciones con la historia de las civilizaciones humanas.

Registro sedimentario de Cariaco, Índice de niveles de sequía basado en %Ti

Ocean Drilling Program, 1997