Sediment Export Dynamics Reflecting the Holocene Hydrodynamic Variability of a High-Energy Continental Shelf System (Southeastern South America)

Abstract

This study reconstructs Holocene hydrodynamic changes on the outer shelf off Uruguay by examining deposits from a morphological terrace on the uppermost continental slope (250 m water depth). Seismo-acoustics, litho- and chronostratigraphy, granulometry, and Neodymium isotopy were applied to three sediment cores. The 9.5-m thick terrace sediment record, documenting the past 11.5 cal ka BP, provides exceptional insight into the transport and settling mechanisms of the sand injected from the shelf into the open ocean. The sandy outer shelf is identified as the principal sediment origin. Contouritic bottom currents do not significantly affect deposition on the terrace. Instead, the sandy sediment gets spilled over the shelf edge in the form of suspension clouds, spreading uniformly over the whole terrace. The suspended sand does not transform into high-concentration gravity-driven bottom flows but rains down onto the terrace as a quasi-permanent material supply. This observation suggests that the formation of turbidite beds, as frequently found at the deeper slope in this region, requires first a temporary storage of sediment at deposition-favoring locations on the uppermost continental slope (terraces, canyon heads), before a secondary and episodic process can mobilize the mass.An overall fining-upward trend in silty sand shelf export over Holocene times reflects the deglacial sea-level rise dynamics, leading to overall less effective material mobilization on and transfer across the shelf due to water deepening. The pronounced vertical hydrographic shelf front, as a shallow expression of the regional oceanic confluence zone, acted temporarily as main sediment exporting conveyer, before it shifted further north. The water depth of the terrace coincides with the transition zone between Central Water and Intermediate Water. The pronounced water density gradient might influence sediment distribution twofold, acting as a barrier for sand suspension cloud spreading as well as a medium for incoming internal waves bringing sediment remobilization. DINÂMICA DE EXPORTAÇÃO DE SEDIMENTOS EM FUNÇÃO DA VARIABILIDADE HIDRODINÂMICA DURANTE O HOLOCENO NUM SISTEMA DE PLATAFORMA CONTINENTAL DE ELEVADA ENERGIA (SE DA AMÉRICA DO SUL) ResumoEste estudo pretende ser uma contribuição para a reconstrução das alterações hidrodinâmicas Holocénicas, da plataforma continental externa do Uruguai, a partir de depósitos sedimentares de um terraço do talude continental superior (250 m de profundidade). Três testemunhos de sedimentos foram submetidos a análises geofísicas, lito e cronostratigráficas e granulométricas, tendo também sido obtidos resultados de isótopos de neodímio. O registro sedimentar com 9,5 m de espessura no terraço, documentando os últimos 11,5 ka cal BP, fornece importantes informações sobre os mecanismos de transporte e sedimentação da areia remobilizada da plataforma continental e transportada para o oceano profundo.Os dados obtidos na área de estudo revelaram que o substrato arenoso da plataforma continental externa foi a principal fonte de sedimento para o talude continental superior. As correntes de fundo de contorno não afetaram significativamente a deposição de sedimentos no referido terraço. Em vez disso, o sedimento arenoso remobilizado da plataforma formou nuvens de partículas em suspensão que se espalharam uniformemente por todo o terraço. A areia, uma vez em suspensão, não deu ludar a fluxos gravitacionais de fundo concentrados, mas “choveu” de modo quase continuo por todo o terraço. Esta constatação sugere que a formação de camadas turbidíticas, tais como as que freqüentemente são encontradas no talude continental inferior da região, requerem que primeiramente haja um armazenamento temporário de sedimentos em locais favoráveis à sua deposição na plataforma continental superior (terraços, cabeceiras de cânions), antes da ocorrência de um processo secundário e episódico poder mobilizar os materiais acumulados.Verifica-se, na área de estudo, uma tendência geral de redução da granulometria da areia siltosa ao longo do Holoceno devido à subida do nível do mar após a deglaciação; esta terá levado a uma menor remobilização e a uma transferência menos eficaz de sedimentos da plataforma continental para o talude devido ao aumento da profundidade da coluna de água.A pronunciada frente hidrográfica vertical da plataforma, expressão da zona de confluência oceânica regional, atuou temporariamente como principal processo de transporte e exportação de sedimentos, para norte. A profundidade da água do terraço coincide com a zona de transição entre a Água Central e a Água Intermediária. O pronunciado gradiente de densidade da água poderá ter influenciado de duas maneiras a distribuição de sedimentos, atuando como uma barreira para a propagação da nuvem de areia em suspensão e como meio de propagação de ondas internas que chegam, remobilizando e exportando sedimentos. Palavras-chave: Exportação de sedimentos de plataforma. Margem oceânica de elevada energia. Sudeste da América do Sul. Holoceno.

The South American Advances in Submarine Canyons Studies and Their Link to the Ocean Decade

“…These studies aim to understand how the events of long-term exposure and limited subsidence have controlled the characteristics of the Holocene sedimentation, the distribution of the seascapes and the human uses management, particularly for the fishery areas (Dominguez et al, 2013;Figure 5P). They also aim to study the dominant sedimentary processes (outer-shelf hydrodynamic, effects, crossshelf export mechanisms, bottom-current, transport) which are discussed based on seism-acoustic profiles, lithological texture, grain-size distribution, and terrigenous Neodymium isotopic data (Hanebuth et al, 2019; Figure 5M). Chronological studies were developed to investigate the temporal evolution of geological structures (Riedinger et al, 2017;Collot et al, 2019).…”