Repositorio
Institucional

Oeser, Ralf A.

Stroncik, Nicole

Moskwa, Lisa-Marie

Bernhard, Nadine

Schaller, Mirjam

Canessa, Rafaella

van den Brink, Liesbeth

Koester, Moritz

Brucker, Emanuel

Stock, Svenja

Pablo Fuentes, Juan

Godoy, Roberto

Javier Matus, Francisco

Oses Pedraza, Romulo

Osses McIntyre, Pablo

Paulino, Leandro

Seguel, Oscar

Bader, Maaike Y.

Boy, Jens

Dippold, Michaela A.

Ehlers, Todd A.

Kuehn, Peter

Kuzyakov, Yakov

Leinweber, Peter

Scholten, Thomas

Spielvogel, Sandra

Spohn, Marie

Ubernickel, Kirstin

Tielboerger, Katja

Wagner, Dirk

von Blanckenburg, Friedhelm

Chemistry and microbiology of the Critical Zone along a steep climate and vegetation gradient in the Chilean Coastal Cordillera

ELSEVIER

CATENA

en

The Chilean Coastal Cordillera features a spectacular climate and vegetation gradient, ranging from arid and unvegetated areas in the north to humid and forested areas in the south. The EarthShape project ("Earth Surface Shaping by Biota") uses this natural gradient to investigate how climate and biological processes shape the Earth's surface. We explored the Critical Zone, the Earth's uppermost layer, in four key sites located in desert, semidesert, Mediterranean, and temperate climate zones of the Coastal Cordillera, with the focus on weathering of granitic rock. Here, we present first results from 16 approximately 2 m-deep regolith profiles to document: (1) architecture of weathering zone, (2) degree and rate of rock weathering, thus the release of mineral-derived nutrients to the terrestrial ecosystems, (3) denudation rates, and (4) microbial abundances of bacteria and archaea in the saprolite. From north to south, denudation rates from cosmogenic nuclides are similar to 10 t km(-2) yr(-1) at the arid Pan de Aziicar site, similar to 20 t km(2) yr(-1) at the semi-arid site of Santa Gracia, -60 t km(-2) yr(-1) at the Mediterranean climate site of La Campana, and similar to 30 t km(-2) yr(-1) at the humid site of Nahuelbuta. A and B horizons increase in thickness and elemental depletion or enrichment increases from north (similar to 26 degrees S) to south (similar to 38 degrees S) in these horizons. Differences in the degree of chemical weathering, quantified by the chemical depletion fraction (CDF), are significant only between the arid and sparsely vegetated site and the other three sites. Differences in the CDF between the sites, and elemental depletion within the sites are sometimes smaller than the variations induced by the bedrock heterogeneity. Microbial abundances (bacteria and archaea) in saprolite substantially increase from the arid to the semi-arid sites. With this study, we provide a comprehensive dataset characterizing the Critical Zone geochemistry in the Chilean Coastal Cordillera. This dataset confirms climatic controls on weathering and denudation rates and provides prerequisites to quantify the role of biota in future studies.

La Cordillera de la Costa chilena presenta un gradiente climático y de vegetación espectacular, que abarca desde zonas áridas y sin vegetación en el norte hasta zonas húmedas y boscosas en el sur. El proyecto EarthShape ("Conformación de la Superficie Terrestre por Biota") utiliza este gradiente natural para investigar cómo el clima y los procesos biológicos modelan la superficie terrestre. Exploramos la Zona Crítica, la capa superior de la Tierra, en cuatro sitios clave ubicados en zonas climáticas desérticas, semidesérticas, mediterráneas y templadas de la Cordillera de la Costa, centrándonos en la meteorización de rocas graníticas. Aquí presentamos los primeros resultados de 16 perfiles de regolito de aproximadamente 2 m de profundidad para documentar: (1) la arquitectura de la zona de meteorización, (2) el grado y la tasa de meteorización de la roca y, por consiguiente, la liberación de nutrientes derivados de minerales a los ecosistemas terrestres, (3) las tasas de denudación y (4) la abundancia microbiana de bacterias y arqueas en el saprolito. De norte a sur, las tasas de denudación de los nucleidos cosmogénicos son similares a 10 t km(-2) año(-1) en el sitio árido de Pan de Aziicar, similares a 20 t km(2) año(-1) en el sitio semiárido de Santa Gracia, -60 t km(-2) año(-1) en el sitio de clima mediterráneo de La Campana, y similares a 30 t km(-2) año(-1) en el sitio húmedo de Nahuelbuta. Los horizontes A y B aumentan en espesor y el agotamiento o enriquecimiento elemental aumenta de norte (similar a 26 grados S) a sur (similar a 38 grados S) en estos horizontes. Las diferencias en el grado de meteorización química, cuantificada por la fracción de agotamiento químico (CDF), son significativas solo entre el sitio árido y escasamente vegetado y los otros tres sitios. Las diferencias en la CDF entre los sitios y la depleción elemental dentro de ellos son, en ocasiones, menores que las variaciones inducidas por la heterogeneidad del lecho rocoso. La abundancia microbiana (bacterias y arqueas) en saprolito aumenta sustancialmente de los sitios áridos a los semiáridos. Con este estudio, proporcionamos un conjunto de datos completo que caracteriza la geoquímica de la Zona Crítica en la Cordillera Costera de Chile. Este conjunto de datos confirma el control climático sobre las tasas de meteorización y denudación y proporciona las bases para cuantificar el papel de la biota en futuros estudios.

Artículo original

Agradecemos especialmente a CONAF por brindarnos la oportunidad de trabajar en los parques nacionales Pan de Azúcar, La Campana y Nahuelbuta. También agradecemos a CEAZA por facilitar el acceso a la Reserva Natural Santa Gracia. Agradecemos a Anja Schleicher, de la Sección 3.1 de Geoquímica Inorgánica e Isótopa de GFZ, por su apoyo en los análisis de XRF. Agradecemos los comentarios de dos revisores anónimos que contribuyeron a la mejora de este artículo. Este proyecto está financiado por la Fundación Alemana para la Ciencia DFG-SPP 1803 (EarthShape, www.earthshape.net).

Special thanks to CONAF for giving us the opportunity to work in the national parks of Pan de Azucar, La Campana, and Nahuelbuta. We also thank CEAZA for facilitating access to the Reserva Natural Santa Gracia. We thank Anja Schleicher at GFZ Section 3.1 Inorganic and Isotope Geochemistry for support of XRF analyses. We are grateful for the comments of two anonymous reviewers that helped to improve this paper. This project is funded by the German Science Foundation DFG-SPP 1803 (EarthShape, www.earthshape.net).

10.1016/j.catena.2018.06.002

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Weathering

Denudation

Microbial abundance

Climate

Chile

Desgaste

Denudación

Abundancia microbiana

Clima

Chile

Geosciences, Multidisciplinary# Soil Science# Water Resources

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Denudation

Microbial abundance

Climate

Chile

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Denudación

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Clima

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Geoquímica y Geofísica

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WOS:000441681500017

Chemistry and microbiology of the Critical Zone along a steep climate and vegetation gradient in the Chilean Coastal Cordillera

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Geociencias, Multidisciplinaria

ciencia del suelo

Recursos hídricos

0341-8162

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DFG SPP 1803

Special thanks to CONAF for giving us the opportunity to work in the national parks of Pan de Azucar, La Campana, and Nahuelbuta. We also thank CEAZA for facilitating access to the Reserva Natural Santa Gracia. We thank Anja Schleicher at GFZ Section 3.1 Inorganic and Isotope Geochemistry for support of XRF analyses. We are grateful for the comments of two anonymous reviewers that helped to improve this paper. This project is funded by the German Science Foundation DFG-SPP 1803 (EarthShape, www.earthshape.net).

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