ANÁLISIS MATEMÁTICO, UNA ALTERNATIVA EN EL ESTUDIO BIOESTRATIGRÁFICO DE NÚCLEOS SEDIMENTARIOS SUJETOS A RETRABAJO EN LA PORCIÓN AUSTRAL DE LA PENÍNSULA DE BAJA CALIFORNIA

Trabajo recibido el 29 de abril de 1989 y aceptado para su publicación el 26 de enero de 1990.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN

La definición de una bioestratigrafía detallada, susceptible de correlación regional,frecuentemente se ve obstaculizada por la naturaleza transgresiva en el tiempo de las microfaunas bentónicas (Bandy, 1972; Ingle, 1967, 1973 y Crouch and Bukry, 1979), por desplazamiento de faunas relativamente someras en ambiente de aguas profundas (Blake, 1981), y por el cambio en la estructura de las masas de agua (Blake y Douglas, 1980); particularmente si las fluctuaciones están asociadas a cambios glaciares-interglaciares (Streeter, 1973).

La interacción de estos factores origina para una área en particular, una tanatocenosis cuyos elementos constitutivos son, aunque sea mínimamente, diferentes a la biocenosis; sobre todo en lo que concierne a dos aspectos: el cualitativo, relacionado con parámetros fisico-químicos del medio y, el cuantitativo modificado por la solución y destrucción de las conchas de foraminíferos y la tasa de sedimentación (Boltovskoy, 1971). Consecuentemente, el análisis de estas tanatocenosis proporciona un cúmulo de información derivada de la mezcla de diferentes biofacies, que enmascara los parámetros significativos a considerar en la interpretación bioestratigráfica y paleoceanográfica.

Por lo anteriormente expuesto, el objetivo del presente trabajo es contribuir a la solución de dicho problema, analizando por medio de técnicas matemáticas, la tanatocenosis de foraminíferos bentónicos cuaternarios incluída en dos núcleos sedimentarios, provenientes del Océano Pacífico, contíguos a la punta de la Península de Baja California.

Para tal propósito, se emplea el Análisis de Factores en su modo "Q" (Kim, 1978), el cual agrupa muestras cuya composición faunística es similar. La posición de estos grupos a lo largo de la columna sedimentaria y criterios paleoceanográficos, permite establecer intervalos o estratos significativamente importantes desde el punto de vista bioestratigráfico. Para definir que especie o grupo de ellas es característico en cada estrato, así como su significado paleoceanográfico, se emplea el Análisis de Factores en su modo "R" y el Análisis Cluster (Kim, 1978).

Los dos núcleos que se emplean en este trabajo: BAP 86-12 (22°01'N; 110°00'W) y BAP 86-22 (22°40'N; 110°20'W) se localizan al suroeste de Cabo San Lucas, en la punta de la Península de Baja California (Fig.1). La topografía en esta región es relativamente disectada y presenta una serie de cañones submarinos que sirven de cauce para el desplazamiento de lodos turbidíticos ("mud turbidites"; Einsele y Kelts, 1982) hacia el fondo profundo (más de 2500 m). Estos lodos tienen un carácter hemipelágico y su fuente se encuentra en las cuencas batiales internas del talud continental.

En la región de estudio, el aporte pelágico es abundante y constituído principalmente de frústulas de diatomeas, debido a una alta productividad primaria, que es sostenida por el proceso de mezcla de tres masas de agua: 1) el agua asociada a la Corriente de California, 2) el agua Tropical -Ecuatorial y 3) el agua propia del Golfo de California (Molina-Cruz, 1988). El aporte fluvial es prácticamente nulo en la punta de la Península de Baja California; no obstante, las lluvias y los ciclones que a veces ocurren en verano-otoño, influyen para que a partir del medio nerítico, cuesta abajo, el aporte terrígeno exceda el 25% de la fracción más gruesa que la arcillo-limosa (Einsele y Kelts, 1982; Curray, et al., 1982). Las masas de agua no superficiales, que de acuerdo a su densidad se disponen en forma estratificada en la columna hidráulica, inciden sobre el perfil batimétrico descrito por el fondo marino, originando consecuentemente, diferentes ambientes bentónicos (Ingle, 1980). Esta relación, tipo de agua/batimetría = ambiente bentónico, es graficada en la figura 2, donde se consideran datos propios de la región (Roden, 1972).

De acuerdo al argumento anterior, ambos núcleos provienen de una zona que está bajo la influencia de cañones submarinos (Fig. 1) y dentro de un ambiente batial inferior (Fig. 2). Sin embargo, el hecho de que el núcleo BAP 86-12 esté en la desembocadura de varios cañones y más abajo que el núcleo BAP 86- 22, nos lleva a suponer que éste tiene más influencia del depósito de los lodos turbidíticos.

Los núcleos BAP 86-12 y BAP 86-22 fueron recobrados a bordo del B/O "El Puma" en la primavera de 1986. El primero está localizado a 3,150 m de profundidad, mientras que el segundo está a 2,400 m (Tabla 1). Ambos núcleos fueron obtenidos con un nucleador de gravedad de gran diámetro (13 cm) y partidos a bordo longitudinalmente. Una mitad fue almacenada como testigo en un cuarto frío, mientras que la otra fue submuestreada cada 10 cm. Las submuestras tienen un volúmen aproximado de 25 cm³. Estas fueron llevadas al laboratorio, donde se lavaron con agua corriente, utilizando un tamiz con malla de 0.149 mm. Una vez secas, fue revisado su contenido micropaleontológico, estructurándose un marco taxonómico de referencia (Tabla 2) para efectuar un conteo de especímenes de cada especie (o categoría) identificada.

Trescientos especímenes fueron contados por lo general en cada muestra. Cuando los individuos fueron muy abundantes, la muestra se subdividió en alícuotas con un cuarteador Otto, y una o más alícuotas fueron contadas como base para estimar la población total. En las muestras en que los foraminíferos fueron escasos, éstos se contaron en su totalidad. Una vez que se calculó la abundancia relativa de cada especie, se decidió que las que representaran menos del 5% no fueran utilizadas en el análisis matemático. Este procedimiento no altera la integridad estadística de la población total (Blake, 1976).

La matriz de abundancias relativas de cada núcleo, se tomó como base para realizar un Análisis de Factores en su modo "Q" (Kim, 1978). Porque el razonamiento de este análisis ha sido discutido por varios investigadores en Ciencias de la Tierra (Imbrie y van Andel, 1964; Sachs, 1973; Molina-Cruz, 1986), en el presente trabajo nos concretaremos a realzar aspectos pertinentes.

Figura 1. Localización de los núcleos analizados en el presente estudio y batimetría (m).

TABLA 1 INFORMACIÓN GENERAL DE LOS NÚCLEOS

Figura 2. Posición de los núcleos estudiados, con respecto a los ambientes bentónicos (modificado de Ingle, 1973), y la distribución estratigráfica de temperatura en °C (tomada de Roden, 1972).

El análisis de factores modo "Q", después de que ha hecho una comparación entre todas las muestras, forma grupos de ellas con base en la similitud de su composición faunística. El razonamiento matemático del análisis es el siguiente: cada muestra es un vector resultante de la suma de los vectores que representan a cada especie. Estas resultantes, a su vez, son comparadas vectorialmente con una serie de vectores hipotéticos o de referencia llamados factores. Matemáticamente, los factores son definidos con base en toda la información y son ortogonales; es decir, son independientes presentando un ángulo de 90° entre sí.

Uno de los puntos más críticos en el empleo del análisis de factores, es el decidir el número de factores a considerar. Si se emplea un criterio matemático, generalmente éste se establece mediante la observación de la secuencia de "eigenvalues" y de varianzas (Tablas 3 y 4), determinándose como punto critico, el paso donde los primeros decrecen drásticamente y donde la varianza acumulativa sobrepasa un porcentaje relativamente significativo. En este estudio, considerando cuatro factores, se alcanza una varianza acumulativa de 66.7% para el núcleo BAP 86-12 y de 85.4% para el núcleo BAP 86-22.

Una vez que el modelo fue ajustado a cuatro factores, se obtuvieron matrices "Varimax" de opción rotacional (Kim, 1978). En estas matrices (Tablas 5 y 6), se explica cada muestra en función sólo de cuatro valores denominados "Factor loadings" o contribución de cada factor.

Graficando los valores de la contribución de los factores ("Factor loadings") contra la profundidad en el subsuelo o posición de la muestra a lo largo de la longitud de los núcleos (Fig. 3), es posible determinar intervalos o estratos con composición de factores definida (y por consiguiente faunística), diferente a los sobreyacientes o subyacientes.

Para conocer que especies están más interrelacionadas o son características de cada factor modo "Q", se realizaron Análisis de Factores y Cluster, modo "R". En estos análisis los valores de los factores modo "Q" fueron introducidos como una variable más. Los resultados del análisis Cluster son mostrados en forma de dendrogramas en los Anexos 1 y 2.

TABLA 2 LISTA TAXONÓMICA DEPURADA DE LAS ESPECIES REGISTRADAS EN LOS NÚCLEOS BAP86 12 Y BAP86-22 Y CÓDIGO DE ESPECIES EMPLEADO EN LOS ANEXOS 1 Y 2

TABLA 3 TABLA DE "EINGENVALUES" Y VARIANZAS EN EL ANÁLISIS DE FACTORES MOD"Q" DEL NÚCLEO BAP86-12

Para incluir el criterio paleoceanográfico en la definición de estratos o intervalos, se consideró el marco espacio-temporal resultado del análisis Cluster (Anexos 1 y 2). De esta manera, se observó que los foraminíferos bentónicos característicos del Factor Q: 1 del núcleo BAP 86-22, son los mismos que los del Factor Q: 3 del núcleo BAP 86-12. Es decir, en ambos están presentesEilohedra laevicula (Resig) y Uvigerina proboscidea Schwager; especies que de acuerdo a varios autores (i. e. Matoba y Yamaguchi, 1982) son comunes en el Pacífico y constituyen parte importante de las biofacies típicas de un ambiente batial inferior y batial medio-inferior (Ingle, 1973); lo cual está en concordancia con la profundidad a la cual fueron recobrados los núcleos (Tabla 1; Fig.2).

Tomando estos parámetros como antecedentes se correlacionó el registro estratigráfico del Factor Q: 1 del núcleo BAP 86-22, con el Factor modo Q: 3 del núcleo BAP 86-12 (Fig.3A). En ambos, se tomó como base a los dos máximos más someros de la columna sedimentaria, denotándolos como "d1" y "d2", porque coinciden con profundidades en el subsuelo, que corresponden al índice estratigráfico (ACME) en la región, del radiolarioCycladophora davisiana (Ehrenberg)(Rozo-Vera, 1988; Martínez-López, 1989). El cambio climático relativo a estos data se manifiesta en el área: primero en el medio pelágico y aproximadamente 1,000 años después, en el medio bentónico (Molina-Cruz, 1988).

Basados en fechamientos con isótopos del oxígeno de los núcleos BAP 83-10 y BAP 83-11, localizados ligeramente al este del área de estudio (Molina-Cruz, 1988), es posible estimar una edad de 18,000 años (18 K) para el máximo "d2" y una edad de 14,500 años (14.5 K) para el máximo "d1". Dichas edades coresponden respectivamente, a la edad del clímax del último estadio glacial y al comienzo de la transición glacial-interglacial (CLIMAP, 1981; Keigwing et al., 1984).

TABLA 4 TABLA DE "EINGENVALUES" Y VARIANZAS EN EL ANÁLISIS DE FACTORES MODO "Q" DEL NÚCLEO BAP86-22

Considerando los data "d1" y "d2" como base en gráficos de edad contra profundidad en el subsuelo (Fig.4), es posible, además de estimar tasas de sedimentación (Tabla 1), hacer extrapolaciones para definir otros data. Así, se estima que el máximo subyaciente a "d2" en la correlación, tiene una edad aproximada de 24,000 años (24 K), y que el datum correspondiente al contacto Holoceno-Pleistoceno, 11 K (interglacial presente/último glacial), se sitúa a 50 cm en el núcleo BAP 86-22 y a 70 cm en el núcleo BAP 86-12.

El hecho de que éste último núcleo presente una tasa de sedimentación más alta que la del núcleo BAP 86-22, es congruente con la dinámica sedimentaria esperada, ya que de acuerdo a la topografía submarina el núcleo BAP 86-12, localizado en el fondo de la cuenca, debe recibir mayor aporte de lodos turbidíticos que el núcleo BAP 86-22, situado en la parte inferior del talud continental (Fig.1). Dicha condición sedimentaria ha sido también observada en la punta de Baja California, frente a San José del Cabo, por Moore y Curray (1982).

Al incluir los data 11 K, "d1" (14.5 K), "d2" (18 K) y 24 K en la comparación de otros factores modo "Q", descritos a lo largo de los núcleos (Figs. 3B a 3D) y que de acuerdo a los Anexos 1 y 2 tienen similitud en la composición faunística característica, se observa que en general hay coherencia estratigráfica y por consiguiente paleoceanográfica.

Figura 3. Comportamiento estratigráfico de la contribución de los factores ("Factor loading) en los núcleos BAP86-12 y BAP86-22 y correlación entre el factor 1 del núcleo BAP86-22 y el factor 3 del núcleo BAP86 12 (figura A). Estas correlaciones han sido sobrepuestas en las otras comparaciones (Figura B a D).

TABLA 5 MATRIZ VARIMAX, OPCION ROTACIONAL, EN EL ANÁLISIS DE FACTORRES MODO "Q" DEL NÚCLEO BAP86-12

TABLA 6 MATRIZ VARIMAX, OPCION ROTACIONAL, EN EL ANÁLISIS DE FACTORES MODO "Q" DEL NÚCLEO BAP86-22

Figura 4. Gráfico de edad (X 1000 años) contra profundidad del subsuelo (cm). indicando tasas de sedimentación y datum (vease texto).

La columna sedimentaria más antigua a 24,000 años, se define en ambos núcleos por la presencia conspícua de los Factores modo Q: 2 respectivos (Fig.3B), así como por la abundancia particular del Factor modo Q: 3 en el núcleo BAP 86-22 y del Factor modo Q: 4 en el núcleo BAP 86-12 (Fig.3C).

Uvigerina senticosa Cushman yPullenia bulloides (d'Orbigny), son características en el Factor modo Q: 2 en ambos núcleos, mientras que Bulimina mexicana Cushman y Globobulimina pacifica Cushman son las formas que definen al Factor modo Q: 3 del núcleo BAP 86-22 yBulimina mexicana y Oridorsalis tener(Brady) al Factor modo Q: 4 del núcleo BAP 86-12 (Anexos 1 y 2).

Las especies características en el Factor modo Q: 2 son comunes, tanto en el Pacífico como en el Golfo de California, en biofacies correspondientes a un medio batial inferior (Blake, 1981; Matoba y Yamaguchi, 1982); consecuentemente, en correspondencia con la profundidad a la que se localizan los núcleos en estudio (Fig.2). No obstante, la presencia significativa en este intervalo de Bulimina mexicana, Oridorsalis tener y Globobulimina pacifica, especies asociadas a biofacies relativas a un ambiente batial medio y superior, sugiere desplazamiento sedimentario de material proveniente de ambientes más someros. Esta dinámica sedimentaria, es coincidente con el hecho de que la superficie del mar, por causas climatológicas, estaba prácticamente en un nivel eustático mínimo (CLIMAP, 1976, 1981; Dillon y Oldale, 1979).

El intervalo o estrato comprendido entre 24 K y 18 K, se expresa por la concurrencia bimodal del Factor modo Q: 1 en el núcleo BAP 86-22 y la del Factor modo Q: 3 en el núcleo BAP 86-12 (Fig.3A). Los mínimos incluidos en estas biconcurrencias, son ocupados principalmente por el Factor modo Q:3 en el caso del núcleo BAP 86-22 (Fig.3A vs. 3C) y por el Factor modo Q: 1 en el caso del núcleo BAP 86-12 (Fig. 3A vs. 3D). Paralelamente a dicho mínimo, se observa también un incremento del Factor modo Q: 2 de cada núcleo (fig. 3B), reforzando la correlación estratigráfica antes propuesta.

Las especies que particularmente definen a los factores presentes en forma bimodal, en este intervalo, son: Uvigerina proboscidea, Stainforthia complanata (Egger), Eilohedra laevicula yBolivina spissa Cushman en el Factor modo Q: 1 del núcleo BAP 86-22; y Eilohedra laevicula, Uvigerina proboscidea, Stainforthia sandiegoensis (Uchio) y Gyroidina multilocula Coryell y Mossman en el Factor modo Q: 3 del núcleo BAP 86-12 (Anexos 1 y 2). La distribución batimétrica de Uvigerina proboscidea y deEilohedra laevicula, en general, comprende no sólo el ambiente batial inferior, sino también el batial medio (superior e inferior), haciendo por lo tanto, difícil la inferencia de si dichos factores representan o no retrabajo en los núcleos estudiados.

Sin embargo, la presencia dentro del modelo matemático de factores más afines al medio batial inferior (Factor modo Q: 2 de cada núcleo) y la abundancia significativa de especies propias de un ambiente batial superior, tanto en el Factor modo Q: 1 del núcleo BAP 86-22 como en el Factor modo Q: 3 del núcleo BAP 86-12, permite sugerir un mayor retrabajo en este intervalo que en el anterior. La ocupación de los mínimos en las distribuciones bimodales, por factores aparentemente más someros, es consistente. La dinámica sedimentaría es coherente con un estadio climatológico, en el que la plataforma continental estaba expuesta y sujeta a intemperismo, debido a una baja extrema del nivel del mar (CLIMAP, 1981; Curray, 1965).

El estrato comprendido entre "d2" (18 K) y "d1" (14.5 K), señala una extensión de las condiciones climático-sedimentarias, mostradas en el intervalo previo. Es éste, también hay concurrencia bimodal del Factor modo Q: 1 en el núcleo BAP 86-22 y del Factor modo Q: 3 en el núcleo BAP 86-12 (Fig. 3A). Los mínimos mostrados por dichos factores en este intervalo, son ocupados por los Factores modo Q: 4 y Q: 1 respectivamente (Fig. 3A vs. 3D). Las especies determinantes de estos factores (Anexos 1 y 2) son Epistominella exigua (Brady),Oridorsalis umbonatus (Reuss), Globobulimina barbata (Cushman) y Cassidulina delicata Cushman, características de biofacies típicas de un ambiente batial superior (Ingle, 1980; Ingle y Keller, 1980, Matoba y Yamaguchi, 1982), luego entonces sugiriendo retrabajo. Este intervalo corresponde al clímax del último estadio glacial (Shackleton y Opdyke, 1973; Keigwing, et al., 1984).

El intervalo entre "d1" (14.5 K) y 11 K, corresponde a la transición glacial- interglacial. Esta se manifiesta principalmente por el rápido decremento del Factor modo Q: 1 en el núcleo BAP 86-22 y del Factor modo Q: 3 en el núcleo BAP 86-12 (Fig. 3A). Al igual que en el intervalo anterior, el reemplazo es llevado a cabo por el Factor modo Q: 4 en el núcleo BAP 86-22, y por el Factor modo Q: 1 en el núcleo BAP 86-12 (Fig. 3A vs. 3D); un detalle sin embargo, es que estos factores alcanzan su máximo en este estrato precisamente. Por lo tanto, puede sugerirse que durante este intervalo, debido a la transgresión del mar sobre la plataforma continental intemperizada y al establecimiento de un régimen pluvial (Bradley, 1985), se incrementó considerablemente el retrabajo.

La instauración de las condiciones climático-sedimentarias actuales, es marcada por el datum 11 K. Este intervalo prácticamente está representado, por el Factor modo Q: 2 respectivo de cada núcleo (Fig. 3B); por consiguiente, por factores cuya definición matemática es determinada por especies que corresponden al ambiente en el que se localizan los núcleos; es decir, el batial inferior (Anexos 1 y 2; Matoba y Yamaguchi, 1982).

La presencia del Factor modo Q: 4 en el núcleo BAP 86-22 y del Factor modo Q: 3 en el núcleo BAP 86-12 (Fig. 3D), denota que en este intervalo, también hay evidencias de material retrabajado. Sin embargo, cabe hacer notar que el retrabajo ha sido aparentemente más intenso en el núcleo BAP 86-12. En el núcleo BAP 86-22 el Factor modo Q: 2 es reemplazado sólo en la base del intervalo, mientras que en el núcleo BAP 86-12, este es reemplazado intermitentemente a lo largo de todo el intervalo.

En las cuencas oceánicas alrededor de la punta de Baja California, el desplazamiento de lodo turbidítico del talud continental al fondo, ha ocasionado retrabajo de material microfaunístico, desde hace al menos 24,000 años. No obstante, mediante los criterios matemáticos de los Análisis de Factores y Cluster, fue posible definir bioestratigráficamente la columna sedimentaría en cinco intervalos o estratos. El más antiguo de estos, fue depositado hace poco más de 24,000 años, mientras que el intermedio entre 18,000 años y 14,500 años, durante el climax del último estadio glacial. El intervalo depositado más recientemente, corresponde al lapso comprendido entre 11,000 años y el presente.

De acuerdo al análisis de las biofacies de foraminíferos bentónicos y las tasas de sedimentación de los núcleos BAP 86-12 y BAP 86-22, el retrabajo es más aparente en el fondo de las cuencas, que en la parte inferior del talud continental. Considerando el tiempo, dicho retrabajo es mayor durante el Pleistoceno tardío, principalmente en los sedimentos depositados entre 14,500 años y 11,000 años, antes del presente. Este intervalo, concurre con la transición de un estadio glacial a un estadio interglacial. Por lo tanto, se sugiere que el incremento marcado del retrabajo, está relacionado a la transgresión del mar sobre una plataforma continental intemperizada previamente, ya que este proceso aumenta el aporte terrígeno y en consecuencia la dinámica turbidítica.

Por último, se pone de manifiesto la validez del empleo de técnicas matemáticas, en la resolución de problemas bioestratigráficos, cuando las columnas sedimentarias contienen material micropaleontológico que ha sido sujeto a retrabajo, por acción del desplazamiento de partículas sedimentarias o lodos turbidíticos en el fondo, debido a procesos geológicos, climatológicos y oceanográficos.

Este estudio fue parcialmente financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Proyecto PCCNCNA - 031523, "Evolución Oceanográfica del Golfo de California, Parte II". Los autores hacen patente su agradecimiento a la M. en C. Marcela Martínez López por el apoyo en el desarrollo del cómputo. También hacen extensivo su reconocimiento al Sr. J. Osorio por la elaboración de las figuras y a las Sras. Ana María Sánchez y Y. Gómez de Hernández por la transcripción de este trabajo.

ANEXO 1 DENDOGRAMA DEL ANÁLISIS CLUSTER MODO "R" DEL NÚCLEO BAP86-12

ANEXO 2 DENDOGRAMA DEL ANÁLISI CLUSTER MODO "R" DEL NÚCLEO BAP86-12

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