The last 70 kyr of Rano Aroi (Easter island, 27ºS) peat record: New insights for the Central Pacific paleoclimatology

Abstract

The PhD entitled “Last 70kyr of Rano Aroi (Easter Island, 27ºS) peat record: New insights for Central Pacific paleoclimatology” presents an environmental and climate reconstruction of Easter Island during the last 70.000 years. To accomplish this purpose, two peat cores of 14 and 4 meters have been retrieved from the center and the margin of the Rano Aroi peatland. Facies description and age model allowed us to decipher that the peat started accumulating 70.000 years ago, what means that this is the oldest peat record recovered up to the moment over the Southern Pacific. To investigate changes in the type of accumulated peat we determined total carbon, nitrogen and sulfur (TC, TN, TS) of organic matter as well as stable isotope values of each element (delta13C, delta15N, delta34S). In order to decipher the composition of the mineral content, X-Ray Fluorescence measurements was performed over the cores, obtaining the quantity of Ca, Fe and Ti. Additionally, the concentration of the major, minor and trace elements was determined by spectrometry (ICP-AES). The geochemical approach was complemented by the study of macrofossil (plant or animal remains as seeds or insects) and pollen content, what permitted to reconstruct vegetation changes on the mire and the island. The combination of geochemical and biological proxies defined three main hydric conditions (flood, drought and baseline conditions) of the peatland that have been alternated along Late Pleistocene and Holocene.

During MIS 4 (70 to 60 kyr BP in Rano Aroi), the hydric and environmental conditions in the mire were stable and resembled mire baseline conditions. Open grasslands covered Rano Aroi catchment area and C4 Poaceae dominated the mire. Early MIS 3 (60 to 40 cal kyr BP in Rano Aroi) was marked by the onset of wet events. During the first half of MIS 3 and probably driven by the wetter and warmer conditions Asteraceae and other small trees became gradually more abundant, forming small and scattered forests around the Terevaka volcano, while C3 peat forming plants colonized the Aroi mire. Late MIS 3 was a very dry period, which led to peat oxidation and exposure shortly after 39 cal kyr BP. These conditions changed on early MIS 2 (27.8–19 cal kyr BP). The water table recovered and peat accumulation resumed under C3 plant dominance. The evidence of the onset of deglaciation is concordant with Raraku Lake environmental development and was dated at 17.5 cal kyr BP in both sites. The regional mid-Holocene dry period is well characterized at Rano Aroi from 5 to 2.5 cal kyr BP.

The correlation between Rano Aroi record and other circumpacific sites suggests important changes in the atmospheric or oceanic circulation on Central Pacific during Late Pleistocene. In particular, the Rano Aroi record indicates that the episodes of maximum precipitation over the island correlate with North Atlantic Heinrich stadials and other stadials. During these stadials, the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) migrated to the south while the South Pacific Convergence Zone (SPCZ) shifted eastwards provoking the arrival of storm systems over the island. In accordance to this atmospheric and oceanic restructuration, Rano Aroi wet events also correlated with periods of a reduced Sea Surface Temperature (SST) gradient along the Equator. This fact indicates that more humid conditions over the Easter Island region occurred when the Walker circulation was reduced. The Central Pacific climate was also influenced by high latitude dynamics, like the changes in Intermediate Antarctic Water formation and the position of the Southern Westerlies.

La tesi titulada: "Last 70kyr of Rano Aroi (Easter Island, 27ºS) peat record: New insights for Central Pacific paleoclimatology" presenta una reconstrucció climàtica i ambiental de l’illa de Pasqua (Rapa Nui) pels darrers 70.000 anys. Per aquest propòsit es van estudiat dos testimonis de 14 i 4 metres, extrets del centre i marge de la torbera de Rano Aroi. Per determinar els canvis en el tipus de torba acumulada es van obtenir els perfils de carboni, nitrogen i sofre total (TC, TN, TS) així com els corresponents isòtops estables (delta13C, delta 15N, delta 4S). La variabilitat en el contingut de Calci, Ferro i Titani (Ca, Fe, Ti) es va obtenir amb mesures de Fluorescència de Rajos X mitjançant core-scanner. Usant espectrometria (ICP-AES) es va determinat la concentració d’elements majoritaris, minoritaris i traça de la fracció inorgànica. El conjunt d’indicadors geoquímics es va complementar amb l’estudi de macrofòssils (restes animals i vegetals com insectes o llavors) i la determinació del contingut pol•línic del registre. La integració de les dades geoquímiques i biològiques ha permès establir tres condicions hídriques (inundació, sequera, condicions de base) de la torbera que s’han anat alternant durant els darrers 70.000 anys.

Durant el MIS 4 la vegetació de la conca consistia en amplis prats de Poaceae i la formació de la torba es produïa per acumulació de restes de plantes de tipus C4. L’inici del MIS 3 va estar caracteritzat per l’ocurrència d’episodis de forta precipitació. Durant aquest període, les creixents temperatures i l’elevada precipitació varen afavorir l’establiment d‘Asteraceae formant possiblement petites clapes de bosc al voltant de Rano Aroi. La vegetació de tipus C3 va colonitzar la torbera, tot produint un canvi en la isotopia de carboni present fins a dia d’avui. El final del MIS 3 va ser caracteritzat per un llarg període sec situat en algun moment entre els 39 i els 31 kyr cal BP. A l’inici del MIS 2, la làmina d’aigua de la torbera es va recuperar tot reactivant l’acumulació de torba. L’Holocè es registra com a un període relativament sec, interromput puntualment per un episodi humit als 5.8 kyr cal BP.

La correlació de la historia ambiental de Rano Aroi amb altres registres del circumpacific han permès deduir canvis en la circulació oceànica i atmosfèrica del Pacífic Central. En concret, el registre de Rano Aroi indica que els episodis de màxima precipitació de l’illa correlacionen amb períodes estadials freds definits a l’Atlàntic Nord al llarg del darrer cicle glacial. Durant els estadials, la zona de convergència intertropical (ITCZ) es va desplaçar cap el sud mentre que la zona de convergència del Pacífic Sud (SPCZ) va migrar en direcció est. Aquesta reestructuració atmosfèrica va comportar una major arribada de tempestes ciclòniques a l’illa. El clima del Pacífic central també es va veure influenciat per les dinàmiques de altres latituds, com els canvis en la formació d’aigües intermèdies antàrtiques o la posició dels vents meridionals de l’oest.