Estudio de los quironómidos subfósiles como indicadores de las variaciones en el clima regional a ambos lados de la Diagonal Árida (Patagonia y Pampa) en los últimos 1000 años

Abstract

Las reconstrucciones paleoambientales y paleoclimáticas a partir de indicadores (proxies) archivados en los sedimentos acumulados en los lagos, permiten conocer la dinámica de estos ecosistemas y la respuesta de los mismos frente a la variabilidad ambiental pasada a distintas escalas que van desde milenios a decenios de años. Los cambios en el clima y la actividad antrópica son las principales forzantes de cambio en los ambientes lacustres. Los restos subfósiles de las larvas de quironómidos (Diptera: Chironomidae) son útiles paleoindicadores (paleoproxies) biológicos porque responden a los cambios en las condiciones ambientales del pasado. Además, son utilizados en estudios multiproxy ya que proveen información independiente que, combinada con otros proxies, genera una respuesta integrada de las condiciones ambientales que reinaron en el pasado. Los últimos estudios paleolimnológicos del norte de la Patagonia y centro de Argentina indican la existencia de un contraste regional en cuanto a precipitaciones y temperaturas que se evidencia a lo largo de la Diagonal Árida Argentina. Esta franja escinde dos grandes conjuntos de sistemas lacustres con diferente regulación hídrica y con respuesta paleohidrológicas contrarias frente a fases climáticas conocidas, como por ejemplo la Pequeña Edad de Hielo. El objetivo principal de esta tesis fue estudiar las variaciones ambientales (naturales y antrópicas) registradas durante los últimos ca. mil años a ambos lados de la Diagonal Árida (DA) con el fin de aportar nuevas evidencias del contraste climático regional (anti-fase). Para ello se estudiaron y compararon los ensambles de quironómidos subfósiles contenidos en secuencias sedimentarias lacustres ubicadas a un lado y otro de la DA. Las secuencias sedimentarias seleccionadas fueron Laguna la Barrancosa (37° S) en el suroeste de la provincia de Buenos Aires, región Pampeana y Lagunas Verde y Toncek (41° S) en el noroeste de Patagonia. Para reconstruir la historia ambiental de cada laguna y relacionarla con los eventos climáticos de los últimos 1000 años, se incorporó información provista por otros proxies sedimentarios como los pigmentos fotosintéticos fósiles (derivados de clorofila y carotenoides totales), la materia orgánica y en los casos que fue posible, información geoquímica (N, C, S) y de ostrácodos. Los resultados obtenidos en cada secuencia sedimentaria a partir de los indicadores estudiados permitieron definir diferentes intervalos de tiempo o períodos con distintas condiciones ambientales. Se definieron 3 períodos climáticos en la historia ambiental de la laguna La Barrancosa: Un primer período oscilante entre condiciones secas y húmedas, entre ~610-1278 AD, coincidentes en parte con la Anomalía Climática Medieval; un segundo período, entre ~1278-1947 AD dominado por condiciones más secas asociada al período la Pequeña Edad de Hielo; y finalmente un tercer período, el más actual, entre 1947-2012 AD, dominado por condiciones húmedas en su primera parte y coincidente con el Salto Climático del siglo XX. La dinámica ambiental, en la historia más reciente de la laguna ubicada en el suroeste de la provincia de Buenos Aires, estuvo marcada por una fuerte impronta de las actividades antrópicas en la región y por el incremento de las precipitaciones con inicio en la década del 1940. Durante el siglo XV, se infirió el establecimiento de un ambiente temporal sub-salino y un balance hidroclimático negativo. Durante la década de 1970, La Barrancosa se habría establecido como una laguna permanente en estado trófico “claro”, asociado al incremento en las precipitaciones regionales (Salto Climático del siglo XX) y al cambio ecológico regional que impulsó el cambio en los patrones de circulación y precipitaciones de esa región. Desde 1990, los procesos de eutrofización en la laguna se aceleraron, probablemente como consecuencia del incremento en la actividad agrícola que registró el área y por el uso de técnicas agrícolas modernas basadas en el uso intensivo de fertilizantes y pesticidas. Otras actividades como la siembra de la especie Odontesthes bonariensis, podría haber favorecido los procesos de eutrofización en la laguna. En la Laguna Verde se definieron 3 períodos climáticos diferentes: el primero de ellos entre ~1561-~1670 AD dominado por condiciones frías y húmedas coincidente, en parte, con el transcurso de la Pequeña Edad de Hielo en Patagonia; un segundo período ~1670- ~1878 AD dominado en su última parte por condiciones mayormente secas; y por último el tercer período, el más actual entre ~1878-2012 AD coincidente en su última parte con el calentamiento global del siglo XX registrando condiciones climáticas más cálidas que en el período anterior. Por último el registro sedimentario de la laguna Toncek, permitió definir 2 períodos climáticos, el primero de ellos (~1644-1960 AD) dominado mayormente por condiciones frías. En la primera parte de este período y hasta ~ 1870 AD habrían dominado condiciones húmedas y frías coincidente también con el transcurso de la Pequeña Edad de Hielo. Y un segundo período 1960 AD-2012 AD, coincidente con el calentamiento global del siglo XX que habría permitido un leve incremento en la productividad de la lagunas. Las importantes diferencias en cuanto a riqueza y abundancia que se observan en los registros de quironómidos subfósiles de las lagunas Verde y Toncek, se relacionan principalmente a condiciones locales (ubicación por encima y por debajo de la línea de crecimiento arbóreo, tipo de cuenca cerrada o abierta, presencia o ausencia de macrófitas) que, entre otras diferencias, definen la contribución de material orgánico, con gran impacto en la dinámica del ambiente y en la composición faunística. En términos generales, las paleocomunidades de quironómidos de cada ambiente reflejaron cambios importantes en su composición y abundancia frente a eventos climáticos, hidrológicos y antrópicos ocurridos durante los últimos 1000 años en el sudoeste de la provincia de Buenos Aires y últimos 500 años en el sector noroeste de Patagonia. Sin embargo, en todos los registros los cambios más notorios se evidenciaron en los últimos 100 años de la historia evolutiva de cada laguna y particularmente en los ambientes del Noroeste de Patagonia por el impacto recurrente de caída de cenizas en el área, proveniente del área cercana chilena durante los últimos 200 años. Las reconstrucciones paleoambientales efectuadas a un lado y otro de la DA permitieron observar patrones de respuesta opuestos en cuanto a cambios en los niveles de agua y productividad durante el período climático frío denominado Pequeña Edad de Hielo. Los cambios hidroclimáticos de los últimos 1000 años, fueron más notorios en el ambiente pampeano, Laguna La Barrancosa, ubicado en el suroeste de la provincia de Buenos Aires. Por otro lado en todos los registros, se observaron cambios de productividad en los últimos 100 años, los cuales estarían asociados a una combinación de 1) aumento de temperatura durante el calentamiento global del siglo XX (desde ~1900) y 2) incremento en las actividades antrópicas (con mayor evidencia en la región pampeana) combinadas con las características propias y locales de cada ambiente (régimen hídrico, cuenca, procesos intrínsecos).

The paleoenvironmental and paleoclimatic reconstructions based on proxies from lake sediments provide information about the dynamic of lakes and the responses of these ecosystems to past climatic variability, at different time scales from millennia to decades. Changes in climate and anthropogenic activities are the main drivers of changes in aquatic ecosystems. Subfossil chironomids (Diptera: Chironomidae) are useful paleoindicators due to their specific response to past environmental conditions. In addition, they can be used in multiproxy studies as an independent information of past environmental conditions. Last paleoclimate records from northern of Patagonia and central of Argentina indicated a regional contrast related to precipitations and temperature along the so call “Diagonal Arida” Argentina. This narrow climatic band distinguishes twogroups of lakes systems with different hydrological regime and with diverse paleohydrological responses to short climatic phases such as the Little Ice Age. The aim of this Thesis was to study the environmental variations (natural and anthropic) recorded during the last ca. 1000 years on both sides of the “Diagonal Arida” (DA) in order to provide new evidences of the asynchronous regional climate (anti-phase). To meet the objectives, chironomid assemblages from lakesla Barrancosa (37 °S), southwest of the province of Buenos Aires (Pampean region) and from lakesVerde and Toncek) (41 °S) in northwestern Patagonia were analyzed and compared to reconstruct the environmental history of each lake and the dominant climatic phases during the last 1000 years. Complementary information fromgeochemical parameters such as fossil pigments (CD, TC), organic matter and, when it was available, nutrients and ostracods were used to reconstruct the paleolimnological conditions of the each lake. Results from the multiproxy analysis from each sedimentary sequence, allowed to detect different periods associated each one to different environmental conditions.Three climatic periods were defined on thepaleoenvironmental history of lake La Barrancosa. The first period,between ~610-1278 AD, dry/ wet climatic fluctuations were inferred. The last part of this period was associated to the Warm Medieval Anomaly. The second period, between ~1278-1947 AD, a negative hydrological balance was detected which was associated to the Little Ice Age. Finally, the third period, between 1947-2012 AD, wet climatic conditions were inferred associated to the increase of regional precipitation since 1940 ca. The environmental dynamics oflakeLa Barrancosa reveals a hydroclimatic variability and human impact trends in the area during the 20th century. During the 15th century, the Barrancosa sedimentary record allowed to infer negative hydrological balance and theestablishment of a temporary, sub-saline environment. An ecological regional shiftat the 1970s marks the onset of the mid-20th century climatic amelioration driven by changes in circulation patterns and precipitations, allowed the establishment of a clear waters shallow lake. Since 1990, the eutrophication processes were accelerated, probably as a consequence of the great increase in the agriculture around the lake and the transition from the traditional to modern techniques based on extensive use of fertilizers and pesticides in the region. Other activities such as the introduction of the fish species Odontesthes bonariensis, could have favoured eutrophication processes in this lake.The subfossil chironomid records from lakes Verde and Toncek documented changes in the assemblage composition and absolute abundance in the last ca. 500 yrs in response to a combination of diverse environmental drivers.Three climatic periods were defined in the paleoenvironmental history of lake Verde. The first period, between 1561-~1670 AD was dominated by cold and wet climatic conditions and associated, in part, with the Little Ice Age; a second period, between ~1670-~1878 AD, was dominated dry climatic conditions mainly in the last part of the period and, a third period, between ~1878-2012 AD, dominated by warm climatic conditions associated with the current global warmingperiod. The paleolimnological record of lake Toncek was divided in two climatic periods. The first period, between ~1644-1960 AD, was dominated mostly by cold conditions coincident with Little Ice Age, a second period, between 1960 AD and 2012 AD, was synchronous to the current general trend of increasing temperatures associated with current global warmingperiod. These climatic conditions allowed more productive conditions. Ash falls from nearby volcanoes appear to be one of the factors of change in the chironomid assemblages mainly in lake Toncek although in the last ca. 50 years, climate warming and human impacts have also been responsible for changes in the midge communities of each lake. Superimposed to volcanism, others environmental factors interplay in the lake ecosystem, such as hydrology, watershed characteristics and quality and quantity of organic matter as key to understanding changes in the composition and diversity of biota in remote lakes through time.Summarizing, the paleocommunities of chironomids of each environment studied reflected important changes in its composition and abundance related to climatic, hydrological and anthropic drivers acting during the last 1000 years in the southwest of the province of Buenos Airesand, in the last 500 years in the northwest of Patagonia although the most important changes, in the last two lakes were evident in the last 100 years. During the last 200 years, the impact of volcanic tephra from nearby Chilean volcanoes caused importantchange to the chironomid records from the northern patagonian lakes. The paleoenvironmental reconstructions from the studied lakes allowed to detect different response patterns in terms of water level changes, climate and productivity changes at both sides of the “Diagonal Arida” especially during the so called LIA. Hydroclimatic changes during the last 1000 years were more evident in the Pampas lake, La Barrancosa. On the other hand, in all the records, productivity changes were observed in the last 100 years which could be linked to 1) general trend of increasing temperatures observed in South America since 1900AD and 2) to anthropic drivers (mainly at lake La Barrancosa) combined with local environmental characteristics such as hydrology, catchment area,intrinsec process, between others.