Parra et al.
CRONOLOGÍA E ISOTOPIA δ13C DE LA TURBERA LLANO GRANDE, PÁRAMO DE FRONTINO L. Norberto Parra, J. Orlando Rangel-Ch. & Thomas Van der Hammen
RESUMEN Con 38 dataciones radiométricas distribuidas en 12.5 metros de profundidad, la turbera de Llano Grande en el Páramo de Frontino, es uno de los sitios mejor documentados en cuanto a dataciones de los páramos de Colombia y alberga uno de los registros temporalmente más completos de los periodos Tardiglacial y Holoceno de Colombia, con una edad estimada en el fondo de 14500 años C14 BP. ABSTRACT The Llano Grande peat bog in the páramo of Frontino is one of the best dated sites among the páramos of Colombia. It has 38 radiometric records along a depth of 12.5 m and has one of the most complete records from the Tardiglacial-Holocene periods, with an estimated age at the bottom of 14500 14 C years BP. INTRODUCCIÓN En la actualidad el empleo de los distintos isótopos del Carbono, 12C, 13C y 14C, está ayudando a dilucidar una gran variedad de fenómenos; el uso más tradicional y a veces el único fin, es asignarle una edad a un segmento de la columna estratigráfica o a una muestra en particular; sin embargo, la repartición isotópica del Carbono estable, expresada como la relación δ13C, está permitiendo conocer mejor la dinámica de este elemento en la naturaleza. El objetivo de poder asignar una edad a cada punto de una perforación es crear un eje de
referencia vertical en términos de tiempo; ésta es la forma tradicional de referir y registrar los eventos deducibles de algún componente del sedimento, especialmente con fines de correlación. No obstante, existen otros modos estratigráficos igualmente válidos de expresar los mismos eventos, por ejemplo, respecto a la profundidad o con distancias respecto a los límites de estratos notorios en el núcleo. Establecer un marco cronológico para un núcleo es una tarea muy importante, ya que el tiempo se relaciona con varios parámetros de una investigación paleoecológica; entre los más relevantes se tienen el establecimiento de las fechas de presencia o de duración de los eventos antiguos y el cálculo de las tasas de cambio o de depositación. En particular, cuando se trata de lograr altas resoluciones o aplicar técnicas avanzadas a los datos como el análisis espectral, la asignación de edades es decisiva. En este trabajo se intenta emplear la información sobre las diversas formas del Carbono, para indagar acerca de los procesos que se están presentando en el ecosistema paramuno, más que para la asignación de fechas; acción que demanda un conocimiento más preciso de los fenómenos que afectan a los isótopos del Carbono y de los supuestos teóricos acerca de los métodos. LA TÉCNICA DEL RADIOCARBONO Los usos del radiocarbono se basan en procesos naturales ligados a este elemento como la producción del Carbono radiactivo, el fraccionamiento isotópico y el decaimiento radiactivo. 43
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
El 14C radiactivo se produce en la alta atmósfera por una interacción entre los rayos cósmicos y el 14N; este 14C, en forma de CO2 radiactivo es redistribuido y mezclado con el CO2 normal casi inmediatamente por toda la atmósfera y de esta forma entra a formar parte del ciclo de Carbono terrestre. Sin embargo, la tasa de producción del 14C no es constante a través del tiempo, ya que algunos factores afectan directamente su valor como son el flujo de los rayos cósmicos, la intensidad del campo geomagnético, la actividad solar y como recientemente se ha documentado por las explosiones atómicas. A pesar de que sólo existe un átomo de 14C en cada 1,000,000,000,000 de átomos de 12 C, su tasa de desintegración radiactiva es una constante de amplio uso para la geocronología. La relación 14C/12C, como parámetro fundamental, no es ni constante ni estática y por el contrario siempre trata de llegar a un equilibrio dinámico entre los distintos reservorios que emplean el elemento Carbono en sus procesos internos. Estos reservorios mayores, desde el punto de vista de las cantidades de Carbono que contienen, son la atmósfera, los océanos y la biosfera. En el transcurso del tiempo geológico, algunos fenómenos, como los cambios de clima, alteran las cantidades de Carbono almacenadas o liberadas de los reservorios mayores, haciendo que en conjunto la relación 14C/12C cambie también a través de los tiempos. Las interacciones 14C/12C entre la atmósfera, la biosfera y los sedimentos orgánicos no son sencillas y se tratan bajo el concepto de fraccionamiento isotópico. En el caso de organismos en contacto directo con la atmósfera, el intercambio de isótopos es rápido, pero los diferentes isótopos de carbono son asimilados en forma diferencial de acuerdo con el mecanismo de asimilación de dióxido de carbono de la especie. Los organismos que viven en contacto 44
simultáneo con un cuerpo de agua y con la atmósfera derivan su Carbono de ambos reservorios y sus interacciones isotópicas son más complejas; igualmente el Carbono de los seres inmersos completamente en el agua está en equilibrio con el Carbono disuelto en ella y no con el de la atmósfera. Cuando los sedimentos y la biota han estado en contacto durante tiempos largos con aguas calcáreas o muy cargadas de sustancias húmicas, se produce un fenómeno conocido como “edad del reservorio”, estas aguas están empobrecidas en Carbono radiactivo, produciéndose un envejecimiento del sedimento que suele ser desde varios centenares hasta unos pocos milenios de años BP. La datación por radiocarbono descansa en un modelo conceptual con dos premisas básicas: 1. El material a datar ha derivado su Carbono de un ente que ha mantenido un intercambio dinámico de su Carbono interno con el CO2 de la atmósfera; durante esta interacción se ha alcanzado una asimilación equilibrada del Carbono radiactivo. 2. Luego de la muerte y fosilización el material a datar, éste ha permanecido exento de perturbación. A partir de este momento el 14C radiactivo inicia su ciclo normal de decaimiento exponencial. Estas dos premisas son satisfechas estrechamente por muy pocos materiales, entre los que se destacan los troncos de las plantas terrestres; la aplicación más importante de este hecho es el reconocimiento de las variaciones fósiles de la relación 14C/12C a partir de estudios combinados de dendrocronología y datación por radiocarbono, que ha permitido el establecimiento de la curva INTCAL98 (Stuiver et al., 1998).
Parra et al.
RELACIÓN AMBIENTE DE DEPOSITACIÓN Y EDADES 14C En la gran mayoría de materiales susceptibles de datación por el método de radiocarbono, los supuestos básicos ya descritos no se cumplen estrictamente y en muchos casos se requieren consideraciones y correcciones específicas; a modo de ejemplo, el Carbono del fitoplancton está en equilibrio con el CO2 del agua y no con el de la atmósfera. La primera y más significativa consecuencia de esto, es que la interpretación de las edades mencionadas por el laboratorio debe descansar sobre un conocimiento detallado de los procesos que le suceden al Carbono en cada ambiente de depósito. Es por esto que la selección de las muestras a datar y la interpretación de las edades registradas deben estar acompañadas de un adecuado conocimiento estratigráfico del sedimento. Igualmente, cada ambiente de depósito tiene su propio ritmo de acumulación, lo cual se materializa como una colección ordenada de materiales afines y por lo tanto solo capas que pertenecen a una misma facie poseen similares tasas de depositación, por tanto la interpolación de edades a través de límites faciales puede conducir a errores de interpretación temporal. Otra consideración estratigráfica crítica para asignar un buen marco de tiempo a una perforación, es establecer la continuidad del registro sedimentario y la ausencia de fenómenos de alteración posteriores a la sedimentación de los materiales ya que usualmente el registro suele tener hiatos, condensaciones y fenómenos pulsantes y por lo tanto la acumulación está lejos de ser monótona o constante (Schlager et al., 1998). Fenómenos como los hiatos y las discordancias afectan la continuidad del registro estratigráfico, pero su reconocimiento en los materiales sedimentarios de los páramos es difícil, aunque usualmente se
manifiestan claramente por la presencia de saltos bruscos en las graficas de edad contra profundidad. Algunos núcleos ya publicados exhiben claramente estos comportamientos (Van’t veer et al., 2000). Los sedimentos depositados en ambientes de aguas húmicas profundas, están afectados por el efecto del reservorio, lo cual hace que las edades 14C mencionadas sean más antiguas, hasta en pocos milenios, que la edad verdadera. En el caso de las facies litorales de los lagos, la datación de los sedimentos está afectada no solo por los contenidos de Carbono viejo de la lámina de agua sino también por los efectos de la rizoturbación y las adiciones de restos radículares introducidos por las macrófitas enraizadas en el fondo. La datación del sedimento total, que usualmente es una mezcla de materia orgánica acuática y terrestre, de diversas fuentes, arroja edades más antiguas que un trozo vegetal terrestre extraído del mismo nivel. Las plantas de pantanos están en contacto directo con la atmósfera y por lo tanto cumplen uno de los supuestos de la datación, pero el Carbono adicionado al ecosistema sufre procesos posteriores, de tal manera que los diversos componentes orgánicos de la turba pueden producir edades diferentes; por ejemplo, si de un mismo nivel en una turbera se extraen para datación los pequeños trozos de vegetales o de carbón vegetal, la matriz orgánica y los extractos húmicos, las edades de éstos pueden diferir incluso en centenares de años (Blockley et al., 2004). Los fenómenos edáficos fósiles constituyen una caso aún más difícil de datar e incluso de detectar en los sedimentos y solo una cuidadosa inspección de los núcleos revela las características propias de los horizontes edáficos o de los efectos pedogenéticos que afectan notablemente el significado de las edades (véase el capítulo sobre pedoestratigrafía). 45
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
Otra consideración básica es acerca de las relaciones que se establecen entre la superficie de acumulación final de los sedimentos, la superficie isócrona y la superficie limite del estrato que distan mucho de ser sencillas; en una caso ideal, las tres superficies coinciden como sucede en las varvas, pero esto es más bien una excepción. En el caso de los humedales paramunos las tres superficies no necesariamente coinciden, como sucede en las charcas con montículos, lo cual complica la interpretación de las edades. DATACIONES EN LOS PÁRAMOS Desde que se publicaron los primeros estudios paleoecológicos en las tierras altas de Colombia por encima de los 2500 m (Van der Hammen & González, 1963) basándose en el registro sedimentario de lagos y lagunas y posteriormente en algunos suelos, se han sometido a datación por radiocarbono cerca de 230 muestras distribuidas en 84 perforaciones. Hoy en día, el núcleo de sedimentos mejor datado en Colombia es la laguna La Margarita, en los Llanos Orientales (Wille et al., 2003), con 42 dataciones AMS repartidas en 10 m de columna y realizadas tanto sobre sedimento total (11) como en macrorrestos (31). Diversos tipos de materiales han sido seleccionados para datación, entre ellos carbón vegetal, arcillas orgánicas, gyttjas, turbas, suelos y lodos orgánicos. Esta diversidad de materiales, el bajo promedio de tres dataciones por perfil y sobre todo el conocimiento limitado que se tiene de los procesos de fraccionamiento del carbono entre los diversos tipos de materiales tropicales, ha hecho que las correlaciones temporales de los eventos solo sean aceptables en términos de varios centenares de años. A esto se suma el hecho de que se han empleado tanto técnicas de datación convencionales como AMS y que han sido realizadas por diversos laboratorios. Las dataciones han sido 46
realizadas preferentemente sobre sedimento total, pero en Wille et al. (2003), se han obtuvieron edades de las distintas fracciones de los sedimentos. Por estos rasgos, obtener una base de tiempo exacta y confiable no es una tarea fácil, especialmente en los páramos donde no se han detectado sedimentos con laminación anual ni se tienen estudios de dendrocronología que permitan establecer una cronología independiente o una correlación con las fechas obtenidas por radiocarbono. La tefrocronología ofrece una opción en esta dirección, pero se requiere completar el estudio de las tefras marcadoras y su edad. Por ahora lo mejor que se puede hacer es incrementar el número de dataciones radiométricas 14C y ser muy cuidadosos con los múltiples aspectos que intervienen en su confiabilidad. LOS DATOS DE RADIOCARBONO DE LA TURBERA LLANO GRANDE A lo largo de los 12,5 m de Turbera, se dataron 38 muestras por el método de radiocarbono; 33 en el núcleo Llano Grande 2 en la Universidad Silesiana en Polonia, otras 3 pertenecen a Llano Grande 3 y dos más se tomaron de Llano Grande 4 y datadas en Poznan Radiocarbon Laboratory. Desde su extracción hasta su envió pasaron menos de tres meses tiempo durante el cual fueron preservadas a 4oC en el laboratorio antes de su secado a 40 oC. De cada muestra fueron excluidos los fragmentos grandes de restos orgánicos y por lo tanto todas corresponden a lodos orgánicos. Se realizaron doce dataciones por el método AMS y 26 por conteo estándar. Todas las perforaciones se efectuaron en un círculo de diámetro menor a 10 metros, en la zona central del depocentro pantanoso. Debido a limitaciones con la cantidad de muestra disponible, cuatro muestras
Parra et al.
fueron tomadas de un núcleo auxiliar de Llano grande 2, ubicado a sólo un metro de distancia del principal, el cual fue extraído para realizar algunas mediciones geoquímicas. En este núcleo se realizaron dos dataciones convencionales y dos AMS. Las dataciones fueron planeadas para lograr más exactitud (menos de 100 años) la parte superior del núcleo principal y por lo tanto en los primeros 300 cm se tienen 14 dataciones y allí se concentran siete de las realizadas por el método AMS, dando una densidad de una muestra datada por cada 20 cm de profundidad. Entre 300 y 1250 cm se repartieron las otras 19 dataciones realizadas por el método convencional, para una densidad de una muestra cada 50 cm lo cual se considera bastante adecuado y las desviaciones estándar son menores de 250 años 14C BP (Tabla 1).
(Anna Pazdur com. pers.), normalmente se recomienda enviar entre 4 y 5 g de sedimento muy orgánico seco. En el núcleo Llano Grande 2, los valores de desviación estándar tienden a aumentar suavemente con la edad del sedimento pero cantidades menores de 3 g producen desviaciones estándares más altas; este parámetro para las dataciones AMS es del orden de 35 años 14C BP e igualmente las dataciones convencionales con cantidades grandes de muestra exhiben desviaciones relativas pequeñas, la mayoría de ellas por debajo de 250 años radiocarbono y en unas cuantas son menores de 100. Por el contrario se presentan valores por encima de 250 años radiocarbono para las muestras de la base de la perforación que están afectadas por pedogénesis. Las muestras tomadas de Llano Grande 3 y 4 tienen desviaciones estándar menores de 90 años 14C BP y no están afectadas por pedogénesis.
En la figura 12, se colocan los datos básicos de las muestras enviadas al laboratorio como la longitud del segmento y su peso seco, así como las edades y la relación δ13C medidos en el laboratorio. Con la excepción de dos muestras las edades reseñadas exhiben una tendencia general a crecer con la profundidad y la ausencia de saltos muy bruscos, lo cual es indicativo de buena calidad de la información. Debido a las técnicas de conteo estándar empleadas en el laboratorio
La edad de la muestra Ll-G 476-485 es claramente anómala con una desviación de 530 años radiocarbono debido a la baja cantidad de muestra enviada al laboratorio, sólo 2.6 g y, por ello se ha excluido de todo procesamiento posterior. Igual decisión se ha tomado con la muestra Ll-G 40-49, cuya desviación estándar es enorme, 150 años radiocarbono, con relación al valor central de solo 50 años (Tabla 2).
Tabla 1. Dataciones realizadas en los núcleos auxiliares. Edad [años 14C BP]
Desviación estándar
Código
31.5
770
80
44.5
1295
75
59.5
1280
30
96
2370
35
875
10280
60
Ll-G3
975
11740
70
Ll-G3
995
11980
70
Ll-G3
1213
13590
90
1238
14210
90
Profundidad Media (cm)
Peso seco (g)
Profundidad techo (cm)
Profundidad base (cm)
Longitud (cm)
δ13C [%, PDB]
Ll-G2 27-36
4
27
36
9
-25
Ll-G2 40-49
3.8
40
49
9
-25.07
Ll-G2 58-61
1.3
58
61
3
-25*
Ll-G2 94-98
1.82
94
98
4
-25*
Ll-G4
1212
1215
3
Ll-G5
1235
1240
5
Notas: Los valores en negrilla indican medición por el método AMS *. Este es el valor de referencia (-25 por mil) para los cálculos de edad.
47
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
Figura 12. Información sobre la longitud del segmento y el peso seco, las edades y la relación delta 13C medidas con relación a la profundidad. Sin embargo, una observación más cuidadosa permite detectar otros datos anómalos como las dataciones ubicadas entre los intervalos Ll-G 910-919 cm, Ll-G 1240-1249 cm y, Ll-G 1121-1130 cm que se alejan claramente de la tendencia general de edades. Estos aspectos no son atribuibles a errores de manipulación de las muestras o del método de medición, de acuerdo con los registros del laboratorio y su utilidad o descarte se debe deducir con base en aspectos geológicos o de muestreo. La muestra Ll-G 910-919 cm, es anómala debido, al menos parcialmente, a la poca cantidad de muestra seca enviada al laboratorio, 2.6 g y, también a un error cometido por la suspensión del proceso de perforación durante 12 horas, tiempo durante el cual se produjo el ingreso de agua con sustancias húmicas al agujero y contaminación por sedimentos caídos desde 48
las paredes del pozo, lo cual produjo una expansión por rehidratación del núcleo y una contaminación de la muestra con carbono joven. Se excluyó de todo procesamiento posterior. Dos muestras del núcleo Llano Grande 3 fueron enviadas para datar este intervalo y confirman que la muestra Ll-G 910-919 cm es anómala (Tabla 2). La edad de las muestra Ll-G 1240-1249 cm, está influenciada por la baja cantidad enviada al laboratorio 2.9 g, sino que junto con otras muestras de la base de la perforación, están afectadas por un fuerte proceso de pedogénesis posterior a su formación, que ha disminuido sus edades verdaderas (Véase, pedogénesis). Las muestras del pozo Llano Grande 4, confirman esta aseveración y han permitido datar confiablemente la base de la turbera. Dos muestras de diatomitas (Ll-
Parra et al.
G 625-634 y Ll-G 666-675) exhiben un rejuvenecimiento, que demuestra que las edades radiocarbono son sensibles al tipo de sedimento y al origen de la materia orgánica; en este caso es deseable una corrección por δ13C, que no se realiza en esta contribución (Tabla 2). MODELAMIENTO CIONES
DE
LAS
DATA-
Las fechas de las dataciones, tal como son registradas por el laboratorio, tienen en
sí mismas sólo un valor relativo ya que usualmente se tiene la necesidad de crear una escala continua de tiempo para toda la columna estratigráfica o asignarle una edad a una muestra distinta a la directamente fechada; esta tarea aunque puede ser hecha en forma caprichosa, es mejor realizarla con una base matemática para lo cual se dispone de diversas técnicas y posteriormente se evalúan los resultados de cada una de ellas contra otras evidencias o técnicas disponibles de asignación de edades.
Tabla 2. Fechas radiocarbono en el núcleo Llano Grande 2. Profundidad Media (cm) 4 7 16 20 44.5 78 96 121.5 143.5 176.5 212.5 229 255.5 299.5 341.5 388.5 417.5 444.5 480.5 520.5 586.5 629.5 672.5 730.5 775.5 835.5 874.5 914.5 1031.5 1074.5 1125.5 1169.5 1244.5
Edad [años yr BP]
Desviación estándar
Moderno 116.3 ± 9.0 pMC Moderno 103.4 ± 1.4 pMC 375 60 130 30 55 155 1600 30 2370 35 2880 85 3340 35 3630 35 4030 35 4120 40 4540 95 5060 55 6780 170 6220 200 5760 120 6920 230 8030 530 7530 100 8790 125 7260 180 8040 190 9850 110 9660 170 9670 130 10150 260 6950 210 12020 170 11570 270 14180 470 12760 400 8930 310
Código
Peso seco (g)
Prof- Proftecho base (cm) (cm)
Ll-G 3-5 Ll-G 7 Ll-G 15-17 Ll-G 19-21 LlG 40-49 Ll-G 76-80 Ll-G 94-98 Ll-G 117-126 Ll-G 139-148 Ll-G 175-178 Ll-G 211-214 Ll-G 228-230 Ll-G 251-260 Ll-G 295-304 Ll-G 337-346 Ll-G 384-393 Ll-G 413-422 Ll-G 440-449 Ll-G 476-485 Ll-G 516-525 Ll-G 582-591 Ll-G 625-634 Ll-G 666-675 Ll-G 726-735 Ll-G 771-780 Ll-G 831-840 Ll-G 870-879 Ll-G 910-919 Ll-G 1027-1036 Ll-G 1070-1079 Ll-G 1121-1130 Ll-G 1165-1174 Ll-G 1240-1249
7 3.5 3.7 2.09 3.8 1.4 1.82 3.5 2.6 1.28 1.36 1.1 4.6 4.9 3 3.1 3.7 1.6 2.6 4.3 5.4 4.4 5 4.4 6.3 6.4 5 2.6 7.3 6 5.6 7 2.9
3 7 15 19 40 76 94 117 139 175 211 228 251 295 337 384 413 440 476 516 582 625 666 726 771 831 870 910 1027 1070 1120 1165 1240
5 7 17 21 50 80 98 126 148 178 214 230 260 304 346 393 422 449 485 525 591 634 675 735 780 840 879 919 1036 1079 1130 1174 1249
Longitud (cm) 2 0 2 2 10 4 4 9 9 3 3 2 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 9 10 9 9
d13C [%, PDB] -24.82 -25.95 -25.41 -25* -25* -25* -28.1 -25* -25* -25* -25* -25.6 -25.38 -26.91 -26.54 -25 -25* -25.43 -27.11 -29.63 -27.98 -26.27 -26.06 -25.98 -25 -26.92 -26.45 -25 -26.36 -26.8 -26.06 -25
49
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
La primera observación acerca de cómo procesar las dataciones es observar la tendencia que siguen los datos crudos y el grado de dispersión entre vecinos; de esta forma podemos seleccionar el tipo de cálculo de interpolación, basado en regresiones, produciría la curva de mejor ajuste para los datos. Debido a imprecisiones propias del método de radiocarbono, una fecha medida es improbable que sea la edad verdadera del sedimento y todo modelo edad vs profundidad derivado de ellas tendrá errores (Telford et al., 2004, Walanus, 2008). Debe tenerse siempre en cuenta que el modelo matemático obtenido no es único y que en el mejor de los casos sólo es el de mejor ajuste. Otros métodos, que emplean un ajuste visual de curvas o con algoritmos de ajuste óptimo de curvas, por ejemplo la estrategia de “wiggle matching” propuesta por van Geel & Mook, (1989), se pueden emplear cuando los materiales datados cumplen muy de cerca los supuestos del modelo geocronológico y además se dispone de una alta densidad; en la mayoría de los casos, dificultades de orden económico hacen poco práctico este método, pero en algunas situaciones se justifica plenamente. En estos casos, lo usual es tratar de ajustar las oscilaciones de la curva de datos, normalmente obtenidas por AMS sobre macro-restos, a las oscilaciones de la curva INTCAL98 (Stuiver et al., 1998). Como se mencionó anteriormente cualquier reconstrucción de cambios con base en las edades requiere de una inspección cuidadosa de los datos y de una selección de muestras a incluir en los modelos ya que no todas las dataciones tienen igual significado; en algunos casos, una cuidadosa valoración de la desviación estándar de la datación respecto al valor central y a la cantidad de muestra enviada sirve para descartar datos; los errores cometidos durante el proceso de perforación pueden servir para el mismo fin o la presencia de valores extraños o extremos 50
respecto a sus vecinos inmediatos. En nuestro caso, se han excluido dos radiodataciones y otra del techo calificada como “moderna” y muy alejada de la edad dada por la tasa media de sedimentación. La búsqueda de métodos alternos al radiocarbono para obtener la edad del sedimento o para confirmar sus resultados, tienen su fundamento en cualquier expresión de la acción de fenómenos naturales sobre el ecosistema y cuyos resultados directos, por ejemplo restos se han aportado al sedimento a una tasa constante; la búsqueda de tal posibilidad es antigua (Gilbert, 1900) pero llega hasta nuestros días (Middeldorp, 1982). En la actualidad lo usual es obtener otras variables que no involucran las edades radiocarbono, como las tasas de sedimentación modernas o las de flujo o concentración de algún microfósil y por lo tanto estas últimas son útiles para verificar la cronología. En la figura 13, donde se han excluido los datos ya indicados, permite observar la ausencia de saltos muy bruscos en las fechas, lo cual confirma la ausencia de hiatos importantes durante la depositación de los sedimentos y por lo tanto se puede afirmar que la turbera de Llano Grande, contiene uno de los registros mas completos del tardiglacial y Holoceno de Colombia ya que la edad estimada del fondo es de unos 14500 años 14C BP. Aún excluyendo los datos anómalos, la gráfica exhibe algunas particularidades interesantes; Los datos en su conjunto exhiben una curva suave con la concavidad hacia el eje de la profundidad, similar a lo encontrado en otros sitios del mundo pero con grandes cambios de edad al inicio de la perforación, que sugieren que la obtención de edades entre puntos datados se debe realizar con una curva de
Parra et al.
pendiente variable y no con una recta. Los datos del núcleo Las Margaritas también indican que la curva para segmentos de nueve centímetros de longitud, como los enviados al laboratorio en este caso, no son arcos simples y mucho menos rectas (Figura 13). 1. Durante los primeros 300 cm, los datos están agrupados, presentan poca dispersión entre vecinos y siguen una curva suave de poca curvatura. 2. Desde 300 hasta 750 cm, las edades oscilan fuertemente entre sí y generan un patrón dentado sistemático. 3. Entre 750 y 950 cm las tres dataciones presentan entre sí poca variación, a modo de una meseta y, por último, hacia el fondo de la perforación, se presenta nuevamente un patrón casi lineal. Las dataciones de los primeros 20 cm del núcleo Llano Grande 2, exhiben un comportamiento fuertemente oscilante debido a la mezcla de Carbono moderno
activo con restos orgánicos más antiguos que evidencian la presencia de una acrotelma y una pedogénesis activa en la turbera hasta esta profundidad. Aunque en principio parece muy lógico realizar los cálculos de edad combinando en una base única las dataciones consideradas válidas para modelación, esta aproximación presenta dificultades con lo relacionado con el hecho de que las líneas de tiempo cero, al momento de la depositación, no son estrictamente horizontales en las facies de pantano debido a una micro-topografía ondulante y por lo tanto una homologación basada solo en la profundidad no es muy segura. Debido a estas características y teniendo en cuenta consideraciones estratigráficas, se ha decidido estudiar el comportamiento de varios modelos de ajuste empleando solo los datos validos del núcleo principal, Llano Grande 2, y conservar las cuatro dataciones del núcleo auxiliar solo para propósitos de confirmación del modelo.
Figura 13. Diagrama de edades contra la profundidad. 51
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
MODELOS DE EDAD Debido a las dificultades económicas de obtener una medida de la edad para todo punto de una perforación, se hace necesario asignar a los puntos intermedios no directamente datados, una edad por medio de alguna técnica de interpolación; aun las técnicas más sencillas para asignar edades, como datar los puntos extremos de una misma litología o de una zona donde una concentración de microfósiles permanece monótona, implican asumir un modelo o sea una tasa linealmente constante de acumulación. Existen modelos de interpolación matemáticamente más complejos para una nube de puntos, cada uno de los cuales tiene sus limitaciones y especificidades, como los exponenciales, cuadráticos, polinomiales de grado n y el modelo spline. El Modelo spline El modelo spline cúbico tiene la ventaja de hacer pasar una curva muy suave de ajuste entre cada dos puntos, lo cual es ventajoso cuando estos son muy afines y sus desviaciones estándares son muy pequeñas; de esta manera la curva pasa exactamente por los puntos de datación suponiendo una gradualidad muy simple entre ellos y no se crea una estructura adicional como sucede con otros métodos. Los primeros 300 cm de la perforación parecen adecuados para chequear este modelo. En el segmento de los primeros 300 cm y luego de excluir adicionalmente la datación correspondiente a 20 cm, que sufrió pedogénesis activa y produce bucles muy cerrados en la parte superior, nos permite asegurar que el modelo de regresión spline cúbico produce un buen ajuste suavizado para estos datos. Sin embargo, si se compara el modelo spline con un polinomial de grado tres (en punteado en la Figura 14), línea continua de la figura, se puede observar 52
que aquel corresponde a un estiramiento suave y homogéneo de todos los datos y por lo tanto ignora los efectos de sensibilidad local del spline. Para el núcleo completo, el modelo spline resulta aún más inapropiado ya que con los datos de la parte media y final se producen curvas con saltos bruscos de pendientes. Otra manera de juzgar cual modelo de edad es el más adecuado es a través de la comparación y el ajuste de curvas; para tal propósito tradicionalmente se acepta como curva patrón la INTCAL98 y respecto a ella se contrastan los datos originados por el laboratorio. Esta aproximación puede ser visual o por medio de la técnica conocida como “wiggle matching” (Figura 15). Se muestran sólo los límites de edad yr BP de la curva INTCAL98, que es equivalente en tiempo a los primeros 300 cm del núcleo; de allí se desprende que dicha curva patrón no tiene los suaves bucles locales que muestra el ajuste spline y adicionalmente los ajustes polinomiales de grado tres para ambos conjuntos de datos son muy similares. Se puede entonces concluir que el ajuste polinomial es mejor aproximación a los datos generados por el laboratorio y a su tendencia general que el modelo spline. Cálculo clásico Los modelos exponenciales, cuadráticos y polinomiales de grado n, tratan de seguir la tendencia general de los datos tan cerca como les sea posible, pero rara vez la curva resultante pasa exactamente por los puntos datados; esto no es tan malo ya que las desviaciones estándares de las radiodataciones son grandes y la mayoría de las curvas de ajuste producidas están dentro del límite definido por las curvas más y menos de este parámetro. Lo usual para el proceso de cálculo de un modelo de edad, es suponer que la datación está ubicada en la parte media del intervalo de muestreo e
Parra et al.
incluir solo aquellos datos sin problemas; en nuestro caso, se han excluido siete muestras incluyendo las cinco dataciones ya consideradas anómalas y dos adicionales que fueron calificadas como modernas. Con los 26 datos restantes se ha calculado el modelo de regresión.
A modo exploración se calcularon los modelos polinomiales hasta el grado 13 por medio del programa Kyplot (Versión 2.05, b.15), lo cual nos permitió seleccionar el polinomio de grado tres como el de mejor ajuste y menor índice de Akaiki respecto a los datos originales (Tablas 3 y 4). El análisis
Figura 14. Modelo spline (línea continua) y modelo polinomial (línea punteada).
Figura 15. Relación entre el modelo polinomial de grado tres y la curva INTCAL98. 53
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
de los residuales de este modelo indica su normalidad e independencia, lo cual asegura su confiabilidad; los parámetros de dicho modelo son:
cuya distribución sea normal. Las edades interpoladas registradas en este trabajo como edades 14C BP han sido calculadas por medio de este modelo.
Para este modelo y de acuerdo con distancia de Cook no se detectan valores influenciales y por lo tanto, ningún valor por si mismo altera muy sensiblemente el modelo calculado. La curva de regresión resultante es bastante suave. La figura 16, ilustra sobre el ajuste los datos medidos y los calculados por el modelo de regresión; en un caso ideal, todos los puntos caerían exactamente sobre la diagonal, pero esto solo sucede con pocos datos de Llano Grande 2, aunque la población de datos se aglomera alrededor de la diagonal, que corresponde a un ajuste satisfactorio, subsisten aún los cuatro subgrupos bien diferenciados de comportamiento previamente descritos.
Modelo alterno
La figura 16, es un diagrama del modelo general y proporciona una primera aproximación de las edades de cada muestra pero, supone que a lo largo de los nueve centímetros de testigo enviado para datación la edad es constante que la edad del testigo se halla comprimida en la mitad del intervalo, lo cual descansa en el supuesto estadístico bien conocido de que la media es el mejor estimador de un conjunto de datos Tabla 3. Estadísticos para el modelo polinomial de grado tres. Estadísticos R2 (Coeficiente de Determinación) R( Coeficiente de Correlación Múltiple) R* (R2 Ajustado) Criterio de Akaiki (AIC)
0.9821 0.9910 0.9797 403.37
Aunque el modelo anterior produce resultados satisfactorios, es de resaltar que no incluye explícitamente la desviación estándar de cada datación y el techo y la base del intervalo muestreado que son dos variables muy relevantes en el problema. De hecho si un intervalo datado, por ejemplo de 10 cm, es segmentado a 1 cm y cada rodaja de estas es nuevamente datada, muy probablemente se obtendrá una curva que permitiría establecer una edad más adecuada para el segmento completo; al respecto, el núcleo las Margaritas (Wille W Wille et al., 2003), permite observar que para segmentos de nueve centímetros de longitud, las edades radiocarbono obtenidas con macro-restos no son una línea recta y en todos los casos se trata de una curva compleja (Figura 17). Aunque en Llano Grande 2, la forma exacta de la distribución de edades dentro de cada segmento datado es desconocida, se puede incluir este aspecto estadístico de la radiodatación con un supuesto sencillo: asumir que el techo del intervalo tiene la edad registrado menos la desviación estándar y que a la base le corresponde a fechas dadas por la edad mencionada mas la desviación estándar. Con este supuesto, se asume que el segmento datado sigue una curva que pasa por entre estos dos valores extremos y con un intervalo de confianza idéntico al de la datación.
Tabla 4. Coeficientes de la regresión para el modelo polinomial de grado tres. Coeficientes b0 B1:X B2:X^2 B3:X^3
54
Estimado 88.5012803 22.9222068 -0.0216866 9.82E-06
SE 316.783696 2.57635168 0.0053377 3.05E-06
t(cal) 0.27937448 8.89715756 -4.06290706 3.21676969
N.S. (P>0.05) *** (P<=0.001) *** (P<=0.001) ** (P<=0.01)
t(N-P-1;0.05) P(T<=t(cal)) 0.78256708 9.68E-09 0.00051737 0.00397192
2.07387307 Lower 95% -568.467896 17.5791804 -0.03275632 3.49E-06
Upper 95% 745.470456 28.2652332 -0.01061688 1.61E-05
Parra et al.
Figura 16. Diagrama de dispersión de los valores medidos y predichos por el modelo polinomial de tercer grado.
Figura 17. Núcleo las Margaritas, datado por Wille W et al., (2003). De acuerdo con el supuesto anterior, el número de datos disponibles para el modelo resulta duplicado; los modelos polinomiales sin deficiencia de rango calculados hasta el grado 14, muestran que el de mejor ajuste y menor índice de Akaiki es el de grado cuatro
(Tablas 5 y 6). Se puede concluir que los efectos de techo y base y de la desviación estándar son apreciables para los cálculos de los modelos de edad. Los parámetros del modelo se describen a continuación y el modelo se puede observar en la Figura 18. 55
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
Figura 18. Curva de edad versus profundidad estudiada del modelo alterno (Polinomio de grado cuatro). Los coeficientes del modelo de regresión son: De acuerdo con la distancia de Cook, el modelo alterno carece de valores influenciales y aunque los residuales estandarizados se distribuyen normalmente, se viola por muy poco el supuesto de independencia entre ellos, según la prueba Durbin-Watson (1.33), Tabla 5. Estadísticos para el modelo alterno polinomial de grado cuatro. Estadísticos R^2 (Coeficiente de Determinación) R (Coeficiente de Correlacion múltiple) R*^2 (R^2 ajustado) AIC
0.98209718 0.99100816 0.98057353 799.044497
lo cual se debe a que cada muestra se ha dividido en dos. El modelo se puede aceptar como confiable y no altera la existencia de los cuatro grupos de comportamientos muy diferentes en los datos, dependientes de la facies. Este modelo presenta un comportamiento sin inversión sensible de la curvatura hacia la base de la perforación, que está más de acuerdo con las facies del núcleo y por lo tanto corresponde a una ganancia de información respecto al modelo de grado tres. Una lectura diferente de la curva de edad 14 C contra profundidad, permite hacer otras consideraciones; aquí profundidad (eje X) representa realmente la tasa de acumulación
Tabla 6. Coeficientes de regresión para el modelo alterno polinomial de grado cuatro. b0 b1:X B2:X^2 B3:X^3 B4:X^4
56
Estimado -167.860263 27.8539484 -0.04220383 3.84E-05 -1.25E-08
Coeficientes Regresión SE t(cal) 262.480148 -0.63951603 3.34501007 8.3270148 0.01237947 -3.40917944 1.66E-05 2.3113438 7.21E-09 -1.73237589
N.S. (P>0.05) *** (P<=0.001) ** (P<=0.01) * (P<=0.05) N.S. (P>0.05)
t(N-P-1;0.05) P(T<=t(cal)) 0.5255923 8.32E-11 0.00134642 0.02524731 0.08976517
2.01174051 95% inferior 95% superior -695.902211 360.181685 21.1246561 34.5832406 -0.06710811 -0.01729955 4.97E-06 7.18E-05 -2.70E-08 2.01E-09
Parra et al.
neta, aportes menos descomposición del ecosistema y la edad (eje Y) esconde la proporción de 14C/12C de la atmósfera. Si ambas cantidades permanecen constantes o si una de ellas contrarresta exactamente la variación de la otra, la curva es una línea recta, en los demás casos se obtiene una curva. Los datos del núcleo las Margaritas, ilustran bien que ni siquiera dos segmentos menores de 10 cm y adyacentes exhiben el mismo tipo de curvas y por lo tanto ni la tasa de acumulación ni el Δ14 de la atmósfera son constantes, al menos medido a partir de este tipo de sedimentos y a escalas del orden de pocas centurias. En el caso de las dataciones por muestra total, se produce una especie de homogeneización del contenido de radiocarbono del lodo orgánico dominante y por eso para un segmento corto, por ejemplo, de nueve centímetros como los enviados a datación, las tasas de variación de ambas cantidades (X, Y) son suavizadas; esto explica porque los modelos polinomiales son suficientes para la mayoría de los propósitos de ajuste. La base del núcleo a partir de 743 cm, corresponde a sedimentos lacustres de aguas profundas lo cual se refleja en una curva muy suave, igual a lo encontrado para el núcleo las Margaritas (Wille W et al., 2003), demostrando Wille de paso que las consideraciones estratigráficas influyen en las edades radiocarbono y son vitales para una adecuada interpretación de las edades. De acuerdo con los datos estratigráficos de Llano Grande 2, algunos segmentos de 9 cm de longitud de la perforación tienen variaciones significativas, la más importante de las cuales es un bandeamiento de pocos centímetros de espesor e incluso laminas nítidas menores de un centímetro, estas variaciones reflejan cambios en el ecosistema y su expresión es un polinomio de grado
superior al tres como modelo de ajuste, es una posibilidad real. Para la parte media de la perforación no se puede lograr un óptimo de ajuste con ninguno de los polinomios. A modo de síntesis, las edades 14C mencionadas en este trabajo para la turbera Llano Grande, corresponden a edades calculadas con un modelo de regresión polinomial clásico de grado tres e incluyendo todos los datos válidos provenientes de las cuatro perforaciones, ya que modelos más complejos no producen una mejora sensible de la cronología. COMPORTAMIENTO CRONOLOGÍA
DE
LA
Cualquiera que sea el modelo de ajuste, se siguen presentando los cuatro segmentos de comportamiento diferencial en la curva de edad contra profundidad razón por lo cual la causa se debe buscar en las características del ecosistema. De los datos litoestratigráficos se ha deducido que las facies de lago profundo se extienden entre 1250 y 743 cm lo cual coincide con una tendencia más bien suave de la curva, exceptuando la base de la perforación que es afectada por pedogénesis posterior a su depositación y las fechas radiocarbono exhiben un comportamiento particular. El segmento medio, entre 304 y 743 cm exhibe oscilaciones fuertes de las edades alrededor de las curvas de ajuste las cuales corresponden a facies litorales del lago. Este fenómeno de rejuvenecimiento o envejecimiento relativo entre edades adyacentes, se debe a los efectos de las macrófitas sobre los sedimentos más antiguos, sobre los cuales está enraizada la planta; más específicamente las raíces favorecen la reactivación de la materia orgánica previamente depositada y generan adiciones de materia orgánica isotópicamente más joven. Estos procesos también explican parcialmente la oscilación acoplada que se 57
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
observa en la curva δ13C contra edad, ya que los fraccionamientos isotópicos previos son también alterados por la rizósfera. Algunos puntos de este segmento también exhiben un envejecimiento anómalo respecto a la tendencia general cuya explicación radica en que la proporción de materia orgánica vieja visibles como fibras y humus en el estrato excede a las adiciones nuevas de las macrófitas. Una manera de estimar de que tamaño es el efecto de adiciones y pedoturbación por las macrófitas es suponer que la curva de ajuste polinomial de grado cuatro corresponde a la edad real y hallar la envolvente de las muestras rejuvenecidas; la distancia media entre estas curvas nos da una indicación de la magnitud del efecto. Desde 60 hasta 300 cm las edades se alejan poco de las curvas de tendencia, lo cual coincide con las facies más ricas en fibras de la perforación y por lo tanto también los lodos de materia orgánica son coetáneos. Por último, los datos de radiocarbono dentro de la acrotelma actual son bastante variables, debido a que los procesos edafogénicos actuales no han permitido una estabilización del carbono fósil. EDADES HISTÓRICAS En caso de ser necesario, especialmente para propósitos de correlación con fenómenos históricos, se deben expresar los datos de radiocarbono de una perforación con respecto a un eje de tiempo en cronología actual; existen varias soluciones a este problema basados en la curva INTCAL98 determinada por dendrocronología (δ14C Atmosférico contra edad por radiocarbono) publicada por Stuiver et al. (1998). Usualmente, cada edad de radiocarbono se convierte a edad calendario por medio de programas especializados como Calib, Oxcal, Calpal o similares y luego de la 58
transformación del conjunto de datos se puede realizar una interpolación. Otra aproximación, para altas densidades de datos, es por ajuste de curvas, tal como sucede en el método “wiggle matching”. En este trabajo, con propósitos estratigráficos, no se ha considerado necesario emplear las edades calendario ya que la mayoría de trabajos colombianos tienen su cronología con base en edades radiocarbono interpoladas. No obstante, para propósitos de completitud del trabajo se ha decidido calcular las edades calendario para cada profundidad con base en las siguientes premisas: Sólo se han excluido tres edades a profundidades mayores de 1100 cm debido a problemas de pedogénesis avanzada y una más ubicada en el segmento 900-950 cm debido a contaminación. En total han quedado incluidas 27 edades. Cada una de las edades se calibraron por medio del programa Calib versión 4.4, produciendo varias opciones de edad calculada con las áreas relativas de la curva de probabilidad de cada una de ellas a un sigma (68.3%). Por ejemplo, la edad radiocarbono 130±30 da origen a los siguientes valores cal 14C BP: 1 - 3 0.017 16 - 37 0.158 67 - 122 0.405 130 - 145 0.103 212 - 231 0.126 244 - 270 0.191 Por medio del programa estadístico R versión 2, se ha calculado un modelo polinomial de grado tres sin excluir ninguna de las edades calibradas, empleando el área relativa de probabilidad como factor de ponderación y obligando el modelo a pasar por el origen. Las edades calendario originalmente calibradas por medio del
Parra et al.
programa Calib y las del modelo calculado por la técnica descrita para cada muestra del núcleo se pueden consultar en el anexo de este capítulo. LA RELACIÓN DELTA δ13C Se supone que en la atmósfera no contaminada, previo a las emisiones de Carbono inducidas por las actividades humanas, especialmente las causadas por la detonación de armas atómicas y por las emisiones masivas de CO2 por combustibles fósiles, las proporciones de los tres isótopos del Carbono permanecían más o menos constantes. Aun sin estas emisiones los procesos que transfieren los isótopos estables desde la atmósfera hacia la biosfera o la litosfera lo hacen de forma diferencial alterando las proporciones atmosféricas originales. Este fenómeno es conocido como fraccionamiento isotópico y ha sido estudiado en plantas, suelos y aguas. Para cuantificar el fraccionamiento se ha creado la expresión δ13C que se define como:
Donde, PDB corresponde a un fósil de la formación Pee Dee de Carolina USA, respecto al cual se relacionan las medidas y que tiene 1.118% de 13C. Adicionalmente, se ha asumido que las cantidades del isótopo 14 C son despreciables respecto al 12C que constituye el 98.89 % y al 13C que explica solo el 1.11 %. En general, los mecanismos biológicos fraccionan fuertemente los distintos isótopos de Carbono; a modo de ejemplo, las plantas con metabolismo normal (C3) incorporan menos 13C que aquellas de las zonas áridas con metabolismo C4 y por lo tanto el δ13C para las plantas de tipo C3 usualmente está entre –28 % y –25 %, mientras las C4 oscilan
poco alrededor de –12 %. La mayoría de plantas con metabolismo CAM tienen valores de δ13C que oscilan entre –19 y –15 %. Igualmente la producción autóctona de materia orgánica por el fitoplancton de los lagos tiene su propio fraccionamiento isotópico entre -25 y -30 %. Recientemente se han iniciado algunos estudios sobre los tipos de metabolismo en las plantas de páramo y sus relaciones δ13C; de acuerdo con Boom et al., (2001), en estos ecosistemas se encuentran algunas especies con metabolismo CAM pertenecientes a los géneros Puya, Greigia, Isoetes, Orquidaceae y Clusia; otras especies de géneros como Muhlenbergia, Paspalum, Bulbostylis, Cyperus, Andropogon, Bouteloua, Eragrostis, Chloris, Microchloa y Setaria, poseen metabolismos C4, pero la mayoría de especies realizan su metabolismo por mecanismos C3. La medición de los distintos isótopos del Carbono es una herramienta estable en la actualidad, pero la interpretación de estos datos para sedimentos orgánicos es bastante compleja, debido a que los procesos de fraccionamiento también se presentan durante la alteración y maduración de la materia orgánica en el sedimento e incluso el Carbono contenido en la columna de agua de lagos profundos sufre este fenómeno (Meyers & Lallier-Verges, 1999). La relación δ13C ha sido medida en sedimentos recientes de cuatro lagos en la Florida, por Brenner et al., (1999), quienes han encontrado variaciones tan grandes como 6.2% en profundidades menores de un metro y una tendencia a decrecer con la profundidad; sin embargo, a un metro, los valores se estabilizan alrededor de 22%, excepto para el lago de menor productividad que tiene un valor de 30%. Un estudio más detallado de los isótopos de carbono en diferentes fracciones orgánicas de los sedimentos lacustres, por Hollander & Smith (2001), ha demostrado que los mecanismos de fraccionamiento son muy complejos e incluso las laminas de verano 59
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
e invierno en las varvas tienen diferencias notorias de valores hasta de 5 %. A pesar de las pocas mediciones de la relación δ13C hechas en la turbera de Llano Grande 2, se ha realizado una comparación con los datos disponibles para sedimentos de otros ecosistemas de Colombia con el fin de explorar el potencial de esta variable y de sus hipótesis de trabajo. La relación δ13C ha sido medida en sedimentos de diversos humedales de Colombia, entre ellos en lagunas de los Llanos Orientales como Las Margaritas (Wille W et al., 2003); El Wille Pinal y Carimagua (Behling & Hooghiemstra, 1999); Mozambique y Chenevo, (Berrío et al., 2000); Pantano de Mónica en la Amazonia (Behling y Hooghiemstra Hooghiemstra, 1999) y la laguna Jotaordó en el Chocó (Berrío et al., 2000). Igualmente, en sedimentos del pozo Boquillas en la depresión Momposina (Berrío et al., 2002) y en otros humedales de una zona más seca en el Valle del Cauca, núcleos La Teta y Quilichao (Berrío et al., 2002). La relación δ13C también ha sido medida en paleosuelos del área de Bogotá por Mora & Pratt (2002) e igualmente, se ha intentado su uso como herramienta paleoecológica en sedimentos de Funza 2 (Boom et al., 2001; Mora y Pratt Pratt, 2001). La hipótesis central de estos trabajos ha sido que los biomas dominados por plantas con metabolismos C3 o C4 son reconocibles aun en el sedimento y que los lagos son alimentados por detritus del bioma dominante. De un total de 92 medidas compiladas, incluyendo las de esta investigación, se puede observar que la media es de -26.6%, con el máximo de -16.9% en el pozo Boquillas que corresponde a un valor aislado y por lo tanto de dudoso significado y el mínimo es -31.3%. Lo interesante es la formación de cuatro (4) grupos de valores claramente 60
diferenciados en el histograma (Figura 3.8); la mayoría de los valores forman un grupo compacto entre -28.5% y -25.5%, lo cual, corresponde al valor usual para turbas y humus fósiles y para suelos derivados de ambientes dominados por plantas de tipo C3; en este grupo se encuentran la gran mayoría de las muestras de Llano Grande 2. El segundo grupo de valores fluctúa entre –31.5% y -29% con una media centrada en -30.25% que corresponde a sectores de sedimentos con una gran dominancia del fitoplancton de los lagos como lo atestiguan las mediciones sobre diatomitas del núcleo Llano Grande 2. Un tercer grupo menos agrupado y discontinuo se extiende entre 24% y 19.5%. En la compilación es bastante notable la ausencia de valores típicos de ambientes con plantas C4 y por lo tanto se puede afirmar que no existen evidencias para sustentar la existencia de biomas dominados por plantas de este tipo de metabolismo; esto significa que o bien estos biomas C4 realmente no han existido en los ecosistemas o alternativamente que si esto sucedió alguna vez, los mecanismos de homogeneización isotópica han borrado toda evidencia de ello. A pesar de la menor densidad de muestras a profundidades mayores de siete metros, la relación δ13C de las 92 muestras exhibe adicionalmente una tendencia al enriquecimiento relativo del isótopo pesado 13 C con el aumento de la profundidad de enterramiento (Figura 19). Igualmente para profundidades mayores de 700 cm los valores de δ13C, parecen estabilizarse a valores por encima de -27.5%. En el caso del núcleo de Llano Grande 2, también se puede observar una clara tendencia continua al decrecimiento de los valores de la relación δ13C con la profundidad y un acercamiento al valor modal de -25% (Figura 20).
Parra et al.
Figura 19. Relación δ13C para sedimentos de Colombia.
Figura 20. Ganancia relativa del isótopo pesado 13C. En este núcleo existe un notable cambio de facies a 743 cm de profundidad, lo cual refleja en una menor variabilidad de la relación δ13C para las facies de fondo de lago con sólo -1.12% respecto al máximo de -25.89%. Por su parte, las facies restantes muestran una variación mucho mayor. Las
muestras ubicadas en los primeros 40 cm tienen una desviación estándar de solo ± 0.44% respecto a la media de -25.25%, lo cual es cercano al valor de referencia de 25% usado para los cálculos de edades por el método de radiocarbono. 61
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
Trabajos realizados en El Congo africano por Schwartz (1991), en Brasil por Desjardins et al., (1996) y en Colombia por Mora & Pratt (2002), han permitido demostrar que la relación δ13C de los suelos actuales derivados de biomas C3 y C4 se pueden reconocer nítidamente sólo en los primeros 30 a 60 cm pero, ya a profundidades mayores de un metro, esta relación inicia una convergencia rápida a valores cercanos a -25% para ambos tipos de biomas. Los mecanismos de esta homogeneización isotópica tan rápida en los suelos no han sido dilucidados aún e igual consideración se puede decir de los procesos de fraccionamiento. Si se excluyen aquellas dataciones donde la relación δ13C no fue medida y se analizan las variaciones de edad y de δ13C contra la profundidad para el núcleo principal y el paralelo, se puede observar una clara oscilación acoplada de las curvaturas en la mayoría de los sitios (Figura 21). Esto permite demostrar claramente que los mecanismos de fraccionamiento de los isótopos de Carbono, juegan un papel significativo en estos ambientes de pantano lo tanto todas las edades medidas deben
ser previamente corregidas para llevarlas al horizonte común de 25%, (no realizada en esta investigación). El fuerte zigzag que exhiben las edades a partir de 304 cm se debe principalmente al efecto de rejuvenecimiento que ejerce la rizósfera sobre los sedimentos previamente depositados, especialmente la reactivación de la materia orgánica previamente depositada y las adiciones de materia orgánica isotópicamente más joven; esto también explica la oscilación acoplada que se observa en la curva δ13C contra edad, ya que los fraccionamientos isotópicos previos son también alterados por la rizósfera (Figura 22). DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES De los datos precedentes y de los datos presentados por Wille et al., (2003), para el núcleo Las Margaritas ubicado en los Llanos Orientales, se pueden derivar algunas conclusiones prácticas para la datación de núcleos de alta resolución. Algunos hechos durante el proceso de perforación pueden introducir distorsiones
Figura 21. Núcleo de Llano Grande 2, valores usuales para turbas y humus derivados de plantas con metabolismo C3. 62
Parra et al.
Figura 22. Variaciones de edad y de δ13C para el núcleo principal de Llano Grande 2 y el núcleo paralelo. Los valores están registrados en las tablas 1 y 2. en las fechas radiocarbono, por ejemplo, la rehidratación con aguas húmicas del sedimento y la contaminación por arrastre de partículas carbonosas desde las paredes de la perforación, como le sucedió al segmento entre 900 y 950 cm. Aún durante un proceso de perforación continua y sin evidencias de rehidratación, siempre se produce una oxidación de los primeros centímetros del techo de cada segmento y se deben eliminar manualmente algunas impurezas superficiales del núcleo. No está de más, revisar muy cuidadosamente cualquier cambio paleoecológico que sea detectado justo en las uniones de los segmentos. Para la obtención de edades por el método estándar en muestra total, se recomienda separar los macrorrestos y enviar cantidades mayores de 4 g de lodo muy orgánico en estado seco, con el fin de obtener desviaciones estándares aceptables; mientras más antigua sea la muestra a datar, mayor debe ser la
cantidad de material enviado, por ejemplo, cantidades del orden de 7 g con muestras mayores de 10 mil años 14C BP, producen desviaciones del orden de 200 años 14C BP. Las dataciones AMS tienen plena justificación cuando sólo se dispone de cantidades muy limitadas de material o por el contrario cuando se desea datar un componente específico del sedimento con una desviación estándar muy pequeña. Al datar sólo los macrorrestos se minimizan los fenómenos de fraccionamiento y de edad del reservorio, pero aún en este caso se debe seleccionar bajo el estéreo microscopio aquellos macro-restos de la misma generación, debido a que existen varias generaciones de ellos en muestras tan pequeñas como un centímetro cúbico. Los datos de Wille et al., (2003), nos permiten obtener otras conclusiones útiles al comparar los datos obtenidos para sedimento total y macrorrestos de un mismo nivel; al respecto, 63
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
la relación δ13C entre las semillas y las hojas extraídas de un mismo nivel pueden diferir hasta en un 6% tal como lo ilustran los datos para 407 y 413 cm siendo más negativas para las hojas. Si no existen anomalías estratigráficas en el núcleo, aumentar significativamente el número de dataciones estándar, no mejora significativamente la asignación de edades respecto a lo obtenido con la curva de mejor ajuste; ya que normalmente las nuevas determinaciones siempre están incluidas en la franja definida por la desviación estándar y las oscilaciones producidas por los fenómenos típicos de cada facies. La adecuada selección y la interpretación de las edades registradas en el laboratorio no son posibles sin un adecuado conocimiento estratigráfico del sedimento, ya que los fenómenos faciales y pedoestratigráficos afectan notablemente el posible significado de las edades. Por lo demás, cada facies de un humedal paramuno produce un patrón característico de variación de las edades radiocarbono que ayudan a su reconocimiento. Otro fenómeno, no presente en el núcleo Llano Grande 2, que también afecta la asignación de edades es la compresión diferencial de los núcleos recuperados; como es usual para un sedimento no plegado, las líneas de tiempo aunque invisibles se suponen paralelas a la posición de reposo, pero si durante la extracción se comprime diferencialmente la muestra de sedimento, las líneas de tiempo del testigo recuperado no se pueden reajustar precisamente a las originales. En el caso de sedimentos con líneas de tiempo visibles, como las varvas, se dispone de un rasgo que permite valorar el efecto de la compresión diferencial. El estado actual de conocimiento que se tiene sobre los procesos que afectan la datación 64
por 14C en los páramos andinos es claramente insuficiente para interpretar adecuadamente las fechas y fijar una cronoestratigrafía más precisa que algunos centenares de años; una datación de los núcleos que sea independiente del método de radiocarbono, aprovechando por ejemplo, las capas de cenizas volcánicas o el Carbono encerrado en los fitolitos, es no sólo deseable sino obligatorio para tener una clara idea de la confiabilidad de la cronología. Respecto a la confiabilidad del radiocarbono, son aún más concluyentes los datos obtenidos por Oldfield et al., (1997), al datar un sedimento lacustre de edad calendario ya conocida por medio de las varvas y someter diversas fracciones de la misma muestra a fechas por AMS, obteniendo edades tan alejadas de la fecha correcta como en 500 años 14C BP En contraste con esto, al menos algunos de los eventos que se identifican a partir del estudio de los sedimentos, parecen tener un amplio alcance y sincronismo en el país, como ha sido ampliamente documentado para algunos palinoeventos del Cuaternario por van der Hammen & Hooghiemstra (1995); esto sugiere que trabajar la paleoecología con énfasis en una estratigrafía de eventos es más productivo y confiable que hacerlo con fechas. A medida que otros componentes diferentes al polen empiecen a producir resultados es muy probable que surjan nuevos eventos, no necesariamente sincrónicos con los palinoeventos y, que por lo tanto, la eventoestratigrafía sea cada vez más relevante. En algunos momentos de la evolución de un ecosistema, se pueden producir fenómenos con la capacidad de afectar simultáneamente la mayoría de los compartimientos del sistema y por lo tanto, este evento será detectado por todos los componentes del sedimento; a estos sin
Parra et al.
duda, les debemos describir con detalle e incluso asignarles un nombre o código. A modo de ejemplo, las cenizas volcánicas tienen la ventaja de ser uno de los eventos que son directamente datables pero, rara vez producen un disturbio notable en los ecosistemas lejanos. En el caso de las facies litorales de los lagos altoandinos, la datación, tomando como muestra el sedimento total, no es recomendable, ya que no es posible sustraer los efectos de la rizoturbación producido por las macrófitas y las adiciones de restos más jóvenes al sedimento; la manera óptima de obtener las edades es restringirlas a un tipo particular de materiales, por ejemplo macrorrestos o el lodo orgánico. LITERATURA CITADA BEHLING, H. & H. HOOGHIEMSTRA. 1999. Environmental history of the Colombian savannas of the llanos orientales since the Last Glacial Maximum from lake records El Pinal and Carimagua. Journal of Paleolimnology 21: 461–476, 1999. BERRÍO, J.C., H. BEHLING & H. HOOGHIEMSTRA. 2000. Late Holocene history of savanna gallery forest from Carimagua area, Colombia. Review of Palaeobotany and Palynology 111: 295308. BERRÍO, J.C., H. HOOGHIEMSTRA, H. BEHLING, P. BOTERO & K. VAN DER BORG. 2002. Late-Quaternary savanna history of the Colombian Llanos Orientales from Lagunas Chenevo and Mozambique: a transect synthesis. The Holocene 12(1): 35-48. BLOCKLEY, S.P.E., J.J. LOWE, M.J.C. WALKER, A. ASIOLI, F. TRINCARDI, G.R. COOPE & R.E. DONAHUE. 2004. Bayesian analysis of radiocarbon chronologies: examples from the European Late-Glacial, J. Quaternary Science, V.19(2), pp. 159175.
BOOM, A., G. MORA, A.M. CLEEF & H. HOOGHIEMSTRA. 2001. High altitude C4 grass ecosystem in the northern Andes: relicts from glacial conditions. Review of Palaeobotany and Palynology 115: 147160. BRENNER, M., T.J. WHITMORE, J. CURTIS, D.A. HODELL & C.L. SCHELSKE. 1999. Stable isotope (δ13C and δ15N) signatures of sedimented organic matter as indicators of historic lake trophic state. Journal of Paleolimnology 22: 205-221. DESJARDINS, T., F.A. CARNEIRO, A. MARIOTTI, A. CHAUVEL & C. GIRARDIN. 1996. Changes of the forest-sabanna boundary in Brazilian Amazonia during the Holocene revealed by stable isotope ratios of soil organic carbon. Oecologia 108: 749-756. GILBERT, G.K. 1900. Rhythms and geological time. Science, New Series 11(287): 10011012. HOLLANDER, D.J. & M. SMITH. 2001. Microbially mediated carbon cycling as a control on the δ13C of sedimentary carbon in eutrophic Lake Mendota: New models for interpreting isotopic excursions in the sedimentary record. Acta Geochimica et Cosmochimica 65(23): 4321-4337. MEYER, P.A. & E. LALLIER-VERGES. 1999. Lacustrine sedimentary organic matter records of Late Quaternary paleoclimates. Journal of Paleolimnology. 21: 345-372. MIDDELDORP,A.A. 1982. Pollen concentration as a basis for indirect dating and quantifying net organic and fungal production in a peat bog ecosystem. Review of palaeobotany and palynology 37: 225-282. MORA, G. & L.M. PRATT. 2001. Isotopic evidence for cooler and drier conditions in the tropical Andes during the last glacial stage. Geology 29: 519-522 MORA, G. & L.M. PRATT. 2002. Carbon isotopic evidence from paleosols for mixed C3/C4 vegetation in the Bogotá Basin, Colombia. Quaternary Science Reviews 21: 985-995. 65
Cronología e isotopia δ13C de la turbera Llano Grande
OLDFIELD, F., P.R.J. CROOKS, D.D. HARKNESS & G. PETTERSON. 1997. AMS radiocarbon dating of organic fractions from varved lake sediments: an empirical test of reliability. Journal of Paleolimnology 18: 87-91. STUIVER, M., P.J. REIMER, E. BARD, J.W. BECK, G.S. BURR, K.A. HUGHEN, B. KROMER, F.G. MCCORMAC, J.V.D. PLICHT & M. SPURK. 1998. INTCAL98: Radiocarbon Age Calibration, 24,000-0 cal YR BP. Radiocarbon 40: 1041-1083. SCHWARTZ, D. 1991. Intéret de la mesure du δ13C des sols en milieu naturel équatorial pour la connaissance des aspects pédoloqiques et écologiques des relations savane-forest, examples du Congo. Cah. Orstom, Sér. Pédol. 16: 327-341. SCHLAGER, W., D. MARSAL, P.A.G. VAN DER GEEST & A. SPRENGER. 1998. Sedimentation Rates, Observation Span, and the Problem of Spurious Correlation. Mathematical Geology 30(5): 547-556. VAN GEEL, B. & W.G. MOOK. 1989. High resolution 14C dating of organic deposits using natural atmospheric 14C variations. Radiocarbon 31: 151-155. TELFORD, R. J., E. HEEGAARD & H.J.B. BIRKS. 2004. All age-depth models are wrong: but how badly. Quaternary Science Reviews 23: 1-5.
66
VAN ‘T VEER, R., G. ISLEBE & H. HOOGHIEMSTRA. 2000. Climatic change during the Younger Dryas chron in northern South America: a test of the evidence. Quaternary Science Reviews 19(1718):1821-1835. VAN DER HAMMEN, T. & E. GONZÁLEZ. 1963. Historia del clima y vegetación del Pleistoceno superior y del Holoceno de la Sabana de Bogotá. Boletín geológico 11: 189-266. VAN DER HAMMEN, T. & H. HOOGHIEMSTRA. 1995. Cronoestratigrafía y correlación del Plioceno y Cuaternario de Colombia. Análisis geográficos 24: 51-67. WALANUS, A. 2008. Drawing the optimal depth-age curve on the basis of calibrated radiocarbon dates, Geochronometria, V. 31, pp. 1-5. WILLE, M., H. HOOGHIEMSTRA, B. VAN GEEL, H. BEHLING, A. JONG & K. VAN DER BORG. 2003. Submillenniumscale migrations of the rainforest savanna boundary in Colombia: 14C wigglematching and pollen analysis of core Las Margaritas. Palaeogeo graphy,Palaeoclimatology, Palaeoecology 193: 201-223.