Una plataforma carbonatada es un cuerpo sedimentario que posee un relieve topográfico y está compuesto por depósitos calcáreos autóctonos . [1] El crecimiento de la plataforma está mediado por organismos sésiles cuyos esqueletos forman el arrecife o por organismos (generalmente microbios ) que inducen la precipitación de carbonato a través de su metabolismo . Por lo tanto, las plataformas carbonatadas no pueden crecer en todas partes: no están presentes en lugares donde existen factores limitantes para la vida de los organismos constructores de arrecifes. Dichos factores limitantes son, entre otros: luz , temperatura del agua , transparencia y valor de pH. Por ejemplo, la sedimentación carbonatada a lo largo de las costas atlánticas sudamericanas tiene lugar en todas partes excepto en la desembocadura del río Amazonas , debido a la intensa turbidez del agua allí. [2] Ejemplos espectaculares de plataformas carbonatadas actuales son los bancos de Bahamas bajo los cuales la plataforma tiene aproximadamente 8 km de espesor, la península de Yucatán que tiene hasta 2 km de espesor, la plataforma de Florida , [3] la plataforma sobre la cual está creciendo la Gran Barrera de Coral , y los atolones de Maldivas . [4] Todas estas plataformas carbonatadas y sus arrecifes asociados están confinados a latitudes tropicales . [5] Los arrecifes actuales están construidos principalmente por corales escleractinios , pero en el pasado distante otros organismos, como archaeocyatha (durante el Cámbrico ) o cnidaria extintos ( tabulata y rugosa ) fueron importantes constructores de arrecifes.
Lo que hace que los entornos de plataformas carbonatadas sean diferentes de otros entornos deposicionales es que el carbonato es un producto de la precipitación, en lugar de ser un sedimento transportado desde otro lugar, como la arena o la grava. [1] [6] Esto implica, por ejemplo, que las plataformas carbonatadas pueden crecer lejos de las costas de los continentes, como en el caso de los atolones del Pacífico.
La composición mineralógica de las plataformas carbonatadas puede ser calcítica o aragonítica . El agua de mar está sobresaturada de carbonato, por lo que bajo ciertas condiciones es posible la precipitación de CaCO3 . La precipitación de carbonato se ve favorecida termodinámicamente a alta temperatura y baja presión . Son posibles tres tipos de precipitación de carbonato: controlada bióticamente , inducida bióticamente y abiótica . La precipitación de carbonato está controlada bióticamente cuando hay organismos (como los corales) que explotan el carbonato disuelto en el agua de mar para construir sus esqueletos calcíticos o aragoníticos. Por lo tanto, pueden desarrollar estructuras de arrecifes duros. La precipitación inducida bióticamente tiene lugar fuera de la célula del organismo, por lo que el carbonato no es producido directamente por los organismos, sino que precipita debido a su metabolismo. La precipitación abiótica, por definición, implica poca o ninguna influencia biológica . [6]
Los tres tipos de precipitación (abiótica, inducida bióticamente y controlada bióticamente) se agrupan en tres "fábricas de carbonatos". Una fábrica de carbonatos es el conjunto del entorno sedimentario , los organismos intervinientes y los procesos de precipitación que conducen a la formación de una plataforma de carbonatos. Las diferencias entre las tres fábricas son la vía de precipitación dominante y las asociaciones esqueléticas. Por el contrario, una plataforma de carbonatos es una estructura geológica de sedimentos carbonatados paraautocótonos y rocas carbonatadas, que tiene un relieve morfológico. [6]
En estas fábricas de carbonato, la precipitación está controlada bióticamente, principalmente por organismos autótrofos . Los organismos que construyen este tipo de plataformas son hoy en día principalmente corales y algas verdes , que necesitan luz solar para la fotosíntesis y por lo tanto viven en la zona eufótica (es decir, entornos de aguas poco profundas en los que la luz solar penetra fácilmente). Las fábricas de carbonato tropicales solo están presentes hoy en día en aguas cálidas e iluminadas por el sol del cinturón tropical-subtropical, y tienen altas tasas de producción de carbonato, pero solo en una ventana de profundidad estrecha. [6] El perfil deposicional de una fábrica tropical se llama "bordeado" e incluye tres partes principales: una laguna , un arrecife y una pendiente. En el arrecife, el marco producido por esqueletos de gran tamaño, como los de los corales, y por organismos incrustantes resiste la acción de las olas y forma una acumulación rígida que puede desarrollarse hasta el nivel del mar. [7] La presencia de un borde produce una circulación restringida en el área posterior del arrecife y puede desarrollarse una laguna en la que a menudo se produce lodo carbonatado. Cuando la acreción del arrecife alcanza el punto en que el pie del arrecife se encuentra por debajo de la base de las olas, se forma un talud: los sedimentos del talud se derivan de la erosión del margen por las olas, las tormentas y los colapsos gravitacionales. [6] [7] Este proceso acumula restos de coral en clinoformas. El ángulo máximo que puede alcanzar un talud es el ángulo de asentamiento de la grava (30–34°). [8]
En estas fábricas de carbonato, la precipitación está controlada bióticamente por organismos heterotróficos , a veces en asociación con organismos fotoautotróficos como las algas rojas . La asociación esquelética típica incluye foraminíferos , algas rojas y moluscos . A pesar de ser autótrofas, las algas rojas se asocian principalmente a productores de carbonato heterotróficos y necesitan menos luz que las algas verdes. El rango de ocurrencia de las fábricas de agua fría se extiende desde el límite de la fábrica tropical (a unos 30◦) hasta latitudes polares, pero también podrían ocurrir en latitudes bajas en la termoclina debajo de las aguas superficiales cálidas o en áreas de surgencia. [9] Este tipo de fábricas tiene un bajo potencial de producción de carbonato, es en gran medida independiente de la disponibilidad de luz solar y puede sostener una mayor cantidad de nutrientes que las fábricas tropicales. Las plataformas de carbonato construidas por la "fábrica de agua fría" muestran dos tipos de geometría o perfil deposicional, es decir, la rampa homoclinal o la rampa distalmente empinada. En ambas geometrías hay tres partes: la rampa interior sobre la base de la ola de buen tiempo , la rampa intermedia, sobre la base de la ola de tormenta, y la rampa exterior, debajo de la base de la ola de tormenta. En las rampas con mayor pendiente distal, se forma un escalón distal entre la rampa intermedia y la exterior, mediante la acumulación in situ de granos de carbonato del tamaño de la grava [9].
Estas fábricas se caracterizan por la precipitación abiótica y la precipitación inducida bióticamente. Los entornos ambientales típicos donde se encuentran las "fábricas de montículos de lodo" en el Fanerozoico son aguas disfóticas o afóticas , ricas en nutrientes y con bajo contenido de oxígeno pero no anóxicas . Estas condiciones a menudo prevalecen en la termoclina, por ejemplo, a profundidades de agua intermedias debajo de la capa mixta del océano . [6] El componente más importante de estas plataformas es el carbonato de grano fino que precipita in situ ( automicrita ) mediante una interacción compleja de reacciones bióticas y abióticas con microbios y tejido orgánico en descomposición. [6] Las fábricas de montículos de lodo no producen una asociación esquelética, pero tienen facies y microfacies específicas, por ejemplo, estromatolitos , que son microbialitos laminados , y trombolitos , que son microbialitos caracterizados por tejido peloidal coagulado a escala microscópica y por tejido dendroideo a escala de muestra manual. La geometría de estas plataformas es en forma de montículo, donde todo el montículo es productivo, incluidas las laderas. [6]
Varios factores influyen en la geometría de una plataforma carbonatada, incluyendo la topografía heredada, la tectónica sinsedimentaria , la exposición a corrientes y vientos alisios . Se distinguen dos tipos principales de plataformas carbonatadas en función de su entorno geográfico: aisladas (como los atolones de Maldivas ) o epicontinentales (como los arrecifes de Belice o los Cayos de Florida ). Sin embargo, el factor más importante que influye en las geometrías es quizás el tipo de fábrica de carbonato. Dependiendo de la fábrica de carbonato dominante, podemos distinguir tres tipos de plataformas carbonatadas: plataformas carbonatadas de tipo T (producidas por "fábricas tropicales"), plataformas carbonatadas de tipo C (producidas por "fábricas de agua fría"), plataformas carbonatadas de tipo M ("producidas por fábricas de montículos de lodo"). Cada una de ellas tiene su propia geometría típica. [6]
El perfil deposicional de las plataformas carbonatadas de tipo T se puede subdividir en varios ambientes sedimentarios . [1]
El interior carbonatado es el entorno más terrestre y está compuesto por rocas carbonatadas meteorizadas . La planicie mareal evaporítica es un entorno típico de baja energía.
La laguna interna , como su nombre lo indica, es la parte de la plataforma que se encuentra detrás del arrecife. Se caracteriza por aguas poco profundas y tranquilas, por lo que se trata de un ambiente sedimentario de baja energía. Los sedimentos están compuestos por fragmentos de arrecife, partes duras de organismos y, si la plataforma es epicontinental, también por un aporte terrígeno. En algunas lagunas (por ejemplo, la bahía de Florida ), las algas verdes producen grandes volúmenes de lodo carbonatado. Las rocas aquí son de lutitas a graníticas , dependiendo de la energía del ambiente.
El arrecife es la estructura rígida de las plataformas carbonatadas y se encuentra entre la laguna interna y el talud, en el margen de la plataforma, en el que el armazón producido por esqueletos de gran tamaño, como los de los corales, y por organismos incrustantes resistirá la acción de las olas y formará una acumulación rígida que puede desarrollarse hasta el nivel del mar. La supervivencia de la plataforma depende de la existencia del arrecife, porque solo esta parte de la plataforma puede construir una estructura rígida y resistente a las olas. El arrecife está creado por organismos sésiles , esencialmente in situ . Los arrecifes actuales están formados en su mayoría por corales hermatípicos . Geológicamente hablando, las rocas arrecifales pueden clasificarse como rocas ligadas masivas .
El talud es la parte exterior de la plataforma, que conecta el arrecife con la cuenca. Este ambiente deposicional actúa como sumidero para el exceso de sedimentos carbonatados: la mayor parte del sedimento producido en la laguna y el arrecife es transportado por diversos procesos y se acumula en el talud, con una inclinación que depende del tamaño del grano de los sedimentos, y que puede alcanzar el ángulo de asentamiento de la grava (30-34°) como máximo. [8] El talud contiene sedimentos más gruesos que el arrecife y la laguna. Estas rocas son generalmente rudstones o grainstones .
La cuenca periplataforma es la parte más externa de la plataforma carbonatada de tipo T, y la sedimentación carbonatada está dominada allí por procesos de cascada de densidad. [10]
La presencia de un borde amortigua la acción de las olas en la zona posterior del arrecife y puede formarse una laguna en la que a menudo se produce lodo carbonatado. Cuando la acreción del arrecife llega al punto en que el pie del arrecife está por debajo de la base de las olas, se forma un talud: los sedimentos del talud se derivan de la erosión del margen por las olas, las tormentas y los colapsos gravitacionales. Este proceso acumula restos de coral en clinoformas. Las clinoformas son capas que tienen forma sigmoidea o tabular, pero siempre se depositan con una inclinación primaria.
El tamaño de una plataforma carbonatada tipo T, desde el interior hasta el pie de la pendiente, puede ser de decenas de kilómetros. [6]
Las plataformas carbonatadas de tipo C se caracterizan por la ausencia de cementación y litificación tempranas , por lo que la distribución de sedimentos solo es impulsada por las olas y, en particular, ocurre por encima de la base de las olas . Muestran dos tipos de geometría o perfil deposicional, es decir, la rampa homoclinal o la rampa distalmente empinada. En ambas geometrías hay tres partes. En la rampa interior, por encima de la base de las olas de buen tiempo , la producción de carbonato es lo suficientemente lenta como para que todos los sedimentos puedan ser transportados mar adentro por las olas, las corrientes y las tormentas. Como consecuencia, la línea de costa puede estar retrocediendo, por lo que en la rampa interior puede haber un acantilado causado por procesos erosivos. En la rampa intermedia, entre la base de las olas de buen tiempo y la base de las olas de tormenta, el sedimento carbonatado permanece en su lugar y solo puede ser reelaborado por las olas de tormenta. En la rampa exterior, por debajo de la base de las olas de tormenta, pueden acumularse sedimentos finos. En las rampas distalmente empinadas, se forma un escalón distal entre la rampa media y la exterior, por la acumulación in situ de granos de carbonato del tamaño de grava (por ejemplo, rodolitos ) que solo se mueven episódicamente por las corrientes. La producción de carbonato ocurre a lo largo de todo el perfil deposicional en este tipo de plataformas carbonatadas, con una producción adicional en la parte exterior de la rampa media, pero las tasas de producción de carbonato son siempre menores que en las plataformas carbonatadas de tipo T. [7] [6]
Las plataformas carbonatadas de tipo M se caracterizan por una plataforma interna, una plataforma externa, una pendiente superior formada por rocas ligadas por microorganismos y una pendiente inferior formada a menudo por brechas . La pendiente puede ser más pronunciada que el ángulo de reposo de las gravas, con una inclinación que puede alcanzar los 50°.
En las plataformas carbonatadas de tipo M, la producción de carbonato ocurre principalmente en la pendiente superior y en la parte exterior de la plataforma interior. [7] [11]
Las secuencias sedimentarias muestran plataformas carbonatadas tan antiguas como el Precámbrico , cuando se formaron por secuencias estromatolíticas . En el Cámbrico, las plataformas carbonatadas fueron construidas por archaeocyatha . Durante el Paleozoico se erigieron arrecifes braquiópodos (richtofenida) y estromatoporoidea . A mediados de la era Paleozoica, los corales se convirtieron en importantes constructores de plataformas, primero con tabulata (del Silúrico ) y luego con rugosa (del Devónico ). Los escleractinios se convirtieron en importantes constructores de arrecifes a partir del Carniano ( Triásico superior ). Algunos de los mejores ejemplos de plataformas carbonatadas se encuentran en las Dolomitas , depositadas durante el Triásico. Esta región de los Alpes del Sur contiene muchas plataformas carbonatadas aisladas bien conservadas, incluidas Sella , Gardenaccia , Sassolungo y Latemar . La plataforma carbonatada del "tipo bahameño" del Liásico medio estaba notoriamente extendida en el océano Tetis occidental , incluyendo la Formación Rotzo en Italia y la Formación Aganane de Marruecos (Septfontaine, 1985) y se caracteriza por la acumulación de ciclos regresivos autocíclicos , depósitos supramareales espectaculares y características diagenéticas vadosas con huellas de dinosaurios . [12] En la misma área, el Grupo Tafraout suprayacente (Toarciense-Aaleniano) registra una masiva Plataforma Carbonatada-Siliclástica. [13] Otros registros coetáneos de plataformas se ven en la Plataforma Adriática , en áreas como los Alpes Dináricos (la Caliza Budoš de Montenegro ), Rotzo o la Caliza Podpeč de Eslovenia. [14] Otros registros regionales incluyen ejemplos como la Formación Coimbra (Sinemuriano) en la Cuenca Lusitana. [15] La Plataforma Ibérica Aaleniense incluye intrusiones volcánicas que dieron lugar a islas efímeras, como en la Formación El Pedregal . [16] La Calcare di Aurisina del Cretácico ( Campaniano ) en Italia, registra una serie de islas adyacentes a un mar carbonatado poco profundo en una plataforma construida por bivalvos ( rudistas ). [17]Los "chotts" costeros tunecinos y sus depósitos fangosos cíclicos representan un buen equivalente reciente (Davaud y Septfontaine, 1995). Tales ciclos también se observaron en la plataforma árabe mesozoica , Omán y Abu Dhabi (Septfontaine y De Matos, 1998) con la misma microfauna de foraminíferos en una sucesión bioestratigráfica casi idéntica.
Con respecto a la estratigrafía secuencial de los sistemas siliciclásticos, las plataformas carbonatadas presentan algunas particularidades, las cuales están relacionadas con el hecho de que el sedimento carbonatado se precipita directamente sobre la plataforma, en su mayoría con la intervención de organismos vivos, en lugar de ser solo transportado y depositado. [1] Entre estas particularidades, las plataformas carbonatadas pueden estar sujetas a ahogamiento, y pueden ser la fuente de sedimentos a través de desprendimiento de altura o de desprendimiento de pendiente. [6]
El hundimiento de una plataforma carbonatada es un evento en el que el aumento relativo del nivel del mar es más rápido que la tasa de acumulación en una plataforma carbonatada, lo que eventualmente lleva a que la plataforma se sumerja debajo de la zona eufótica . [18] En el registro geológico de una plataforma carbonatada hundida, los depósitos neríticos se transforman rápidamente en sedimentos marinos profundos. Por lo general, los suelos duros con óxidos de ferromanganeso , costras de fosfato o glauconita se encuentran entre los sedimentos neríticos y marinos profundos. [18]
Se han encontrado varias plataformas carbonatadas sumergidas en el registro geológico. Sin embargo, no ha quedado muy claro cómo se produce exactamente el hundimiento de las plataformas carbonatadas. Se estima que las plataformas carbonatadas y los arrecifes modernos crecen aproximadamente a 1.000 μm/año, posiblemente varias veces más rápido que en el pasado. La tasa de crecimiento de 1.000 μm/año de los carbonatos supera en órdenes de magnitud cualquier aumento relativo del nivel del mar causado por hundimientos a largo plazo o cambios en el nivel eustático del mar . Con base en las tasas de estos procesos, el hundimiento de las plataformas carbonatadas no debería ser posible, lo que causa "la paradoja de las plataformas carbonatadas y los arrecifes sumergidos". [18]
Dado que el hundimiento de las plataformas carbonatadas requiere un aumento excepcional del nivel relativo del mar , solo un número limitado de procesos puede causarlo. Según Schlager, [18] solo un aumento anómalamente rápido del nivel relativo del mar o una reducción del crecimiento bentónico causada por cambios deteriorantes en el medio ambiente podrían explicar el hundimiento de las plataformas. Por ejemplo, el fallamiento regional, el vulcanismo submarino o la glacioeustasia podrían ser la razón del rápido aumento del nivel relativo del mar , mientras que, por ejemplo, los cambios en la salinidad oceánica podrían hacer que el medio ambiente se vuelva deteriorante para los productores de carbonato. [18]
Un ejemplo de una plataforma carbonatada sumergida se encuentra en el golfo de Huon , Papúa Nueva Guinea . Se cree que se hundió debido al rápido aumento del nivel del mar causado por la desglaciación y el hundimiento de la plataforma, lo que permitió que los nódulos de algas coralinas y foraminíferos y las calizas de halimeda cubrieran los arrecifes de coral . [19]
También se sugiere que los movimientos de placas que llevan plataformas carbonatadas a latitudes desfavorables para la producción de carbonato son una de las posibles razones del ahogamiento [ se necesita más explicación ] . [18] [7] Por ejemplo, se cree que los guyots ubicados en la cuenca del Pacífico entre las islas Hawaianas y Marianas son transportados a latitudes bajas del sur (0-10°S) donde se produjo un afloramiento ecuatorial . [7] Las altas cantidades de nutrientes y la mayor productividad causaron una disminución en la transparencia del agua y un aumento en las poblaciones de bioerosionadores, lo que redujo la acumulación de carbonato y eventualmente llevó al ahogamiento [ se necesita más explicación ] . [7] [20]
El desprendimiento de las plataformas altas es un proceso en el que una plataforma carbonatada produce y vierte la mayor parte de los sedimentos en la cuenca adyacente durante las altas alturas del nivel del mar. Este proceso se ha observado en todas las plataformas carbonatadas con borde en el Cuaternario, como el Gran Banco de las Bahamas . Las plataformas con borde y cima plana con pendientes pronunciadas muestran un desprendimiento de las plataformas altas más pronunciado que las plataformas con pendientes suaves y sistemas carbonatados de agua fría. [21]
El desprendimiento de las capas altas es pronunciado en las plataformas carbonatadas tropicales debido al efecto combinado de la producción de sedimentos y la diagénesis . [6] La producción de sedimentos de una plataforma aumenta con su tamaño, y durante las capas altas, la parte superior de la plataforma se inunda y el área productiva es mayor en comparación con las condiciones de las capas bajas , cuando solo una parte mínima de la plataforma está disponible para la producción. [6] El efecto del aumento de la producción de las capas altas se ve potenciado por la rápida litificación del carbonato durante las capas bajas, porque la parte superior expuesta de la plataforma se karstifica en lugar de erosionarse y no exporta sedimentos. [6]
El desprendimiento de taludes es un proceso típico de las plataformas microbianas, en el que la producción de carbonato es casi independiente de las oscilaciones del nivel del mar. La fábrica de carbonato, compuesta por comunidades microbianas que precipitan microbialitos , es insensible a la luz y puede extenderse desde la plataforma hasta la pendiente hasta cientos de metros de profundidad. Las caídas del nivel del mar de cualquier amplitud razonable no afectarían significativamente las áreas de producción de taludes. Los sistemas de taludes de rocas ligadas microbianas son notablemente diferentes de las plataformas tropicales en cuanto a los perfiles de producción de sedimentos, los procesos de reajuste de taludes y la obtención de sedimentos. Su progradación es independiente del desprendimiento de sedimentos de la plataforma y en gran medida impulsada por el desprendimiento de taludes. [11]
Ejemplos de márgenes que pueden verse afectados por el desprendimiento de laderas, que se caracterizan por diversas contribuciones del crecimiento de carbonato microbiano en la parte superior de la ladera y el margen, son:
