Estudio magnetoestratigráfico del Mioceno del sector central de la Cuenca del Ebro: Cronología, correlación y análisis de la ciclicidad sedimentaria

Introducción y justificación del estudio El relleno continental de la Cuenca terciaria del Ebro ha sido objeto de numerosas investigaciones estratigráficas y sedimentológicas con el propósito de reconstruir su evolución paleogeográfica. La aplicación de la metodología del Análisis Tectosedimentario (A.G. Megías, 1982; González et al., 1988; Pardo et al., 1989) a estos materiales a partir de los años 80 ha llevado al reconocimiento de 8 unidades de relleno (Unidades Tectosedimentarias, UTS) genéticamente relacionadas, principalmente, con la actividad tectónica en las cadenas que enmarcan la cuenca. La datación de estas unidades, denominadas T1 a T8 (Villena et al., 1992 y 1996; Muñoz et al., 2002), constituye un problema importante, no tanto para el establecimiento de su correlación de unos sectores a otros de la cuenca, ya que dicha correlación se apoya sustancialmente en criterios físicos y de identidad en la evolución secuencial (González et al., 1988; Pardo et al., 1989), sino sobre todo a la hora de establecer correlaciones precisas dentro de cada UTS, analizar la ciclicidad sedimentaria en los procesos registrados en los depósitos aluviales y lacustres de las sucesiones estratigráficas o realizar cualquier otro estudio que requiera cuantificación de los procesos sedimentarios. Los yacimientos de fósiles, herramienta en que se han basado tradicionalmente las dataciones en la Cuenca del Ebro, son, en conjunto, escasos y dispersos por toda la cuenca (Villena et al., 1992, Cuenca et al., 1992). En el sector central de la cuenca sólo se tiene noticia de la datación mediante 40Ar/39Ar de un nivel de cenizas volcánicas (Odin et al., 1997). En cuanto a dataciones absolutas basadas en escalas magnetoestratigráficas, en el momento del comienzo de este trabajo, eran muy limitadas: el estudio magnetoestratigráfico de los materiales detríticos continentales en torno al límite Oligoceno-Mioceno en el margen norte de la cuenca (Hogan y Burbank, 1996) o los trabajos en las sucesiones oligocenas del sector centro-oriental de la cuenca (Gomis et al., 1997; Barberá et al., 2001).Con los antecedentes expuestos, la magnetoestratigrafía se revela como la herramienta adecuada para datar con alta resolución, en términos de tiempo absoluto, las sucesiones estratigráficas del sector central de la Cuenca del Ebro, y por tanto imprescindible en cualquier estudio sobre dicho sector, y sobre la cuenca en su conjunto, que precise un control temporal detallado Desarrollo teórico La magnetoestratigrafía es el registro estratigráfico de las inversiones de polaridad del campo magnético terrestre en rocas y sedimentos, y es esencial para la elaboración de escalas de tiempo geológico, relacionando estudios bioestratigráficos y dataciones absolutas (Opdyke & Channell, 1996). Se han obtenido magnetoestratigrafías locales mediante muestreos sistemáticos de las secciones más representativas del sector central de la Cuenca del Ebro. Las muestras han sido sometidas a técnicas de desmagnetización progresiva, de donde se ha obtenido la magnetización primaria adquirida por los sedimentos en su formación. Tanto para la caracterización de la magnetización primaria como para la de otras propiedades magnéticas de las rocas a estudio, se han utilizado un susceptibilímetro de inducción, desmagnetizadores térmicos y de campos alternos y magnetómetros criogénicos y de spin. La información obtenida por estos instrumentos de medida ha sido procesada mediante el software no comercial desarrollado en el Laboratorio de Paleomagnetismo de la Universidad de Utrecht.La cicloestratigrafía trata de caracterizar, correlacionar e interpretar variaciones cíclicas en el registro estratigráfico; estos ciclos pueden ser periódicos o no periódicos. La influencia de los ciclos orbitales astronómicos (precesión, oblicuidad y excentricidad) puede ser reconocida en las variaciones de las propiedades físicas de los sedimentos, de las características químicas o isotópicas, e incluso del contenido fósil,. El tipo de ciclicidad que se estudia es aquella que refleja las variaciones climáticas cuyo origen está en los ciclos astronómicos, como la periodicidad presente en determinadas secuencias de depósitos lacustres. Para hallar estas relaciones se han caracterizado con detalle diversos tramos estratigráficos, prestando atención a patrones que se repiten. En dichos tramos se han confeccionado series temporales de las que, con la calibración cronológica obtenida con la magnetoestratigrafía, se ha podido obtener un análisis espectral donde se ha reconocido si las series son periódicas o no, y si están en fase con los ciclos orbitales. Para ello se ha comparado con las curvas matemáticas (Laskar et al. 2004) que reflejan la evolución en el tiempo geológico de los ciclos orbitales; así pues, en algunos casos se ha podido ensayar una correlación directa entre las curvas de los ciclos orbitales y las secuencias estratigráficas, lo que permite confirmar una influencia climática en la dinámica del medio. Para la obtención de los análisis espectrales se ha utilizado principalmente el paquete de programas informáticos ITSM (Brockwell y Davis, 1991).Conclusión En esta Tesis doctoral se presentan los resultados de la investigación magnetoestratigráfica realizada en las sucesiones lacustres y aluviales del sector central de la Cuenca del Ebro. Estas sucesiones, situadas temporalmente en el Mioceno inferior y medio, se distribuyen en 3 subsectores a lo largo de un transecto E-O de unos 120 Km, entre las comarcas del Bajo Cinca y de Tarazona-El Moncayo. Se han estudiado 9 secciones, que incluyen las unidades tectosedimentarias (UTS) T4 a T7, cuyos límites se manifiestan en el área como conformidades.La sucesión magnetoestratigráfica compuesta obtenida se ha correlacionado con la GPTS2012 (Gradstein et al., 2012), apoyada por las asignaciones biocronológicas de varias localidades de mamíferos y la datación radiométrica de Odín et al. (1997). A partir de esta correlación se han podido evaluar distintos aspectos estratigráficos, bioestratigráficos y sedimentológicos de este sector de la cuenca, y realizar unos estudios básicos de la periodicidad sedimentaria relacionada con los ciclos astronómicos. A continuación se exponen los principales resultados obtenidos en este trabajo: - Se ha analizado la remanencia magnética natural (NRM) de las muestras, y se ha obtenido una correlación de ésta con la litología y los ambientes sedimentarios.<br /

Periodicity in stromatolitic lamination: A potential record of ENSO, NAO, and SUNSPOT in the Miocene lacustrine record of the Ebro Basin, Spain

The spectral decomposition of time series obtained from ancient rock records can be used to study the similarity between the dynamics of present-day and past climate systems. A high-resolution periodicity analysis of luminance and lamina thickness of lacustrine stromatolites in the Ebro Basin (northeast of Iberian Peninsula) reveals a significant signal of interannual and decadal climatic variability in the Miocene. This is one out of very few works that presents the use of spectral analysis to estimate the potential of stromatolite lamination as multiple-scale recorders of climate parameters. The effects of precipitation and evaporation variations on stromatolite lamination have been detected at three orders of cyclicity based on textural and high-resolution stable-isotope analyses (C and O) obtained in prior studies. These analyses also revealed that the light and dark simple lamina couplets are identified with annual cycles (third-order isotopic cycles). In the present study, the spectral analysis results obtained through different paths in five stromatolite specimens reveal significant periods in the power spectrum at around 2.5, 3.7, 5, 7, 10, and 22 years. These cycles can be correlated with the typical oscillation bands of different climate-related agents. The 2.5-year period corresponds to the Quasi Biennial Oscillation (QBO), or to the biennial component of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO), or to the North Atlantic Oscillation (NAO). The 3 to 5 and 5 to 7-year bands can be linked to ENSO or NAO variability (second-order isotopic cycles). The 8 to 11-year bands fit the 11-year Schwabe (first-order isotopic cycles) and 22 to 23-year fit the 22-year Hale sunspot cycles. Thus, the stromatolite growth was controlled by ENSO, NAO, and solar activity cycles. The close relationship between these climate-related agents makes it difficult to specify the dominant agent controlling the stromatolite growth. Nevertheless, the significant periods obtained from this study, within interannual (2.5, 3.7, 5, 7 years), decadal (10, 22 years), and even multidecadal bands (37–42 years), support the existence, and concurrence, of ENSO and NAO precursors during the early and middle Miocene