Artículos

 

Respuesta acoplada de la lluvia y la desnitrificación al forzamiento solar durante el Holoceno en la cuenca Alfonso

 

Coupled response of rainfall and denitrification to solar forcing during the Holocene in Alfonso Basin

 

Constanza Ricaurte-Villota^1,2, Oscar González-Yajimovich¹*, Alberto Sanchez³

 

¹ Facultad de Ciencias Marinas, Universidad Autónoma de Baja California, Km 103 carretera Tijuana-Ensenada, Ensenada, Baja California, México. * Corresponding author. E-mail: yajimo@uabc.edu.mx

² Instituto de Investigaciones Marinas y Costeras "José Benito Vives De Andréis" (INVEMAR), Santa Marta, Colombia.

³ Centro Interdisciplinario de Ciencias Marinas del Instituto Politécnico Nacional (CICIMAR-IPN), Apartado postal 592, La Paz, Baja California Sur, México.

 

Received September 2012,
received in revised form February 2013,
accepted March 2013.

 

RESUMEN

El registro de δ¹⁵N sedimentario de cuenca Alfonso mostró cambios tanto de origen regional, posiblemente asociados con cambios en la señal isotópica del NO₃^- en el Agua Subsuperficial Subtropical, como de origen climático, regidos por el forzamiento solar (irradiancia solar total) sobre la intensidad del monzón de Norteamérica (i.e., precipitación pluvial), lo cual provoca suboxia de aguas intermedias y promueve la desnitrificación en la cuenca. Valores altos de δ¹⁵N sedimentario (máximo de 14.599o) coinciden con incrementos de la materia orgánica de origen terrestre (de -14.8% a 49.2%) y con una disminución del porcentaje de terrígenos (de 84.8% a 61.6%) durante el Holoceno medio y tardío, sugiriendo que un aumento en la precipitación y aporte de agua dulce ocasiona un aumento de estratificación de la columna de agua, lo cual inhibe la mezcla vertical y ocasiona la reducción en el contenido de oxígeno en la columna de agua, en una zona ya pobre en oxígeno.

Palabras clave: golfo de California, monzón de Norteamérica, registro de sedimentos laminados, isótopos de nitrógeno, Zona de Convergencia Intertropical.

 

ABSTRACT

The bulk sedimentary δ¹⁵N record of Alfonso Basin displayed changes both from a regional source possibly associated with changes in the isotopic signal of NO₃^- dissolved in Subsurface Subtropical Water and from a climate source governed by solar forcing (total solar irradiance) over the strength of the North American monsoon (i.e., rainfall), causing intermediate water suboxia and promoting denitrification in the basin. High values of bulk sedimentary δ¹⁵N (maximum of 14.596o) agree with increases in land-derived organic matter (from -14.8% to 49.2%) and with a decrease in terrigenous percentage (from 84.8% to 61.6%) during the Middle and Late Holocene, suggesting that increased rainfall and freshwater input promotes increased stratification of the water column, which inhibits vertical mixing and produces a reduction in oxygen content in an already oxygen-poor zone.

Key words: Gulf of California, North American monsoon, laminated sediment record, nitrogen isotopes, Intertropical Convergence Zone.

 

INTRODUCCIÓN

Los sedimentos pueden ser registros fieles de la composición isotópica del nitrato oceánico cuando la captura de nitratos por productores primarios en la zona eufótica se ha completado y no hay alteración diagenética de la señal isotópica cuando el nitrógeno particulado cae y es enterrado en los sedimentos (Kienast et al. 2002). La composición isotópica del nitrógeno (δ¹⁵N) sedimentario puede ser interpretada de varias maneras (Hebbeln et al. 2000): (1) como aporte de nitrógeno orgánico de origen terrestre (Peters et al. 1978, Sweeney et al. 1978, Owens y Law 1989), que puede alterar la señal hacia valores menores (Peters et al. 1978, Calvert et al. 2001); (2) como un indicador de las condiciones de nutrientes durante la formación de materia orgánica marina (Francois et al. 1992, Altabet y Francois 1994, Holmes et al. 1996); y (3) como un indicador de la intensidad de desnitrificación en la columna de agua (Altabet et al. 1995, Ganeshram et al. 1995). Adicionalmente, la señal de δ¹⁵N también puede ser potencialmente afectada por la advección horizontal de nitrato con una señal isotópica preformada (Kienast et al. 2002).

La desnitrificación en la columna de agua sucede sólo en ambientes pobres en oxígeno (Sigman 2001), y concede una firma isotópica característica del NO₃^- disuelto disponible en el océano (Cline y Kaplan 1975, Liu y Kaplan 1989). Las variaciones oceanográficas y climáticas producen cambios en el contenido de oxígeno en la columna de agua, que pueden ser reconstruidos a partir de la señal de δ¹⁵N sedimentario. Niveles bajos de oxígeno, sensibles a cambios climáticos, pueden ser resultado de una ventilación pobre de aguas subsuperficiales, un alto grado de estratificación (impidiendo la mezcla vertical) y el flujo de material orgánico relacionado principalmente con surgencias, lo cual provoca una variabilidad temporal de la desnitrificación en la columna de agua(Kienast et al. 2002, Altabet 2006, Meckler et al. 2007).

Investigaciones en el golfo de California (GC) han sugerido variaciones de δ¹⁵N sedimentario asociadas con el cambio climático global a escala glacial-interglacial (Keigwin y Jones 1990, Sancetta 1995, Pride et al. 1999). Pride et al. (1999) sugirieron que las variaciones de isótopos de nitrógeno en el GC responden al cambio climático global asociado con cambios en la extensión de aguas subsuperficiales subóxicas que soportan la desnitrificación y amplificado en el golfo central por cambios en surgencias, mezcla vertical y/o la posición latitudinal de la Zona de Convergencia Intertropical (ZCIT).

Los registros sedimentarios del Pacífico nororiental tropical y GC sugieren cambios en el estado redox a escala glacial-interglacial, los cuales han sido atribuidos a cambios en la ventilación del Agua Intermedia del Pacífico Norte (AIPN) (Keigwin y Jones 1990, Kennett e Ingram 1995, van Geen et al. 1996, Cannariato y Kennett 1999, Pride et al. 1999); sin embargo, algunos autores han propuesto que estos cambios pueden estar relacionados con una mayor influencia del Agua Subsuperficial Subtropical (ASS) baja en oxígeno (Ganeshram et al. 1995, Hendy y Kennett 2003). Debido a su umbral somero (~320 m) (Nava-Sánchez et al. 2001), el AIPN no ingresa a la cuenca Alfonso (confirmado también por Obeso-Nieblas et al. 2007), por lo que las variaciones de δ¹⁵N sedimentario en esta zona pueden estar asociadas con los cambios en ASS y con variaciones inducidas por el cambio climático.

La cuenca Alfonso (24°40' N, 110°38' W) es una cuenca pequeña con una profundidad máxima de ~415 m y un umbral somero, y con gran potencial para el registro de variaciones climáticas y oceanográficas en el GC y la circulación climática de mayor escala del océano Pacífico subtropical (Douglas et al. 2001, Monreal-Gómez et al. 2001). El agua subsuperficial que ingresa a la cuenca es baja en oxígeno y, por debajo de los 200 m de profundidad, la cuenca está entre subóxica y anóxica (Douglas et al. 2001), lo que permite la preservación de un buen registro de sedimentos laminados en una zona con una alta tasa de sedimentación. Las condiciones geográficas e hidrográficas de la cuenca Alfonso proveen una oportunidad para estudiar el acoplamiento entre el clima y la desnitrificación, ya que esta cuenca se localiza en la parte sur del GC, en el extremo norte del trópico de Cáncer, en una zona de transición sensible a cambios en las condiciones climáticas influenciadas por sistemas tropicales y extratropicales (fig. 1).

Las condiciones hidrográficas de la cuenca Alfonso están influenciadas principalmente por los cambios estacionales de los vientos. En el invierno y la primavera, los vientos fuertes del noroeste predominan y tienden a producir una capa de mezcla profunda. Durante el verano caluroso, predominan los vientos débiles del sur y el agua más salina, por causa de mayor evaporación, forma una estratificación superficial (Aguíñiga et al. 2010). La circulación dentro de la bahía aún no está bien documentada, pero se ha observado que ésta es afectada por giros ciclónicos y anticiclónicos (Obeso-Nieblas 2003, Lavín et al. 2007). Actualmente, estas condiciones influencian la variabilidad de δ¹⁵N, con valores mayores en primavera y verano que en otoño e invierno. Además, valores ocasionalmente altos de δ¹⁵N sugieren que mecanismos físicos, como la advección hacia la bahía de agua ecuatorial subsuperficial rica en ¹⁵N, se presentan durante periodos cortos de tiempo, lo que se cree está relacionado con el desarrollo periódico de un importante giro ciclónico en la parte sur del GC (Aguíñiga et al. 2010).

El monzón de Norteamérica es el principal factor que influye en la variabilidad climática de la región y es causado por una interacción dinámica entre los sistemas meteorológicos de latitudes medias, los procesos atmósfericos tropicales impulsados por el océano y el calentamiento diferencial entre la tierra y el océano (Douglas et al. 2007). El monzón se caracteriza por precipitación de verano, que muestra variabilidad a diferentes escalas de tiempo (Castro et al. 2000, Hu y Feng 2002, Gray et al. 2003, González-Yajimovich et al.2004, Poore et al. 2005).

La variabilidad decadal del monzón está asociada con la Oscilación Decadal del Pacífico (ODP), un patrón de las fluctuaciones de la temperatura superficial del Pacífico Norte que cambia de fase cada 20 a 30 años (Mantua et al. 1997). La fase positiva (cálida) de la ODP se asemeja a las anomalías de precipitación pluvial y temperatura de tipo El Niño, con mayor precipitación en el invierno en la zona de estudio (Magaña 1999). La fase negativa (fría) de la ODP se asemeja a patrones climáticos de La Niña (Mantua et al. 1997). Los patrones de precipitación invernal son resultado de la intensidad y posición del centro de baja presión de las Aleutianas, que se fortalece y/o se ubica más al este durante una fase positiva y se debilita y/o se ubica más al oeste durante una fase negativa de la ODP. El centro de alta presión del Pacífico Norte se comporta de manera opuesta al del centro de baja presión de las Aleutianas, ya que es más débil y se ubica más al sur en el verano durante una fase positiva y es más fuerte y se ubica más al norte durante una fase negativa de la ODP (Barron y Anderson 2011).

Este registro de δ¹⁵N sedimentario del Holoceno medio y tardío muestra la dinámica en el GC a una escala de tiempo decadal, regida por la influencia de la radiación solar en la precipitación. Otros registros para la zona de estudio muestran variaciones a una escala de tiempo glacial-interglacial (Altabet et al. 1995, Ganeshram et al. 1995), por lo que este trabajo es el primero en presentar un registro de tan alta resolución para la región. Los datos de paleoproductividad y reconstrucción del flujo terrestre considerados con los datos isotópicos pueden proporcionar mayor conocimiento de cómo ha evolucionado el GC durante los últimos 6000 años.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

Se obtuvieron núcleos de sedimentos de la cuenca Alfonso (núcleo de gravedad NH01-15GC3, 308 cm, y multi-núcleo NH01-15MC1, 40 cm), abarcando ~5.6 miles de años antes del presente (ka AP), durante el crucero CalMex NH01 realizado a bordo del B/I New Horizon en noviembre y diciembre de 2001. Los núcleos se muestrearon a intervalos de 1 cm, equivalente a ~26.7 años, para producir un registro de alta resolución de δ¹⁵N sedimentario, sílice biogénico (BSi), carbono orgánico total (COT), carbonatos (CaCO₃), contenido terrígeno, porcentaje relativo de materia orgánica de origen terrestre (%MOT) y razón molar C:N.

Los isótopos de nitrógeno (δ¹⁵N) sedimentario fueron usados para trazar cambios en las condiciones óxicas debido a variaciones en la intensidad de mezcla vertical durante periodos de mayor y menor precipitación pluvial, así como cambios en el flujo de materia orgánica hacia los sedimentos (COT, BSi y CaCO₃) y aportes de materia orgánica terrestre. Los isótopos se obtuvieron con un analizador elemental Euro Vector (Euro EA 3000) en la Universidad del Sur de California (USC).

Puesto que la desnitrificación en la columna de agua puede ser potencialmente afectada por la variación en la entrada de materia orgánica degradable a los sedimentos (Kienast et al. 2002, Altabet 2006, Meckler et al. 2007), la determinación de estos flujos es esencial para entender los cambios en la desnitrificación. En este estudio se usaron varios biomarcadores (e.g., COT, BSi, CaCO₃) para conocer el flujo de materia orgánica en la cuenca Alfonso, ya que esto permite excluir los efectos de degradación en los diferentes trazadores de productividad (Versteegh y Zonneveld 2002). Se obtuvieron el carbono total con un analizador elemental Euro Vector (Euro EA 3000), el carbono inorgánico (para los carbonatos) con un coulómetro de dióxido de carbono (UIC Inc., modelo CM5014) y el carbono orgánico mediante una simple resta.

El BSi se usó como un trazador de la productividad, relacionada con surgencias y diatomeas, y para confirmar las observaciones realizadas de las variaciones del porcentaje de COT, ya que este trazador es menos sensible a las condiciones redox del sedimento. Se obtuvo mediante el método espectrofotométrico (Mortlock y Froelich 1989). La digestión del BSi fue continua en el tiempo, y las extracciones se realizaron en series de tiempo de 5 h; después de este tiempo se consideró que la extracción del contenido de BSi en la muestra no cambiaría con un mayor tiempo de extracción.

La fracción terrígena de los registros de sedimentos marinos refleja el aporte del material producido y aportado de los continentes, el cual está directamente relacionado con las condiciones climáticas (Holz et al. 2007). González-Yajimovich (2004) obtuvo las tasas de acumulación de masa terrígena al restar los componentes biogénicos de las tasas de acumulación de masa total.

El %MOT y la razón molar C:N se usaron en conjunto para confirmar los cambios de la precipitación pluvial. El %MOT fue calculado a partir de la composición isotópica de carbono (δ¹³C) de la materia orgánica sedimentaria. Los isótopos del carbono fueron obtenidos con un espectrómetro de masas de relación isotópica (Thermo Scientific Delta V Plus) acoplado a un analizador elemental (Costech 4010) en el Laboratorio de Espectrometría de Masas del CICIMAR-IPN. El enfoque se basa en el modelo de mezcla propuesto por Schultz y Calder (1976), el cual supone valores de δ¹³C de varios miembros terminales terrestres y marinos. Para este estudio se usaron los valores de miembros terminales de Aguíñiga et al. (2010). Se supuso un valor de δ¹³C de -28% para el miembro terminal terrestre y de -20.5% para el miembro terminal marino. Pensamos que estos miembros terminales son los valores reales para la zona de estudio y que las contribuciones de la materia orgánica de origen terrestre definidas por δ¹³C son robustas. Adoptando tales valores, se estimó el %MOT con base en la siguiente ecuación (Schultzy Calder 1976):

Los miembros terminales son promedios grandes de materia terrestre y marina que llega al océano; por lo tanto, debido a la gran diversidad de fuentes de materia orgánica (fitoplancton, zooplancton, macroalgas, etc.), el asumir un solo valor tiene sus limitaciones, aunque se considera que el fitoplancton es el principal contribuyente a la materia orgánica. Otra limitación se presenta al suponer que la materia orgánica proveniente de cada fuente tiene el mismo proceso de degradación y las mismas proporciones de los componentes. Ni C ni N tienen el mismo proceso de diagénesis; sin embargo, la materia orgánica terrestre (más refractaria) es relativamente más fuerte que la materia orgánica marina (más lábil). A pesar de esto, los miembros terminales dan una buena idea de las fuentas principales y dominantes en la región (Aguíñiga et al. 2010, Sánchez et al. 2013).

Se usó la razón C:N de la materia orgánica para confirmar su fuente verdadera. La materia orgánica marina típicamente presenta un intervalo de 4 a 10 (Meyers 1994) y la terrestre se caracteriza por una C:N > 12 (Hedges et al. 1986).

El modelo de edad-profundidad para los núcleos NH01-15GC3 y NH01-15MC1 (fig. 2) se discute en detalle en González-Yajimovich (2004) y González-Yajimovich et al. (2007). Se construyó usando una combinación de perfiles del exceso de ²¹⁰Pb, seis fechas de radiocarbono de la espectrometría de masas con aceleradores aplicada a muestras de foraminíferos bentónicos y planctónicos, y conteos de varves en transformaciones digitales en escala de grises de positivos de rayos X. Las fechas de ¹⁴C fueron convertidas en años de calendario con el programa CALIB 4.4.1 (Stuiver y Reimer1993).

La influencia del forzamiento solar se determinó mediante la diferencia de la irradiación solar total (dIST), que corresponde a la reconstrucción de la IST de Steinhilber et al. (2009) con radionucleidos cosmogénicos. La dIST es la diferencia entre los valores de la IST reconstruida y la IST mínima de 1986 AD (1365.57 W m^-2) de Frohlich (2009).

Se realizó un análisis factorial para comparar la interrelación entre los diferentes trazadores con el programa Minitab 15. Los ángulos entre los vectores muestran la relación entre los trazadores. Las relaciones más fuertes tienen ángulos más pequeños (cerca de cero). Un ángulo de 180° indica que los trazadores están inversamente relacionados y si los vectores forman ángulos rectos, los trazadores no están correlacionados.

Se calcularon frecuencias significativas y modos dominantes de la variación climática mediante el análisis espectral multitaper (MTM, Mann y Lees 1996) de δ¹⁵N, %MOT y anomalías de dIST.

 

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El registro de la cuenca Alfonso muestra una respuesta acoplada de la precipitación pluvial y la desnitrificación a la dIST. Valores altos de dIST se correlacionaron con valores altos de δ¹⁵N (4.4-2.4 ka AP) y con una precipitación alta (aumento del %MOT y la razón C:N) (fig. 3), y fueron confirmados por el análisis factorial (fig. 4). Durante este periodo incrementa la magnitud del cambio, lo que sugiere inestabilidad del sistema. La materia orgánica de origen terrestre generalmente tiene un valor bajo de δ¹⁵N, por lo que los valores altos de δ¹⁵N de la cuenca Alfonso no reflejan la contribución de la señal del material terrestre sino más bien la presencia de desnitrificación en la cuenca, acoplada con la señal de la ASS (con valores altos de δ¹⁵N) que llega a la cuenca. Una gráfica cruzada del %MOT y δ¹⁵N de la materia orgánica que se hunde, recolectada por una trampa de sedimento (Aguíñiga et al. 2010), muestra que la composición isotópica del N particulado es menor cuando la contribución terrestre aumenta; sin embargo, la correlación es baja, lo que confirma una baja contribución de la señal de la materia orgánica terrestre a los valores de δ¹⁵N en los sedimentos de la cuenca Alfonso.

La disminución del porcentaje de contenido terrígeno (fig. 3) durante el periodo de los valores altos de δ¹⁵N y los trazadores de la precipitación pluvial (%MOT y razón C:N) probablemente está relacionada con una disminución de los vientos, lo cual es común en la zona de estudio durante la época de lluvias, así como con una mayor cobertura de vegetación que atrapa los sedimentos. Una disminución del componente litogénico durante eventos de El Niño fue observado en el GC por Thunell (1998) y en la cuenca de San Lázaro por Silverberg et al. (2004), y se atribuyó a vientos más calmados desde el continente y a la reducción del transporte eólico de partículas. Las condiciones climáticas de estas zonas son similares a las de la cuenca Alfonso. El Niño produce condiciones de verano (i.e., condiciones más húmedas y cálidas), permitiendo una mayor influencia tropical. La relación no es completamente inversa ya que la contribución de material terrígeno a los sedimentos marinos tiene dos rutas, eólica y fluvial (Zhao et al. 2006), ambas afectadas de manera diferente durante periodos de lluvias.

Nuestros resultados también concuerdan con los de Pérez-Cruz (2013), quien documentó un aumento de la escorrentía y la bioproductividad para el Holoceno medio (ca. 6.2 a 2.4 ka AP), asociado con una intensificación de las lluvias monzonales desencadenadas por un cambio hacia el norte de la posición media de la ZCIT en el Pacífico oriental tropical. En nuestro registro el periodo va de ca. 4.4 a 2.4 ka AP, por lo que la concordancia no es totalmente sincrónica. Además, nuestro registro coincide con el periodo de sequía documentado de 2.4 a 1.9 ka AP.

Las variaciones de δ¹⁵N en sedimentos de la cuenca Alfonso corresponden a la señal isotópica regional del Pacífico nororiental tropical, pero los valores de δ¹⁵N son mucho más altos que los observados en los registros de las zonas más al norte. Los cambios en δ¹⁵N observados en el presente estudio y en la cuenca de Guaymas (Pride et al.1999) , pero no en otros sitios, son una indicación de efectos regionales y evidencia de activa desnitrificación en estas cuencas en el pasado.

Se han atribuido cambios de δ¹⁵N en la región del Pacífico nororiental a cambios de desnitrificación en el ASS pero a escala glacial-interglacial (Ganeshram et al. 1995). Los registros para el Holoceno del golfo de Tehuantepec (Hendy y Pedersen 2006), el margen de Mazatlán (Ganeshram et al.2000) , y los márgenes de California y Oregon (Kienast et al. 2002) (fig. 5) mostraron cambios de pequeña amplitud en la señal de δ¹⁵N, posiblemente asociados con la señal del ASS.

El aumento de la productividad marina en zonas con bajo contenido de oxígeno es considerado un mecanismo que promueve la desnitrificación (Devol 1978, Codispoti y Christensen 1985) al consumirse el oxígeno en la columna de agua por el hundimiento y la oxidación de materia orgánica (van Geen et al. 2003); además, las bacterias desnitrificadoras usan nitratos como aceptores de electrones y estimulan el proceso respiratorio de la desnitrificación (Altabet et al. 1999). En la cuenca Alfonso, la relación entre la desnitrificación y la productividad marina no es clara (fig. 6) y se observan dos modos de respuesta: (1) el modo de alta precipitación pluvial en la parte media del registro (4.4-2.4 ka AP), con la desnitrificación dominada por los cambios en la estratificación de la columna de agua inferida por valores altos de δ¹⁵N y precipitación, y valores bajos de productividad; y (2) el modo de baja precipitación pluvial (5.8-4.4 ka AP y 2.4 ka AP-presente), con la desnitrificación dominada por los cambios en la productividad, siendo sincrónicos los cambios en ambos trazadores. Asimismo, durante el periodo de alta precipitación pluvial, la señal de δ¹⁵N se encuentra desacoplada de la sedimentación (respondiendo a mecanismos físicos, fuerte estratificación de la columna de agua debido a las lluvias, generando anoxia). Durante el periodo cuando la productividad se encuentra acoplada a la desnitrificación (modo de baja precipitación), la sedimentación y preservación local de BSi y CaCO₃ no están bien acopladas al carbono orgánico, probablemente porque BSi y CaCO₃ se originan de diferentes grupos de productores que responden a diferentes condiciones climáticas del océano y porque diversos procesos afectan estos trazadores durante su transporte y acumulación. Además, el COT presenta limitaciones como trazador ya que la fracción de carbono orgánico exportada y preservada en los sedimentos no es constante a través del tiempo y espacio, y depende de múltiples factores como la productividad superficial, la estacionalidad (Berger et al. 1989), la tasa de sedimentación (Müller y Suess 1979), el tamaño de grano del sedimento y área superficial (Hedges y Kiel 1995), y el contenido de oxígeno del agua de fondo (Hartnett et al. 1998). Por lo tanto, la tasa de carbono orgánico enterrado en los sedimentos no puede ser extrapolada linealmente a la producción exportada (Berger et al.1989).

En otras zonas del GC, como la cuenca de Guaymas (Sancetta 1995), se ha observado que los procesos que controlan el contenido de oxígeno del agua de fondo no se determinan por las condiciones de productividad superficial sino posiblemente por el contenido de oxígeno de las aguas intermedias que ingresan al GC, lo que sugiere que la desnitrificación es principalmente controlada por mecanismos físicos. En la cuenca Alfonso, este mecanismo parece estar relacionado con la inhibición de la mezcla vertical debido a una mayor estratificación de la columna de agua a causa de un aumento de la precipitación y aporte de agua dulce junto con una mayor advección lateral de ASS, lo cual coincide con un estudio de una trampa de sedimento recolectada en la cuenca entre 2002 y 2005 (Aguíñiga et al. 2010).

El análisis de MTM de δ¹⁵N, %MOT y anomalías de dIST (fig. 7) mostró variación a la misma escala, multidecadal (50 a 85 años, frecuencia entre 0.011 y 0.02 ciclos por año), que es típica de forzamientos como la ODP (Mantua et al. 1997) y de oscilaciones climáticas identificadas previamente para Norteamérica y el Pacífico Norte (50 a 70 años) a partir de datos instrumentales y la reconstrucción de anillos de árboles de la temperatura del aire (Minobe 1997). La robusta periodicidad decadal observada para la materia orgánica terrestre y δ¹⁵N sedimentario muestra que la precipitación pluvial responde a la variabilidad climática decadal del Pacífico Norte. Esto coincide con lo documentado por Barron y Anderson (2011) para registros del Pacífico nororiental. Estos autores proponen que la variabilidad climática del Holoceno tardío en Norteamérica ha sido principalmente controlada por el flujo de oeste a este influenciado por la dinámica océano-atmósfera del Pacífico Norte (e.g., El Niño y ODP). Nuestro registro para la cuenca Alfonso no puede resolver una variabilidad de tipo El Niño, pero se observa una variabilidad climática positiva de tipo ODP a 4200 años cal AP.

 

CONCLUSIONES

El registro de δ¹⁵N sedimentario de la cuenca Alfonso mostró cambios de origen regional, posiblemente asociados con cambios en la señal isotópica del ASS que ingresa a la cuenca. No obstante, los altos valores de δ¹⁵N, más altos que otros registros, sugieren una desnitrificación activa en la cuenca en el pasado, probablemente de origen climático regido por el forzamiento solar (IST) que actúa sobre la intensidad del monzón de Norteamérica, donde un aumento de la precipitación pluvial (incremento del %MOT y la razón C:N) resulta en mayor estratificación de la columna de agua y, por lo tanto, menor contenido de O₂, que a su vez resulta en mayor desnitrificación. La contribución de la señal isotópica de la materia orgánica terrestre al valor de δ¹⁵N es baja. La relación entre la productividad marina y la desnitrificación muestra dos modos de respuesta de la cuenca: un modo de alta precipitación pluvial (desnitrificación dominada por cambios en la estratificación) y un modo de baja precipitación pluvial (desnitrificación dominada por cambios en la productividad). Los registros cambian en intervalos de 50 a 85 años, una variabilidad identificada previamente para Norteamérica y el Pacífico Norte, y asociada con la ODP.

 

AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT, México, proyecto CB-2007-01-803 a OGY). CRV fue apoyada por una beca del CONACYT. Los análisis de isótopos de carbono se realizaron en CICIMAR-IPN a través del proyecto SIP20110143 a AS. Agradecemos a Stephanie Kienast su constructiva revisión preliminar del manuscrito, así como las revisiones y sugerencias formales de William Berelson (USC), Caty Tems (USC), Jason A Addison (USGS) y un revisor anónimo que permitieron mejorar el artículo.

 

REFERENCES

Aguíñiga S, Sánchez A, Silverberg N. 2010. Temporal variations of C, N, 5¹³C, and δ¹⁵N in organic matter collected by a sediment trap at Cuenca Alfonso, Bahía de La Paz, SW Gulf of California. Cont. Shelf Res. 30: 1692-1700.http://dx.doi.org/10.10167j.csr.2010.07.005        [ Links ]

Altabet MA. 2006. Isotopic tracers of the marine nitrogen cycle. In: Volkman J (ed.), Marine Organic Matter: Chemical and Biological Markers. The Handbook of Environmenta lChemistry. Springer-Verlag, pp. 251-293.http://dx.doi.org/10.1007/698_2_008        [ Links ]

Altabet MA, Francois R. 1994. Sedimentary nitrogen isotopic ratio as a recorder for surface ocean nitrate utilization. Global Biogeochem. Cycles 8: 103-116.http://dx.doi.org/10.1029/93GB03396        [ Links ]

Altabet MA, Francois R, Murray DW, Prell WL. 1995. Climate-related variations in denitrification in the Arabian Sea from sediment ¹⁵N/¹⁴N ratios. Nature 373: 506-509.http://dx.doi.org/10.1038/373506a0        [ Links ]

Altabet MA, Pilskaln C, Thunell R, Pride C, Sigman D, Chavez F, Francois R. 1999. The nitrogen isotope biogeochemistry of sinking particles from the margin of the eastern North Pacific. Deep-Sea Res. (I) 46: 655-679.http://dx.doi.org/10.1016/S0967-0637(98)00084-3        [ Links ]

Barron JA, Anderson L. 2011. Enhanced Late Holocene ENSO/PDO expression along the margins of the eastern North Pacific. Quatern. Int. 235: 3-12.http://dx.doi.org/10.1016/j.quaint.2010.02.026        [ Links ]

Berger WH, Smetacek VS, Wefer G. 1989. Ocean productivity and paleoproductivity: An overview. In: Berger WH, Smetacek VS, Wefer G (eds.), Productivity of the Oceans Present and Past: Report of the Dahlem Workshop on Productivity of the Ocean. Life Sciences Research Reports 44. Wiley, Chichester, pp. 1-34.         [ Links ]

Calvert SE, Pedersen TF, Karlin RE. 2001. Geochemical and isotopic evidence for post-glacial palaeoceanographic changes in Saanich Inlet, British Columbia. Mar. Geol. 174: 287-305.http://dx.doi.org/10.1016/S0025-3227(00)00156-0        [ Links ]

Cannariato KG, Kennett JP. 1999. Climatically related millennial-scale fluctuations in strength of California margin oxygen-minimum zone during the past 60 k.y. Geology 27: 975-978.http://dx.doi.org/10.1130/0091-7613        [ Links ]

Castro CL, McKee TB, Pielke RA. 2000. The climatology and interannual variability of the North American monsoon as revealed by the NCEP/NCAR reanalysis. Preprints. American Meteorological Society, 11th Symposium on Global Change Studies, Long Beach, CA, pp. 168-171.         [ Links ]

Cline JD, Kaplan JR. 1975. Isotopic fractionation of dissolved nitrate during denitrication in the eastern tropical North Pacific. Mar. Chem. 3: 271-299.http://dx.doi.org/10.1016/0304-4203(75)90009-2        [ Links ]

Codispoti LA, Christensen JP. 1985. Nitrification, denitrification and nitrous oxide cycling in the eastern tropical South Pacific Ocean. Mar. Chem. 16: 277-300. http://dx.doi.org/10.1016/0304-4203(85)90051-9        [ Links ]

Devol A. 1978. Bacterial oxygen uptake kinetics as related to biological processes in oxygen deficient zones of the oceans. Deep-Sea Res. 25: 137-146. http://dx.doi.org/10.1016/0146-6291(78)90001-2        [ Links ]

Douglas RG, Gorsline D, Grippo A, Granados I, González-Yajimovich O. 2001. Holocene ocean-climate variations in Alfonso Basin, Gulf of California, Mexico. In: West GJ, Buffaloe LD (eds.), Proceedings of the 18th PACLIM Workshop, Asilomar, Pacific Grove, CA, pp. 7-20        [ Links ]

Douglas RG, González-Yajimovich O, Ledesma-Vázquez J, Staines-Urias F. 2007. Climate forcing, primary production and the distribution of Holocene biogenic sediments in the Gulf of California. Quat. Sci. Rev. 26: 115-129.http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2006.05.003        [ Links ]

Francois R, Altabet MA, Burckle LH. 1992. Glacial to interglacial changes in surface nitrate utilization in the Indian sector of the Southern Ocean as recorded by sediment 8¹⁵N. Paleoceanography 7: 589-606.http://dx.doi.org/10.1029/92PA01573        [ Links ]

Frohlich C. 2009. Evidence of a long-term trend in total sola rirradiance. Astron. Astrophys. 501: 27-30.http://dx.doi.org/10.1051/0004-6361/200912318        [ Links ]

Ganeshram RS, Pedersen TF, Calvert SE, Murray JW. 1995. Large changes in oceanic nutrient inventories from glacial to interglacial periods. Nature 376: 755-758.http://dx.doi.org/10.1038/376755a0        [ Links ]

Ganeshram RS, Pederson TF, Calvert SE, McNeill GW, Fontugne MR. 2000. Glacial-interglacial variability in denitrification in the world's oceans: Causes and consequences. Paleoceanography 15: 361-376. http://dx.doi.org/10.1029/1999PA000422        [ Links ]

González-Yajimovich O. 2004. Holocene sedimentation in the southern Gulf of California and its climatic implications. PhD thesis, University of Southern California, Los Angeles, 211 pp.         [ Links ]

González-Yajimovich O, Douglas RG, Gorsline DS. 2004. Holocene record of ocean-climate variation in the Gulf of California: Rainfall and productivity. Proceedings of the 21st Annual Pacific Climate Workshop, Tech. Rep. 77, pp. 59-68.         [ Links ]

González-Yajimovich OE, Gorsline DS, Douglas RG. 2007. Frequency and sources of basin floor turbidites in Alfonso Basin, Gulf of California, Mexico: Products of slope failures. Sediment. Geol. 199: 91-105. http://dx.doi.org/10.1016/j.sedgeo.2005.09.025        [ Links ]

Gray ST, Betancourt JL, Fastie CL, Jackson ST. 2003. Patterns and sources of multidecadal oscillations in drought-sensitive treering records from the central and southern Rocky Mountains.Geophys. Res. Lett. 30: 1316. http://dx.doi.org/10.1029/2002GL016154        [ Links ]

Hartnett HE, Keil RG, Hedges JI, Devol AH. 1998. Influence of oxygen exposure time on organic carbon preservation in continental margin sediments. Nature 391: 572-574.http://dx.doi.org/10.1038/35351        [ Links ]

Hebbeln D, Marchant M, Freudenthal T, Wefer G. 2000. Surfacesediment distribution along the Chilean continental slope related to upwelling and productivity. Mar. Geol. 164: 119-137. http://dx.doi.org/10.1016/S0025-3227(99)00129-2        [ Links ]

Hedges JI, Keil RG. 1995. Sedimentary organic matter preservation: An assessment and speculative synthesis. Mar. Chem. 49: 81-115.http://dx.doi.org/10.1016/0304-4203(95)00008-F        [ Links ]

Hedges JI, Clark WA, Quay PD, Richey JE, Devol AH, Santos UM.1986. Compositions and fluxes of particulate organic matter in the Amazon River. Limnol. Oceanogr. 31: 717-738.http://dx.doi.org/10.4319/lo.1986.31.4.0717        [ Links ]

Hendy IL, Kennett JP. 2003. Tropical forcing of North Pacific intermediate water distribution during Late Quaternary rapid climate change? Quat. Sci. Rev. 22: 673-689. http://dx.doi.org/10.1016/S0277-3791(02)00186-5        [ Links ]

Hendy IL, Pedersen TF. 2006. Oxygen minimum zone expansion in the eastern tropical North Pacific during deglaciation. Geophys. Res. Lett. 33: L20602.http://dx.doi.org/10.1029/2006GL025975        [ Links ]

Holmes ME, Muller PJ, Schneider RR, Segl M, Patzold J, Wefer G.1996. Stable nitrogen isotopes in Angola Basin surface sediments. Mar. Geol. 134: 1-12. http://dx.doi.org/10.1016/0025-3227(96)00031-X        [ Links ]

Holz C, Stuut JBW, Henrich R, Meggers H. 2007. Variability interrigenous sedimentation processes off northwest Africa and its relation to climate changes: Inferences from grain-size distributions of a Holocene marine sediment record. Sediment. Geol. 202: 499-508.http://dx.doi.org/10.1016/j.sedgeo.2007.03.015        [ Links ]

Hu Q, Feng S. 2002. Interannual rainfall variations in the North American summer monsoon region: 1900-98. J. Climate 15:1189-1202.http://dx.doi.org/10.1175/1520-0442(2002)015<1189:IRVITN>2.0.CO;2        [ Links ]

Keigwin LD, Jones GA. 1990. Deglacial climatic oscillations in the Gulf of California. Paleoceanography 5: 1009-1023. http://dx.doi.org/10.1029/PA005i006p01009        [ Links ]

Kennett JP, Ingram BL. 1995. A 20,000-year record of ocean circulation and climate change from the Santa Barbara Basin. Nature 377: 510-514. http://dx.doi.org/10.1038/377510a0        [ Links ]

Kienast SS, Calvert SE, Pedersen TF. 2002. Nitrogen isotope and productivity variations along the northeast Pacific margin over the last 120 kyr: Surface and subsurface paleoceanography. Paleoceanography 17: 1055.http://dx.doi.org/10.1029/2001pa000650        [ Links ]

Lavín MF, Niiler P, Amador A, Castro R, Beier E. 2007. Surface velocity patterns in the Gulf of California from satellite-tracked drifters. American Geophysical Union 2007 Joint Assembly, Acapulco, 22-25 May, Abstract on CD, OS51D-02.         [ Links ]

Liu KK, Kaplan IR. 1989. The eastern tropical Pacific as a source of ¹⁵N-enriched nitrate in seawater off southern California. Limnol. Oceanogr. 34: 820-830.         [ Links ]

Magaña V. 1999. Los Impactos de El Niño en México. Dirección General de Protección Civil, Secretaría de Gobernación, México. 229 pp.         [ Links ]

Mann ME, Lees JM. 1996. Robust estimation of background noise and signal detection in climatic time series. Clim. Change 33:409-445.http://dx.doi.org/10.1007/BF00142586        [ Links ]

Mantua NJ, Hare SR, Zhang Y, Wallace JM, Francis RC. 1997. A Pacific interdecadal climate oscillation with impacts on salmon production. Bull. Am. Meteor. Soc. 78: 1069-1079. http://dx.doi.org/10.1175/1520-0477(1997)078<1069:APICOW>2.0.CO;2        [ Links ]

Meckler AN, Haug GH, Sigman DM, Plessen B, Peterson LC, Thierstein HR. 2007. Detailed sedimentary N isotope records from Cariaco Basin for Terminations I and V: Local and global implications. Global Biogeochem. Cycles 21, GB4019http://dx.doi.org/10.1029/2006GB002893.         [ Links ]

Meyers PA. 1994. Preservation of elemental and isotopic source identification of sedimentary organic matter. Chem. Geol. 114:289-302.http://dx.doi.org/10.1016/0009-2541(94)90059-0        [ Links ]

Minobe S. 1997. A 50-70 year climatic oscillation over the North Pacific and North America. Geophys. Res. Lett. 24: 683-686.http://dx.doi.org/10.1029/97GL00504        [ Links ]

Monreal-Gómez MA, Molina-Cruz A, Salas-de León DA. 2001. Water masses and cyclonic circulation in La Paz Bay, Gulf of California, during June 1998. J. Mar. Syst. 30: 305-315. http://dx.doi.org/10.1016/S0924-7963(01)00064-1        [ Links ]

Mortlock RA, Froelich PN. 1989. A simple method for the rapid determination of biogenic opal in pelagic marine sediments. Deep-Sea Res. (A) 36: 1415-1426.http://dx.doi.org/10.1016/0198-0149(89)90092-7        [ Links ]

Müller PJ, Suess E. 1979. Productivity, sedimentation rate and sedimentary organic matter in the oceans. I. Organic carbon preservation. Deep-Sea Res. 26: 1347 - 1362.http://dx.doi.org/10.1016/0198-0149(79)90003-7        [ Links ]

Nava-Sánchez EH, Gorsline DS, Molina-Cruz A. 2001. The Baja California peninsula borderland: Structural and sedimentological characteristics. Sediment. Geol. 144: 63-82.http://dx.doi.org/10.1016/S0037-0738(01)00135-X        [ Links ]

Obeso-Nieblas M. 2003. Variabilidad espacio temporal de las condiciones oceanográficas de la Bahía de La Paz. PhD thesis, CICIMAR, Instituto Politecnico Nacional, 337 pp.         [ Links ]

Obeso-Nieblas M, Shirasago-Germán B, Gaviño-Rodríguez JH, Obeso-Huerta H, Pérez-Lezama EL, Jiménez-Illescas AR. 2007. Hydrography at the North Mouth of La Paz Bay, Baja California Sur, Mexico. Cienc. Mar. 33: 281-291.         [ Links ]

Owens NJP, Law CS. 1989. Natural variations in ¹⁵N content of riverine and estuarine sediments. Estuar. Coast. Shelf Sci. 28:407-416.http://dx.doi.org/10.1016/0272-7714(89)90088-7        [ Links ]

Pérez-Cruz L. 2013. Hydrological changes and paleoproductivity in the Gulf of California during middle and late Holocene and the irrelationship with ITCZ and North American Monsoonvariability. Quat. Res. 79: 138-151.http://dx.doi.org/10.1016/j.yqres.2012.11.007        [ Links ]

Peters KE, Sweeney RE, Kaplan IR. 1978. Correlation of carbonand nitrogen stable isotope ratios in sedimentary organic matter. Limnol. Oceanogr. 23: 598-604.         [ Links ]

Poore RZ, Pavich MJ, Grissino-Mayer HD. 2005. Record of the North American southwest monsoon from Gulf of Mexico sediment cores. Geology 33: 209-212.http://dx.doi.org/10.1130/G21040.1        [ Links ]

Pride C, Thunell R, Sigman D, Keigwin L, Altabet M, Tappa E.1999. Nitrogen isotopic variations in the Gulf of California since de last deglatiation: Response to global climate change. Paleoceanography 14: 397-409.http://dx.doi.org/10.1029/1999PA900004        [ Links ]

Sancetta C. 1995. Diatoms in the Gulf of California: Seasonal flux patterns and the sediment record for the last 15,000 years. Paleoceanography 10: 67-84.http://dx.doi.org/10.1029/94PA02796        [ Links ]

Schultz D, Calder JA. 1976. Organic carbon 13C/12C variations in estuarine sediments. Geochim. Cosmochim. Acta 40: 381-385.http://dx.doi.org/10.1016/0016-7037(76)90002-8        [ Links ]

Sánchez A, López-Ortiz BE, Aguíñiga S, Balart E. 2013. Distribution and composition of organic matter in sediments of the oxygen minimum zone of the northeastern Mexican Pacific.J. Iber. Geol. 39:111-120.         [ Links ]

Sigman D. 2001. Ocean nutrient cycling: Today and in the past. The Smilodon. Princeton Geosciences Newsletter 42: 1-5.         [ Links ]

Silverberg N, Martínez A, Aguíñiga S, Carriquiry JD, Romero N, Shumilin E, Cota S. 2004. Contrasts in sedimentation flux below the southern California Current in late 1996 and during the El Niño event of 1997-1998. Estuar. Coast. Shelf Sci. 59:575-587.http://dx.doi.org/10.1016/j.ecss.2003.11.003        [ Links ]

Steinhilber F, Beer J, Frohlich C. 2009. Total solar irradiance duringthe Holocene. Geophys. Res. Lett. 36, L19704. http://dx.doi.org/10.1029/2009GL040142        [ Links ]

Stuiver M, Reimer P. 1993. Extended ¹⁴C database and revised CALIB radiocarbon calibration program. Radiocarbon 35:215-230.         [ Links ]

Sweeney RE, Liu KK, Kaplan IR. 1978. Oceanic nitrogen isotopes and their uses in determining the source of sedimentary nitrogen. In: Robinson BW (ed.), Stable Isotope in the Earth Science. New Zealand Department of Scientific and Industrial Research, Wellington, pp. 9-26.         [ Links ]

Thunell RC. 1998. Seasonal and annual variability in particle fluxes in the Gulf of California: A response to climate forcing. Deep-Sea Res. (I) 45: 2059-2083.http://dx.doi.org/10.1016/S0967-0637(98)00053-3        [ Links ]

Van Geen A, Fairbanks RG, Dartnell P, McGann M, Gardner JV, Kashgarian M. 1996. Ventilation changes in the northeast Pacific during the last deglaciation. Paleoceanography 11:519-528.http://dx.doi.org/10.1029/96PA01860        [ Links ]

Van Geen A, Zheng Y, Bernhard JM, Cannariato KG, Carriquiry J, Dean WE, Eakins BW, Ortiz JD, Pike J. 2003. On the preservation of laminated sediments along the western margin of North America. Paleoceanography 18: 1098.http://dx.doi.org/10.1029/2003PA000911        [ Links ]

Versteegh GJM, Zonneveld KAF. 2002. Use of selective degradation to separate preservation from productivity. Geology30: 615-618.http://dx.doi.org/10.1130/0091-7613        [ Links ]

Zhao M, Mercer JL, Eglinton G, Higginson MJ, Huang C-Y. 2006. Comparative molecular biomarker assessment of phytoplankton paleoproductivity for the last 160 kyr off Cap Blanc, NW Africa. Org. Geochem. 37: 72-97. http://dx.doi.org/10.1016/j.orggeochem.2005.08.022        [ Links ]

 

Nota

Traducido al español por Christine Harris.