Foraminifera as paleoenvironmental indicators of the Paleogene and Neogene in the Colombian Caribbean

Abstract

[ES] La presente tesis doctoral explora el papel de los foraminíferos como indicadores paleoambientales durante el Paleógeno y Neógeno en el Caribe colombiano, con el propósito de reconstruir la evolución de los paleoambientes y ecosistemas marinos, así como de comprender su relación con los principales eventos tectónicos, climáticos y oceanográficos de la región. Para ello, se llevó a cabo un exhaustivo estudio micropaleontológico basado en el análisis de múltiples muestras recolectadas en pozos exploratorios perforados en las cuencas del Sinú-San Jacinto (SSJ) y el Valle Inferior del Magdalena (VIM), así como en volcanes de lodo en la subcuenca del Sinú. Mediante la integración de diversas metodologías, que incluyen la aplicación de índices paleoecológicos derivados de los foraminíferos, el uso de bioestratigrafía para mejorar modelos de edad y un enfoque multidisciplinario, esta investigación proporciona un marco de análisis que abarca desde una visión general hasta un nivel detallado de la evolución paleoambiental del noroeste de América del Sur, con importantes implicaciones para la historia geológica, paleoambiental y ecológica de la región. La geología del Caribe colombiano es el resultado de procesos tectónicos complejos que han dado lugar a una diversidad de ambientes sedimentarios y una dinámica geológica significativa. En ese contexto, la convergencia de las placas Caribe, Sudamericana, Nazca y Cocos ha generado una serie de eventos de acreción, subducción y colisión de terrenos alóctonos desde el Cretácico Tardío hasta el presente. Estos procesos han influido directamente en la configuración de las cuencas sedimentarias, la evolución de los ecosistemas marinos y la distribución de los foraminíferos. Dentro de este contexto, los foraminíferos bentónicos han demostrado ser herramientas fundamentales para inferir cambios en la profundidad del agua, las condiciones de oxigenación, la productividad biológica y otros factores paleoambientales clave. Esta investigación se basa en una serie de preguntas fundamentales: ¿Cómo fueron los paleoambientes marinos durante el Paleógeno y Neógeno en el Caribe colombiano? ¿Cómo se relacionaron estos ambientes con los principales eventos geológicos del Cenozoico, tanto a escala regional como global? ¿Qué información pueden aportar los foraminíferos bentónicos para responder a estas cuestiones? Para abordar estos interrogantes, se establecieron cuatro objetivos principales: (1) reconstruir la historia paleoambiental del Cenozoico en las cuencas del Sinú-San Jacinto y el Valle Inferior del Magdalena mediante el análisis de foraminíferos bentónicos; (2) evaluar la influencia de los procesos tectónicos y climáticos globales en la evolución de estos organismos en la región; (3) analizar los efectos del cambio climático sobre los ecosistemas marinos del Caribe colombiano, con especial énfasis en la Transición Eoceno- Oligoceno; y (4) investigar el papel de los volcanes de lodo en la reconstrucción estratigráfica y paleoambiental de la zona.

[EN] This Ph.D. thesis investigates the role of foraminifera as paleoenvironmental indicators during the Paleogene and Neogene in the Colombian Caribbean, aiming to reconstruct the evolution of paleoenvironments and marine ecosystems while analyzing their relationship with major tectonic, climatic, and oceanographic events in the region. A comprehensive micropaleontological study was conducted based on the analysis of multiple samples collected from exploratory core-wells drilled in the Sinú-San Jacinto (SSJ) and Lower Magdalena Valley (LMV) basins, as well as from mud volcanoes in the Sinú sub-basin. By integrating various methodologies, including paleoecological indices derived from foraminifera, biostratigraphy to refine age models, and a multidisciplinary approach, this research provides a framework that spans from a broad-scale perspective to a detailed analysis of the paleoenvironmental evolution of northwestern South America. The findings significantly affect the region's geological, paleoenvironmental, and paleoecological history. The geology of the Colombian Caribbean is shaped by complex tectonic processes that have resulted in diverse sedimentary environments and dynamic geological activity. The convergence of the Caribbean, South American, Nazca, and Cocos plates has led to a series of accretion, subduction, and collision events involving allochthonous terrains from the Late Cretaceous to the present. These processes have directly influenced the configuration of sedimentary basins, the evolution of marine ecosystems, and the distribution of foraminifera. Within this framework, benthic foraminifera are essential for reconstructing changes in water depth, oxygenation conditions, biological productivity, and other key paleoenvironmental parameters. Several fundamental research questions drive this study: What were marine paleoenvironments' characteristics during the Paleogene and Neogene in the Colombian Caribbean? How were these environments influenced by major geological events at both regional and global scales throughout the Cenozoic? What insights can benthic foraminifera provide to address these questions? Four main objectives were established to address these research questions: (1) reconstruct the paleoenvironmental history of the Cenozoic in the Sinú-San Jacinto and Lower Magdalena Valley basins through the analysis of benthic foraminifera; (2) assess the impact of global tectonic and climatic processes on the evolution of these organisms in the region; (3) examine the effects of climate change on the marine ecosystems of the Colombian Caribbean, with particular emphasis on the Eocene-Oligocene Transition; and (4) investigate the role of mud volcanoes in stratigraphic and paleoenvironmental reconstructions of the area.