Proveniencia sedimentaria de circones detríticos de

Proveniencia sedimentaria de circones detríticos de la
Fm. Snow Hill Island, Isla James Ross, Antártica.
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Cristián Ramírez* , Francisco Hervé , Paula Castillo , Joaquín Bastias , Rodrigo Otero , David Rubilar-Rogers ,
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Andrea Llanos , Teresa Torres y Mark Fanning .
(1) Servicio Nacional de Geología y Minería, Avda. Santa María #0104, Santiago, Chile.
(2) Universidad Andrés Bello, Escuela de Ciencias de la Tierra, Av. Sazie #2315, Santiago, Chile.
(3) Research School of Earth Sciences, The Australian National University, Canberra, Australia.
(4) Department of Earth and Environmental Sciences, University of Geneva, Rue des Maraichers 13, 1205 Geneva,
Switzerland.
(5) Red Paleontológica U-Chile, Laboratorio de Ontogenia y Filogenia, Departamento de Biología, Facultad de Ciencias,
Universidad de Chile. Las Palmeras 3425, Santiago, Chile.
(6) Área Paleontología, Museo Nacional de Historia Natural, Casilla 787, Santiago, Chile.
(7) Facultad de Ciencias Agronómicas, Departamento de Recursos Naturales Renovables, Universidad de Chile, Santa
Rosa 11315, Santiago, Chile.
(8) Facultad de Ciencias Agronómicas, Laboratorio de Paleobotánica, Universidad de Chile, Santa Rosa 11315, Santiago,
Chile.
e-mail:* [email protected]
Resumen. En areniscas basales la Formación Snow Hill
Island (cuenca de Larsen) se determinó una edad máxima
de depositación de 106,8 ± 4,5 Ma. Esta unidad se
encuentra en discordancia de erosión sobre la Formación
Santa Marta (Santoniano – Campaniano temprano). Existe
una diferencia de 20 Ma entre la edad calculada y
determinaciones fosilíferas, que asignan la base de la
formación Snow Hill Island al Campaniano tardio. Una
barrera topográfica pudo formarse durante la inversión
parcial de la cuenca de Larsen en el Cretácico Superior y
favorecer la depositación de sedimentos del Cretácico
Inferior.
Respecto de las fuentes de los circones detríticos: Aquellos
entre 1.203 y 833 Ma son afines a rocas con edades
Grenvilianas, asociadas a la formación de Rodinia. La
fuente probable de circones entre 679 y 502 Ma, se
presume serian los orogenos de Ross, Delamerian,
Pampeanos y Brasiliano/Pan-Africano. Aquellos circones
entre 228 y 170 Ma son concordantes con edades de rocas
del arco Jurásico y unidades triásicas de la Península
Antártica. En este mismo sector, se encuentran rocas del
arco Cretácico Inferior, fuente probable de los circones con
edades entre 132 y 105 Ma.
Palabras clave. Circones detríticos. Cuenca de Larsen,
Isla James Ross, Antártica.
Introducción
Los estudios de proveniencia sedimentaria utilizando
circones detríticos permiten obtener antecedentes
geocronológicos de las fuentes de rocas sedimentarias
clásticas (Gehrels et al., 2014). Adicionalmente, los
patrones de edades de los circones han resultado ser útiles
en estudios de reconstrucción paleogeográficas,
particularmente en la Península Antártica y su aun
enigmática relación con Sudamérica (Miller, 2007). Este
trabajo tiene como objetivo identificar las posibles fuentes
de los circones de niveles sedimentarios del Cretácico
Superior de la cuenca de Larsen, ubicados en el sector
noroccidental de la isla James Ross. Adicionalmente se
pretende comparar los principales peaks de edades de estas
rocas con aquellos obtenidos en la Península Antártica y la
parte sur de Sudamérica (Patagonia) disponibles en la
literatura. Por otro lado, se calcula la edad máxima de
depositación para contrastarla con las edades relativas
previamente determinadas en la literatura, para estas
unidades Cretácicas.
Metodología
Durante la campaña ECA 48 realizada en enero y febrero
del 2012, se describió una sección ubicada en los
alrededores de la Bahía Santa Marta, en el extremo
noroccidental de la isla James Ross. Se muestreó
aproximadamente 5 kg de areniscas. Se separaron circones
en el área de molienda del Departamento de Geología de la
Universidad de Chile. Los circones fueron datados por el
método U-Pb mediante SHRIMP en el laboratorio de
geocronología de la Australian National University. Para el
cálculo de la edad máxima de depositación, se consideró la
edad promedio ponderada de los tres circones más jóvenes
y la edad del circón más joven.
Marco Geológico
La cuenca de Larsen se interpreta como una cuenca de
trasarco, cuyo arco magmático, con actividad desde el
Jurasico al Cenozoico inferior, estaría representado por
rocas que hoy afloran a lo largo de la Península Antártica
(Pankhurst, 1982; Hathway, 2000; Olivero, 2012). En el
área de estudio afloran las formaciones sedimentarias
marinas Santa Marta (Santoniano – Campaniano temprano)
y Snow Hill Island (Campaniano tardio - Maastrichtiano).
Ambas estarían en contacto erosivo, que representa un
hiatus sobre el cual se habría depositado un conglomerado
rico en concreciones retrabajadas, ampliamente distribuido
en los alrededores de la Bahía Santa Marta (Olivero,
2012).
otras particularidades. Los circones del grupo 3 tienen
edades prácticamente continuas entre los 600 y 500 Ma.
Los circones del grupo 4 son principalmente del Jurasico
Inferior, a excepción de un cristal del Triásico Superior. El
grupo 5 tiene dos subgrupos, de 132 a 127 Ma y,
relativamente continuas de 118 a 105 Ma. Estas últimas
edades fueron utilizadas para calcular la edad máxima de
depositación.
Las unidades sedimentarias se encuentran cubiertas por
rocas volcánicas basálticas e intruidas por diques asociados
al James Ross Island Volcanic Group (JRIVG) cuyas
edades varían entre 6 Ma y 80 ka (Smellie et al., 2008).
Litológicamente corresponden a lava-fed deltas y conos
piroclásticos con importantes facies glacio-volcánicas.
Estas rocas son basáltico-alcalinas y están ampliamente
distribuidas en el área estudiada. (Bibby, 1966; Smellie et
al., 2006, Smellie et al., 2008).
Edad máxima de depositación
La datación del circón más joven entregó una edad de 105
± 1 Ma. Por otro lado, la edad promedio ponderada
utilizando los tres circones más jóvenes dio como resultado
106,8 ± 4,5 Ma.
Resultados
Descripción litológica
La sección estudiada tiene 15 m de potencia, donde se
intercalan niveles semiconsolidados centimétricos a
métricos de areniscas finas a medias, grises y verdes, cuya
parte superior, en contacto irregular onduloso, está
compuesta un nivel fuertemente consolidado de 1 m de
arenisca que varia a un conglomerado fino y un nivel de
coquina. Estas sedimentitas presentan un rumbo
aproximado S30°E, manteo de 14°SW y están intruidas por
diques subverticales, gris oscuro, de hasta 2 m de ancho.
Tanto la arenisca como el conglomerado fino presentan
cristales de plagioclasa, cuarzo y abundantes fragmentos
líticos volcánicos. En intersticios se observa clorita,
limolita y zeolita. La coquinas es ricas en fragmentos de
moluscos además de concreciones subredondeadas de
hasta 4 cm. Se observaron variaciones laterales de estas
rocas en los alrededores de la Bahía Santa Marta hacia el
NW.
Histograma de edades
Se obtuvo edades puntuales de 70 circones de una muestra
de arenisca fuertemente consolidada, de la parte superior
de la sección. Se identificaron 5 grupos asociados a los
peaks principales. El grupo 1 y más antiguo, con 3
cristales, presenta edades entre 2.500 y 2.000 Ma
(Paleoproterozoico). El grupo 2, consta de 8 cristales con
edades entre 1.203 y 833 Ma (Mesoproterozoico Neoproterozoico). El grupo 3, tiene 39 cristales y sus
edades varían entre 679 – 502 Ma (Neoproterozoico–
Cámbrico superior). El grupo 4, con 7 cristales presenta
edades entre 228 y 170 Ma (Triásico Superior - Jurásico
Inferior). Finalmente el grupo 5, con 13 cristales, presenta
edades entre 132 y 105 Ma (Cretácico Inferior). Los 3
grupos principales se muestran en el histograma de la
Figura 1. Dentro de cada grupo se observan subgrupos y
Figura 1. Histograma de edades de los tres grupos principales. El grupo 3
tiene edades entre 679 – 502 Ma, el grupo 4 entre 228 y 170 Ma y el
grupo 5 presenta edades entre 132 y 105 Ma.
Discusión
Estratigrafía
Los niveles sedimentarios que afloran en los alrededores
de la Bahía Santa Marta, dentro de los cuales se ubica la
sección estudiada, habían sido asignados a la parte alta de
la Formación Santa Marta (Pirrie, 1989;Scasso et al, 1991).
Sin embargo, trabajos más recientes asignan estas rocas a
los niveles inferiores de la Fm. Snow Hill Island (Olivero,
2012), donde además se señala la existencia de un hiatus
entre ambas unidades (dentro del Campaniano),
representada por un conglomerado rico en concreciones
retrabajadas. En este contexto, es posible que las areniscas
bajo conglomerados y coquinas muestreadas en este
estudio (Fig. 2), en contacto probablemente erosivo,
correspondan a la base la Fm. Snow Hill Island (Fig. 3).
Edad máxima de depositación
Los niveles estudiados corresponden a facies cuyos
constituyentes estarían relacionados a un arco volcánico
activo (Pirrie, 1989). La presencia de pómez y otros
piroclástos en los mismos niveles, sumado a la existencia
de tobas intercaladas, apoyan estas conclusiones (Olivero,
2012). Por otro lado, Pankhurt (1982) documenta peaks de
actividad del arco en el Cretácico inferior y Superior
ubicado al oeste de la cuenca de Larsen, en la actual
Península Antártica. Estos antecedentes permiten inferir
que hubo volcanismo contemporáneo a la depositación de
la sección estudiada.
Dickinson y Gehrels (2009) señalan que las edades
máximas de depositación calculadas a partir de múltiples
circones son en general consistentes con las edades de
depositación. En este caso, la edad calculada y la edad del
circón más joven son concordantes y ambas corresponden
al Albiano. Considerando que existía volcanismo al
momento de la depositación, el lapso que existe entre la
edad máxima de depositación (Albiano) y bioestratigráfica
(desde el Campaniano) es relativamente alto, cercano a los
20 Ma.
Si se descartan, a priori, problemas analíticos o de sesgo
en la separación de los circones, y se tiene en cuenta que el
nivel muestreado sobreyace una discordancia por erosión
entre las formaciones Santa Marta y Snow Hill Island, esta
situación puede deberse a factores sedimentológicos.
Hathway (2000) sugiere un evento tectónico compresivo
que generó la inversión parcial de la cuenca de Larsen en
el Cretácico Superior. Esto pudo generar una barrera
topográfica para los detritos de este periodo, favoreciendo
la depositación de sedimentos del Cretácico Inferior.
Se considera poco probable que la diferencia de edades se
deba a las determinaciones paleontológicas, ya que existe
una detallada bioestratigrafía en la zona, con más de 7000
fósiles estudiados, en distintas secciones del Cretácico de
James Ross (Olivero, 2012 y referencias allí citadas).
Posibles fuentes de los circones
Las posibles fuentes de los circones estudiados se
proponen a continuación:
Para el Grupo 2, las edades de los circones son
concordantes con edades Grenvilianas, relacionadas al
orogeno homónimo asociado a la formación del
supercontinente Rodinia (Ramos, 2010). Los circones del
Grupo 3 presentan peaks entre 679 y 502 Ma. Los circones
con edades cercanas a 500 Ma son comúnmente
relacionados con los orógenos de Ross (en Antártica),
Delamerian (en Australia) y Pampean (en Sudamerica),
cuya duración se estima entre el Cambrico hasta el
Ordovicico temprano. Aquellos cercanos a 600 Ma se
asocian comúnmente a la orogenia Brasiliana/
PanAfricana. Estas fuentes habrían aportado circones con
edades del Neoproterozoico – Cambrico inferior a varias
cuencas Paleo-Mesozoicas (Goodge et al., 2004; Rapela et
al., 2011). Los circones del Grupo 4, en su mayoría del
Jurásico Inferior a Medio, son concordantes crono y
paleogeográficamente con aquellas rocas del arco Jurásico
de la Peninsula Antártica (BAS, 1982; Pankhurt, 1982). El
circón del Triásico Superior, de 228 Ma, podría atribuirse a
rocas intrusivas de la Península Antártica (Riley et al.,
2012). Como se señaló anteriormente, Pankhurt (1982)
documenta peaks de actividad del arco en el Cretácico
Inferior y Superior en la actual Península Antártica, por lo
tanto, los circones del grupo 5 tendrían como posible
fuente aquellas rocas.
Agradecimientos
El financiamiento para la expedición y análisis de
laboratorio fue proporcionado por el Proyecto Anillo
Antártico (ACT-105, Conicyt-Chile). Los autores
agradecen a la tripulación del rompehielos Oscar Viel y a
Ricardo Jaña (Inach) por el apoyo logístico.
Referencias
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Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 260, 122–148
Figura 2. Vista panorámica hacia el NE de niveles sedimentarios semiconsolidados de la Formación Santa Marta en contacto erosivo bajo
nivel consolidado de areniscas, conglomerados y coquinas de la Formación Snow Hill Island, y dique subvertical cortando la sección.
Figura 3. En la parte inferior areniscas verdes y grises semiconsolidadas de la Formacion Santa Marta (Santoniano – Campaniano
temprano) En la parte superior nivel consolidado de arenisca, conglomerado y coquina de la Formacion Snow Hill Island (Campaniano
tardio – Maastrichtiano). La línea punteada marca el contacto erosivo entre las dos formaciones. La estrella señala el nivel muestreado
para el análisis de circones.