Late Pleistocene deglaciation histories in the central Mérida Andes (Venezuela) Isandra Fortuna Angel Ceballos To cite this version: Isandra Fortuna Angel Ceballos. Late Pleistocene deglaciation histories in the central Mérida An- des (Venezuela). Global Changes. Universidad central de Venezuela, 2016. English. NNT : 2016GREAU002. tel-01310303 HAL Id: tel-01310303 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01310303 Submitted on 2 May 2016 HAL is a multi-disciplinary open access L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est archive for the deposit and dissemination of sci- destinée au dépôt et à la diffusion de documents entific research documents, whether they are pub- scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, lished or not. The documents may come from émanant des établissements d’enseignement et de teaching and research institutions in France or recherche français ou étrangers, des laboratoires abroad, or from public or private research centers. publics ou privés. THÈSE Pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ GRENOBLE ALPES Spécialité : Terre Solide Arrêté ministériel : 7 août 2006 Présentée par Isandra Fortuna ANGEL CEBALLOS Thèse dirigée par Julien Carcaillet, Laurence Audin et Franck Audemard préparée au sein du Laboratoire ISTerre dans l'École Doctorale Terre, Univers Environnement Late Pleistocene deglaciation histories in the central Mérida Andes (Venezuela) Histoires de deglaciation pendant le Pléistocène Supérieur dans les Andes centrales de Mérida (Venezuela) Thèse soutenue publiquement le 12 février 2016, devant le jury composé de : M. Franck AUDEMARD Chercheur au FUNVISIS Caracas, Venezuela, Co-directeur M. Christian BECK Professeur à l’Université de Savoie Mt Blanc Chambéry, Examinateur et Président du jury M. Maximiliano BEZADA Professeur à l’UPEL Caracas, Venezuela, Rapporteur M. Julien CARCAILLET IR CNRS à ISTerre Grenoble, Co-directeur M. Eduardo CARRILLO Chercheur à Robertson CGG Llandudno, Royaume-Uni Examinateur M. Etienne COSSART Professeur à l’Université Jean Moulin Lyon, Rapporteur UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS POSTGRADO EN GEOQUÍMICA Late Pleistocene deglaciation histories in the central Mérida Andes (Venezuela) Historias de desglaciación durante el Pleistoceno Tardío en los Andes centrales de Mérida (Venezuela) Tesis Doctoral presentada ante la ilustre Universidad Central de Venezuela por Licenciada Isandra Fortuna Angel Ceballos, para optar al título de Doctor en Ciencias mención Geoquímica. Tutores: Franck Audemard, Julien Carcaillet y Laurence Audin. Caracas – Venezuela Febrero, 2016 ¡ ••CBA UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE CIENCIAS COMISIÓN DE ESTUDIOS DE POSTGRADO Comisión de Estudios de Postgrado VEREDICTO Quienes suscriben, miembros del jurado designado por el Consejo de "la Facultad de Ciencias de la Universidad Central de Venezuela, y el Consejo de Estudios de Postgrado de la Universidad Central de Venezuela, para examinar la TESIS DOCTORAL, presentada por la Lic. ISANDRA FORTUNA ANGEL CEBALLOS, titular de la cédula de identidad N° 13.885.994, bajo el título "HISTORIAS DE DEGLACIACIÓN DURANTE EL PLEISTOCENO TARDÍO EN LOS ANDES CENTRALES DE MÉRIDA (VENEZUELA)", a fin de cumplir con el requisito legal para optar al grado académico de Doctora en Ciencias Mención: Geoquímica, dejan constancia de lo siguiente: 1.- Leído como fue dicho trabajo por cada uno de los miembros del jurado, se fijó el día viernes 12 de febrero de 2016, a las 9:00 a.m. hora venezolana, para que la Lic. Isandra Fortuna Angel Ceballos, lo defendiera en forma pública, lo que ésta hizo en el salón de seminarios "Sala de Conferencias piso 1", del Instituto ISTerre (Maison de Geosciences), mediante un resumen oral de su contenido, luego de lo cual respondió satisfactoriamente a las preguntas que le fueron formuladas por el ""·-jGrado, todo ello conforme con-lo dispuesto en el Reglamento de Estudios de ':! Postgrado. "\ L- Finalizada la defensa del trabajo, el jurado decidió aprobarlo, por considerar, "é, sin hacerse solidario con las ideas expuestas por la autora, que se ajusta a lo • .",';1:";.' . dispuesto y exigido en el Reglamento de Estudios de Postgrado. 1 .. En fe de lo cual se levanta la presente ACfA, a los doce días del mes de febrero de 2016, conforme aIo dispuesto en el Reglamento de Estudios de Postgrado,YXWVUTSRQPONMLKJIHGFEDCBA actuó como coordina: d:1jurado, eltutor Dr. c~~ Dr. FranckAudemard / C,I. .082.111 Dr. Julien Carcaille Past..11CC51859 Facultad de Ingeniería, U,C.v Universidad de Grenoble, Francia o' Jurado designado por el Consejo Jurado designado por el Consejo de la Facultad 'de la Facultad Dr. Laurence Audin Past. 08CC78077 Dr. Christian Beck Past. 14DT37415 Universidad de Grenoble- Institute de Universidad de Savoie, Francia Recherche pour le Développment IRD, Jurado designado por el Consejo Francia de Estudios de Postgrado Jurado designado por el Consejo de Estudios de Postgrado or. Etienne Cossart Past. 07CP21175 Universidad Lyon 111- Jean Moulin Jurado designado por el Consejo' de Estudios de Postgrado Dr. Eduardo Carr lo C,I. 11.306.440 Robertson- CGG, Llandudno Reino Unido Jurado designado por el Consejo de la Facultad • /bs,- 12-02-2016 ACKNWOWLEDGMENTS Many institutions and people contributed to develop this dissertation in different ways. I try to thank in a chronological sense: Eduardo Carrillo who introduces me in the tropical glaciers topic, Julien Carcaillet and Oswaldo Guzmán who introduces me in the cosmonuclide 10Be technique, Etienne Jaillard and Riccardo Vassallo to provide us information for financial support and Laurence Audin to help us with the administration. Thanks Franck Audemard by scientific discussions and humor which help to really enjoy field trips. Eduardo Barreto for his valuable help in the field. Oswaldo Guzmán, Alessa Geigher, Rubén Basantes, Riccardo Vassallo, Santiago Yépez, Enzo Caraballo and Walter Reategui for scientific discussions or technical helps. Thanks Francis Coeur for rock crushing. Really thanks to Melaine Le Roy and Thomas Condom by help in the paleo ELA calculations. Again big thanks Julien Carcaillet and Laurence Audin by their patience correcting this dissertation. Julien again because he was every time available for logistical helps. Thanks to the jury members for accepting reviewing and improving my work. Thanks all people who help me with humor, patience and logistical support in the ISTerre, in general in Grenoble or in the UCV (I cannot remember all the names). Thanks to the next institutions by financial support: ECOS-NORD Program, INSU- CNRS-IRD (France), CIGIR-FONACIT (Venezuela), FUNVISIS (Project Geodinámica Integral de los Andes de Mérida-GIAME-FONACIT 2012002202, Venezuela). Université de Grenoble and INQUA economical support in different congress and workshops. 1 CONTENT ACKNWOWLEDGMENTS 1 ABSTRACT 6 RÉSUMÉ ETENDU 7 RESUMEN EXTENDIDO 25 GENERAL INTRODUCTION 43 PART I. SECTION I. GLACIATIONS, TROPIC CLIMATE, TROPICAL GLACIERS AND ANDEAN GLACIATIONS 47 I-1.0 QUATERNARY GLACIATIONS BACKGROUND 47 I-1.1 GENERALITIES AND CAUSES 47 I-1.2 GLACIALS AND INTERGLACIALS CLASSIFICATIONS AND LIMITATIONS 48 I-1.3 LAST GLACIATION AND CLIMATE EVENTS INVOLVED 50 I-1.3.1 Last Glaciation 50 I-1.3.2 Dansgaard-Oeschger (D-O) and Heinrich events 51 I-1.3.3 Last Glacial Maximum 52 I-1.3.4 Late Glacial (LG) 52 I-2.0 TROPICAL ANDES, CLIMATE AND GLACIERS BEHAVIORS 52 I-2.1 CLIMATE OF THE TROPICAL ANDES, OVERVIEW 53 I-2.2 TROPICAL ANDEAN GLACIERS 55 I-2.2.1 Mass balance 57 I-2.2.2 Equilibrium Line Altitudes (ELA) 58 I-3.0 TROPICAL ANDEAN GLACIATIONS 60 I-3.1 PREVIOUS MIS 5 AND MIS 5 GLACIERS ADVANCES (SMITH ET AL., 2008) 61 I-3.2 MIS 3, MIS 2 AND MIS 1 GLACIERS ADVANCES (CORONATO AND RABASSA, 2007; SMITH ET AL., 2008) 63 SECTION II. A BACKGROUND GLACIATIONS RECONSTRUCTION METHODS 66 II-1.0 METHODS FOR GLACIATIONS RECONSTRUCTION STUDIES 66 II-1.1 PALEOGLACIOLOGY 66 II-1.1.1 Moraines, an important glacial feature in paleoglaciology studies 66 II-1.1.1.1 Moraines to reconstruct paleoclimate and limitations 69 II.1.1.1.2 Topographic control on the moraines distribution in the landscape 70 II-1.2 GEOCHRONOLOGICAL METHODS USED TO STUDY QUATERNARY GLACIATIONS 70 2 SECTION III. GENERAL GEOLOGICAL, CLIMATE AND PALEOCLIMATE SETTINGS. VENEZUELAN GLACIATION 74 III-1.0 GENERAL GEOLOGICAL SETTINGS 74 III-2.0 GLACIATIONS RECONSTRUCTIONS IN THE CENTRAL MÉRIDA ANDES 79 III-3.0 PALEOCLIMATE SETTINGS 83 III-4.0 PRESENT-DAY CLIMATE IN THE VENEZUELAN ANDES 85 SECTION IV. METHODOLOGY 87 IV-1.0 GEOCHRONOLOGY METHOD BASED ON TERRESTRIAL COSMOGENICS 10 NUCLIDES (TCN)- BE NUCLIDE DATING 87 IV-1.1 INTERACTION BETWEEN COSMIC RAYS AND MATTER 87 10 IV-1.2 TERRESTRIAL COSMOGENICS NUCLIDES (TCN)- BE NUCLIDE DATING 89 IV-1.3 SLHL TCN PRODUCTION RATE SCALING (LOCAL PARAMETERS CONTROLLING THE 10 BE PRODUCTION RATE) 89 IV-1.3.1 Magnetic field and latitudinal dependence 89 IV-1.3.2 Altitudinal dependence 89 IV-1.3.3 Topographic dependence 89 IV-1.3.4 Depth production 90 IV-1.3.5 Temporal evolution of TCN concentration 91 IV-2.0 STUDY AREA LOCATION AND SAMPLES COLLECTION 92 IV-3.0 SAMPLES PREPARATION 94 IV-3.1 QUARTZ SEPARATION FROM BULK MATERIAL 94 10 IV-3.2 CHEMICAL BE EXTRACTION IN THE BEO FORM 94 10 IV-4.0 BE CONCENTRATION DETERMINATION USING ACCELERATOR MASS SPECTROMETRY (AMS) 95 10 IV-5.0 BE PRODUCTION RATES, EROSION VALUE, SCALING SCHEME AND EXPOSURE AGES CALCULATION 99 IV-6.0 GEOMORPHOLOGICAL ANALYSIS AND FORMER GLACIERS RECONSTRUCTIONS 100 IV-7.0 PALEO ELA RECONSTRUCTION 103 IV-7.1 ACCUMULATION-AREA RATIO (AAR) 103 IV-7.2 AREA–ALTITUDE