Estudio geomorfológico y sedimentológico de lagos y lagunas de altura de los andes fueguinos

Abstract

Los Andes Fueguinos se ubican en el sur de la Isla Grande de Tierra del Fuego y, al igual que gran parte de ésta, fueron englazados en reiteradas oportunidades durante el Pleistoceno. La acción erosiva de los glaciares quedó fuertemente registrada en su paisaje, siendo los circos y valles los rasgos erosivos más distintivos y abundantes. Éstos, en su interior, presentan numerosas cubetas de sobreexcavación glacial ocupadas por turberas, lagos y lagunas, siendo estas últimas el objeto de estudio de esta Tesis Doctoral. Los objetivos principales consisten en: i) caracterizar geomorfológicamente y sedimentológicamente lagunas de altura de los Andes Fueguinos; ii) identificar cambios climáticos y ambientales durante el último milenio en Tierra del Fuego (TDF) y iii) compararlos y correlacionarlos con aquellos provenientes de registros fósiles estudiados en turberas, para establecer la cronología regional de eventos paleoclimáticos durante el Holoceno tardío. Para la resolución de estos objetivos se presentan tres ejes de estudio principales: i) desarrollo de un inventario y análisis morfométrico de lagos y lagunas de altura de los Andes Fueguinos; ii) un mapeo y análisis geomorfológico de cinco sitios seleccionados de acuerdo a la presencia de lagunas de altura y a sus orientaciones hacia diferentes puntos cardinales; y iii) análisis sedimentológico y geoquímico de dos testigos obtenidos del fondo de dos lagunas, seleccionadas en base a la presencia de morenas asignadas a la Pequeña Edad de Hielo (PEH; < 1.000 años). Mediante el análisis de imágenes satelitales y modelos digitales de elevación se inventariaron 346 lagos y lagunas de agua dulce, emplazados en circos, valles glaciales principales y colgantes, cols, superficies de erosión glacial y laderas, y se registraron atributos y parámetros morfométricos para cada uno. Del análisis cuantitativo de 335 cuerpos de agua inventariados surge que su emplazamiento más recurrente es en circos y entre 800 y 700 m s. n. m. El desarrollo areal, la orientación y la forma de estos cuerpos de agua están controlados por las geoformas en las que se emplazan, siendo la superficie media de 0,057 km2, la orientación dominante hacia el SE y la forma predominante circular. La posición relativa de las lagunas respecto a los modelos de deglaciación luego del Último Máximo Glacial (UMG) y al alcance de distintos pulsos glaciales descriptos en la zona de estudio permite determinar que el origen de estas lagunas se extiende desde el inicio del Tardiglacial hasta la actualidad. El orden de formación sería: i) lagunas emplazadas en el piso de valles principales, al inicio del Tardiglacial; ii) lagunas ubicadas en el piso de valles colgantes, cols y superficies de erosión glacial, posiblemente hacia fines del Tardiglacial-Holoceno temprano; iii) lagunas de circo, a partir del Holoceno temprano hasta la actualidad. Las lagunas ubicadas aguas arriba de morenas PEH (lagunas post-PEH) se formaron durante el último siglo. El desarrollo y distribución de glaciares, la ocurrencia de procesos erosivos glaciales, de remoción en masa, proglaciales y periglaciales, y la configuración morfométrica de los circos, valles y lagunas de los Andes Fueguinos han sido controlados por el relieve preexistente, la litología, las estructuras tectónicas, la posición latitudinal (54° 23’ a 55°), la ubicación geográfica insular, las condiciones climáticas dominadas por los vientos húmedos del O y SO, y una mayor insolación en laderas con orientación N. Estos agentes de control han intervenido principalmente en la disposición, predominante hacia el SE, de las geoformas primarias (circos y valles), en las cuales se emplazan las lagunas, y que comprende la orientación más favorable para el desarrollo de glaciares y cubetas de sobreexcavación glacial. A su vez, los arcos morénicos asignados a avances glaciales del Tardiglacial, Holoceno medio y tardío, se ubican principalmente en circos y valles orientados hacia el S y SE. Se reconocieron geoformas de origen glacial (glacial marginal y subglacial), proglacial, glacifluvial, periglacial, de remoción en masa y fluvial a partir de la confección de mapas geomorfológicos de detalle y descripción de unidades geomorfológicas en los sitios Esmeralda (orientación S), Ceniza (S), Turquesa (N), Cinco Hermanos (SO) y glaciar Chato (SE). La amplitud altitudinal y las orientaciones de los circos y valles han ejercido un control en el desarrollo de geoformas en su interior. Esto genera que, en laderas con orientación hacia el cuadrante S y superiores a 580 m s. n. m. se desarrollen lóbulos de solifluxión y glaciares de roca activos. La presencia de estos glaciares permite proponer la existencia de permafrost esporádico en los sitios Ceniza y Cinco Hermanos. Asimismo, las morenas PEH se encuentran en cotas entre 560 y 930 m s. n. m. y asociadas a laderas de exposición S. Los sitios que alcanzan altitudes inferiores a la línea de bosque, hasta 200 m s. n. m., se encuentran tapizados por vegetación, allí dominan los procesos fluviales y el desarrollo de turberas. Las geoformas asociadas a procesos de remoción en masa se encuentran en todos los sitios, aunque en los sectores de mayor altitud son más activos que VI en aquellos con cobertura vegetal. El desarrollo de geoformas en circos y valles se vincula al ajuste geomorfológico producido a partir de los principales cambios climáticos ocurridos desde el UMG, principalmente mediante procesos proglaciales y paraglaciales acontecidos durante el Tardiglacial y luego de los avances Tardiglaciales y Neoglaciales. Estos avances se registran, mediante arcos morénicos, sólo en algunos sitios de los Andes Fueguinos, como el valle de Esmeralda, Ceniza y glaciar Chato. Los glaciares que aún persisten en los circos se ubican en el sector centro-occidental del área de estudio, debido a la mayor altitud topográfica y a la mayor precipitación a causa del efecto de sombra pluviométrica. Se reconocen 34 lagunas que reciben el aporte directo de agua de deshielo de algunos de estos glaciares. A su vez, estos glaciares de circo se encuentran en constante retroceso y dando lugar al desarrollo de geoformas proglaciales y la generación de nuevas lagunas. El estudio de testigos sedimentarios obtenidos en las lagunas Esmeralda y Ceniza, comprende un análisis sedimentológico, mineralógico y geoquímico elemental. Las edades radiocarbónicas arrojan un registro de, al menos, los últimos 2.775 años cal. A.P. y 1.575 años cal. A.P., respectivamente. Se reconocen facies asociadas a momentos de baja temperatura y avance glacial (facies denominadas por harina de roca, limosas), al congelamiento de la superficie lagunar (facies limoarcillosas), y a momentos de elevado escurrimiento superficial, por tanto, a deshielo glacial (facies limoarenosas y arenolimosas). Asimismo, se identifican facies vinculadas a procesos de remoción en masa de laderas circundantes a las lagunas (arenolimosas). Las facies posteriores a 1.000 años cal. A.P. se vinculan con los principales cambios climáticos reconocidos durante el Holoceno tardío, principalmente el Óptimo Climático Medieval (OCM) y la PEH. En la sección superior del testigo de laguna Ceniza, la ocurrencia de facies limoarenosas podrían asociarse al OCM, mientras que las facies limosas y limoarcillosas tendrían mayor desarrollo durante la PEH. Estas variaciones climáticas se asocian a los eventos de oscilación antártica y migración de los vientos del oeste, y son correlacionables con interpretaciones generadas a partir de estudios polínicos llevados a cabo por diferentes autores en turberas de la zona. Estos resultados demuestran que el estudio de testigos sedimentarios de lagunas proglaciales se puede correlacionar con el desarrollo geomorfológico y la dinámica externa a los cuerpos de agua, demostrando ser de gran relevancia en las interpretaciones paleoclimáticas y VII paleoambientales del Holoceno tardío y un excelente complemento a los estudios basados en otros proxies.

The Fuegian Andes, located in the south of the Isla Grande de Tierra del Fuego underwent several glaciations events during the Pleistocene. The glacial, erosive action strongly shaped the landscape, being the cirques and valleys the most distinctive and abundant erosive features. Many of these cirques and valleys have numerous overdeepened glacial basins, currently occupied by peat bogs, lakes, and tarns, being both lakes and tarns, study subject of this Thesis. The main objectives of this study are: i) to characterize the geomorphology and sedimentology of high altitude lakes in the Fuegian Andes; ii) to identify climatic and environmental changes during the last millennium in Tierra del Fuego (TDF); and iii) to correlate these environmental changes with those recognized in the fossil records from peatlands, in order to establish the regional chronology of paleoclimatic events during the late Holocene. In order to achieve these objectives, three main lines of study are presented: (i) making of an inventory and morphometric analysis of high altitude lakes and tarns; (ii) mapping and geomorphological analysis of five sites selected, according to the presence of high altitude lakes and orientations towards different cardinal points; and (iii) sedimentological and geochemical analysis of two cores obtained from the bottom of two lakes, selected based on the presence of moraines assigned to the Little Ice Age (LIA; < 1. 000 years). The analysis of satellite images and digital elevation models allowed identify 346 freshwater lakes and tarns. These water bodies, located in cirques, main and hanging glacial valleys, cols, glacial erosion surfaces, and slopes, were featured through attributes and morphometric parameters. The quantitative analysis on 335 inventoried water bodies, allow determined to cirques as most recurrent emplacement site, in the altitude range of 800 and 700 m a. s. l. The area, orientation, and shape of these water bodies are controlled by the landforms in surroundings. The mean surface area is 0.057 km2, the dominant orientation is towards SE, and the predominant shape is circular. Based on the relative position of the water bodies, regard to the deglaciation patterns after the Last Glacial Maximum (LGM), and the outer boundaries of different glacial pulses described in the study area, allows us to determine that these lakes and tarns formed from the beginning of the Tardiglacial up to the present. The order of formation is: i) lakes located on the floor of the main valleys; ii) lakes and tarns located on the floor of hanging valleys, cols and glacial erosion surfaces, possibly in the end of the Late Tardiglacial-Early Holocene; and iii) lakes located in cirques, from the early Holocene to the present. Lakes upstream of LIA moraines (post-LIA lakes) have formed during the last century. Features such as distribution of glaciers, occurrence of glacial erosion, mass wasting, proglacial and periglacial processes, and morphometric configuration of cirques, valleys and lakes, were genetically controlled by pre-existing relief, lithology, tectonism, latitudinal position (54° 23' to 55°), insular geographic situation, climatic conditions (humid winds from the W and SW), and north-facing slopes insolation. These control factors favored a predominant SE orientation of the primary landforms (cirques and valleys), in which the lakes are located, and the most favorable orientation for glaciers and overdeepened glacial basins development. In turn, the morainic arcs assigned to glacial advances of the Tardiglacial, middle and late Holocene, are located mainly in cirques and valleys oriented to the S and SE. Landforms of glacial (ice-marginal and subglacial), proglacial, glacifluvial, periglacial, mass wasting and fluvial origin were recognized from the preparation of detailed geomorphological mapping, and description of geomorphological units at the Esmeralda (S orientation), Ceniza (S), Turquesa (N), Cinco Hermanos (SW) and Chato glacier (SE) sites. The altitudinal range and the orientation of cirques and valleys have controlled the development of landforms in their interior. Solifluction lobes and active rock glaciers occur on slopes face towards the S quadrant and at altitudes above 580 m a. s. l. The presence of these glaciers allows propose the existence of sporadic permafrost at the Ceniza and Cinco Hermanos sites. LIA moraines are found at altitudes between 560 and 930 m a. s. l. and are associated with south-faced slopes. The sites at altitudes below the forest line, up to 200 m a. s. l., are covered by vegetation, being dominant fluvial processes and formation of peat bogs. The landforms originated by mass wasting processes are found in all sites, being more frequent in high altitude sectors, with scarce vegetation cover. The development of landforms in cirques and valleys is linked to the geomorphological adjustment produced by the climatic changes occurred since the LGM, mainly through proglacial and paraglacial processes in the Tardiglacial and after the Tardiglacial and Neoglacial advances. These events are recorded through morainic arcs, only in some sites of the Fuegian Andes, such as the Esmeralda, Ceniza and Chato glacier valleys. Extent glaciers inside some cirques, and located in the central-western sector of the study area, persist due to a higher altitude and to the higher precipitation caused by the rain shadow effect. There are 34 lakes that receive the direct contribution of meltwater from some of these glaciers. These cirque glaciers are in constant retreatment, giving rise to the development of proglacial landforms and the generation of new lagoons. The study of sedimentary cores obtained in the Esmeralda and Ceniza lakes included sedimentological, mineralogical and elemental geochemical analysis. The radiocarbon ages obtained show a record of at least the last 2,775 years cal. B.P. and 1,575 years cal. B.P., respectively. Recognized facies were related to low temperature times (silty rock flour facies), to freeze (surface) lake moments (silty clay facies), and to moments of high surface runoff and glacial thaw (sandy silt and silty sand facies). Furthermore, facies linked to mass wasting processes in slopes surrounding lakes were also identified (silty sand facies). The facies after 1,000 years cal. B.P. are linked to the main climatic changes recognized during the late Holocene, mainly the Medieval Climatic Optimum (MCO) and the LIA. In the upper section of the Laguna Ceniza core, the occurrence of silty sand facies could be associated with the MCO, while silty and silty clay facies would have greater development during the LIA. These climatic variations are associated with the Antarctic oscillation and westerly wind migration events, coinciding with interpretations from pollen studies in peatlands. These results demonstrate that the study of sedimentary cores from proglacial lakes can be correlated with the geomorphological development and external dynamics of water bodies, proving to be a strong proxy for paleoclimatic and paleoenvironmental interpretations for the late Holocene.