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Oxygen-isotope palaeothermometry of the Eocene Harudi Formation, Kutch Basin, western India: evidence for an early inception of the Middle Eocene Climatic Optimum

Este estudio presenta la primera paleotermometría de isótopos de oxígeno de la Formación Harudi del Eoceno en el oeste de la India, revelando altas temperaturas que indican un inicio temprano del Óptimo Climático del Eoceno Medio antes de los ~40,5 Ma comúnmente citados.

Autores originales: Sreemoyee Chakraborty, Dhurjati Prasad Sengupta

Publicado 2026-08-20

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CC BY 4.0

Autores originales: Sreemoyee Chakraborty, Dhurjati Prasad Sengupta

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El tiempo profundo se imagina a menudo como una deriva lenta y constante, pero la historia climática de la Tierra es en realidad una historia de saltos repentinos y reversiones dramáticas. Durante el eoceno, hace aproximadamente 56 a 34 millones de años, el planeta era un mundo de invernadero, significativamente más cálido que el actual. Sin embargo, incluso dentro de esta era calurosa, el clima no permaneció estático; experimentó picos de calor breves e intensos conocidos como eventos hipertermales, seguidos de períodos más largos de calidez que destacaban frente a una tendencia general de enfriamiento. Uno de los fases cálidas más significativas es el Óptimo Climático del Eoceno Medio, un período donde las temperaturas globales aumentaron durante cientos de miles de años. Comprender exactamente cuándo comenzó este calentamiento y cómo se sintió en regiones específicas es crucial para los científicos que intentan reconstruir cómo el sistema climático de la Tierra responde al cambio. Para lograr esto, los investigadores suelen buscar las huellas químicas dejadas por las conchas antiguas, que actúan como termómetros naturales que registran la temperatura del agua de mar en la que crecieron.

Durante décadas, un tramo específico de roca en el oeste de la India, conocido como la Formación Harudi, permaneció como un misterio en este rompecabezas global. Esta capa de sedimento, rica en fósiles de ballenas antiguas, cocodrilos y caracoles marinos gigantes, se encuentra en la Cuenca de Kutch y representa una ventana crítica al eoceno medio. Sin embargo, a pesar de su importancia, los científicos tenían muy pocos datos sobre las temperaturas reales del agua en este tiempo y lugar. La dificultad radicaba en las propias rocas; la zona es famosa por sus fósiles, pero las conchas encontradas allí suelen estar alteradas químicamente por millones de años de presión y aguas subterráneas, lo que hace que sus registros de temperatura sean poco fiables. Sin conchas prístinas y no alteradas, las señales químicas necesarias para calcular las temperaturas pasadas se pierden o se desordenan. Esto dejó un vacío significativo en el mapa de los climas antiguos para el oeste de la India, obligando a los investigadores a depender de datos de otras capas de roca cercanas que podrían no contar la misma historia.

Un equipo de investigadores ha llenado este vacío seleccionando cuidadosamente seis muestras fósiles de la Formación Harudi que habían sobrevivido en perfectas condiciones. Eligieron cinco conchas de ostras y una concha de un organismo marino de una sola célula llamado Nummulites, todas recolectadas de un corte de carretera específico donde las capas de roca son claramente visibles. Antes de intentar cualquier cálculo de temperatura, el equipo tuvo que estar absolutamente seguro de que estas conchas no habían sido alteradas químicamente a lo largo de millones de años. Utilizaron una poderosa técnica de rayos X para escanear la estructura interna de cada muestra, confirmando que cada una estaba hecha de calcita pura y estable, el mismo mineral con el que los animales construyeron originalmente sus conchas. Esta verificación fue esencial, ya que demostró que las conchas no habían sido recristalizadas o alteradas por procesos geológicos posteriores, asegurando que los datos químicos que contenían fueran un registro real del océano antiguo.

Con las muestras verificadas como prístinas, los investigadores analizaron los isótopos de oxígeno atrapados dentro de la estructura cristalina de las conchas. La relación entre los diferentes tipos de átomos de oxígeno en una concha cambia dependiendo de qué tan cálida estaba el agua cuando el animal estaba vivo. Al medir estas proporciones y compararlas con lo que se conoce sobre la composición química del agua de mar antigua, el equipo pudo calcular las temperaturas exactas del agua para cada capa de roca. Los resultados revelaron una historia térmica dinámica. Las temperaturas del agua en esta región oscilaron desde unos relativamente frescos 27,31 grados Celsius en la parte superior de la formación hasta unos abrasadores 38,44 grados Celsius en una capa específica de esquisto marrón. Notablemente, los datos mostraron dos picos distintos de calor. Un pico alcanzó los 32,25 grados Celsius en una capa de roca formada por una tormenta masiva que amontonó conchas, mientras que el otro pico, aún más caliente con 38,44 grados Celsius, se encontró en una capa de lodo que también contenía minerales evaporíticos, lo que sugiere un tiempo en el que el agua era poco profunda y altamente salina.

Estos picos de temperatura se interpretan como la firma local del Óptimo Climático del Eoceno Medio, el evento de calentamiento global mencionado anteriormente. Lo que hace que este descubrimiento sea particularmente interesante es el tiempo. Otros estudios han sugerido que este calentamiento global comenzó alrededor de hace 40,5 millones de años. Sin embargo, las capas de roca en la Formación Harudi donde se encontraron estos picos de calor están fechadas para ser ligeramente más antiguas, situándose alrededor de un límite de 41,6 millones de años. Esto sugiere que el calentamiento asociado con el Óptimo Climático del Eoceno Medio pudo haber comenzado antes en esta parte del mundo de lo que sugiere el promedio global, o al menos que la señal llegó al océano occidental de la India antes de que fuera plenamente registrada en otras partes del globo. Los investigadores también observaron que las temperaturas más altas coincidieron con entornos que eran estresantes para la vida, como los lechos de conchas azotados por tormentas y las lagunas salobres y evaporativas. Esta alineación tiene sentido, ya que el calor extremo a menudo conduce a la evaporación y cambios en la salinidad, creando condiciones donde solo los organismos más resistentes podrían sobrevivir.

El estudio se presenta como un paso preliminar en lugar de una conclusión final. El equipo enfatiza que, si bien las seis muestras proporcionan el primer registro directo de temperatura para esta formación, el pequeño número de puntos de datos significa que la imagen completa todavía se está ensamblando. Los valores de calor extremo, particularmente la lectura de 3^{\circ}C, son llamativos, pero los investigadores advierten que se necesitan más muestras para confirmar estas tendencias con certeza estadística. También señalaron que algunas de las señales químicas en las conchas eran inusuales, lo que sugiere que factores ambientales locales podrían haber influido en los datos de maneras que aún no se comprenden del todo. A pesar de estas advertencias, el trabajo establece con éxito una base para investigaciones futuras. Demuestra que la Formación Harudi posee un registro climático legible y sugiere que el calentamiento del eoceno medio pudo haber tenido un inicio más complejo y temprano en esta región de lo que se pensaba anteriormente, invitando a una mayor investigación sobre cómo funcionaba realmente este antiguo mundo de invernadero.

Resumen Técnico: Paleotermometría de Isótopos de Oxígeno de la Formación Harudi del Eoceno

Planteamiento del Problema
A pesar de que la Cuenca de Kutch, en el oeste de la India, preserva una sucesión del Eoceno excepcionalmente fosilífera, la paleotermometría de isótopos de oxígeno para la Formación Harudi ha sido históricamente escasa. Estudios previos se centraron en la Formación Naredi y la Caliza Fulra, dejando la formación intermedia Harudi —un horizonte crítico para las faunas de vertebrados de arqueocetos y crocodiliformes— submuestreada con respecto a la temperatura. Esta brecha surge de la dificultad práctica de recuperar carbonatos diagenéticamente prístinos en el área tipo de la Harudi, donde el material bien preservado ocurre frecuentemente fuera de las secciones de minas convencionales. En consecuencia, la expresión local del Óptimo Climático del Eoceno Medio (MECO, por sus siglas en inglés) y la historia térmica de la formación permanecieron poco restringidas.

Metodología
Para abordar esta brecha, el estudio analizó seis muestras fósiles cuidadosamente seleccionadas (cinco conchas de ostras y un test de Nummulites) recolectadas en condiciones prístinas en la sección tipo de la Harudi, a lo largo de la carretera Harudi–Baranda. La metodología consistió en un proceso de verificación y análisis de múltiples pasos:

Verificación Mineralógica: Se realizó difracción de rayos X (XRD) para confirmar la ausencia de reajuste diagenético (p. ej., conversión de aragonito a calcita). Todas las muestras fueron verificadas como constituidas por una única fase de calcita estable.
Análisis Isotópico: Los isótopos de carbono y oxígeno se midieron mediante espectrometría de relación de masas de flujo continuo (CF-IRMS) en Iso-Analytical Limited. Los datos se reportaron en relación con V-PDB.
Conversión de Datos y Cálculo: Los valores de $\delta^{18}$ O medidos se convirtieron a la escala V-SMOW. Las paleotemperaturas se calcularon utilizando la relación de fraccionamiento calcita-agua, asumiendo una composición de agua de mar del Eoceno de $-0.89$‰. No se aplicó una corrección de salinidad separada, tratando el $\delta^{18}$ O como un proxy directo de temperatura basado en el entorno de salinidad ampliamente estable de la formación.
Contexto Estratigráfico: Las muestras se obtuvieron de tafofacies específicas, incluyendo coquinas generadas por tormentas, lutitas marrones gipsíferas y bancos bioturbados de Nummulites, con restricciones de edad derivadas de datos independientes de isótopos de estroncio y bioestratigrafía (situando la base de la coquina en $\sim41.6 \pm 0.5$ Ma y el lecho de N. obtusus en $40.8 \pm 0.5$ Ma).

Resultados Clave
El análisis produjo un perfil de paleotemperatura de primer orden para la Formación Harudi, con temperaturas que oscilan entre $27.31^\circ$ C y $38.44^\circ$ C:

Temperaturas de Base: La coquina basal y la parte superior de la formación registraron temperaturas más frías de $29.79^\circ$ C y $27.31^\circ$ C, respectivamente.
Máximos Térmicos: Se identificaron dos picos térmicos distintos:
- $32.25^\circ$ C en la parte superior de la coquina inferior (un lecho de tormenta).
- $38.44^\circ$ C dentro de la lutita marrón gipsífera (un intervalo evaporítico de baja diversidad).
Isótopos de Carbono: Los valores de $\delta^{13}$ C fueron variables, con dos muestras mostrando valores anomalamente empobrecidos ($-15.23 $‰ y$ -5.99$‰), lo que sugiere posibles sobreimpresiones locales del ciclo del carbono o diagenéticas que ameritan precaución en su interpretación.

Significancia y Reivindicaciones
Los autores interpretan los dos máximos térmicos como la expresión local del Óptimo Climático del Eoceno Medio (MECO). La significancia de estos hallazgos se enmarca con advertencias específicas respecto al tamaño del conjunto de datos:

Cronología del MECO: Dado que los picos térmicos ocurren en horizontes datados en $\sim41.6$ Ma y $40.8$ Ma, los datos sugieren una iniciación del calentamiento relacionado con el MECO en la Cuenca de Kutch algo antes del inicio global comúnmente citado de $\sim40.5$ Ma. Esto plantea la posibilidad de una fase de calentamiento regional expresada más tempranamente a lo largo del margen tetis.
Correlación Sedimentológica: Los picos térmicos se alinean con señales tafonómicas y paleontológicas independientes. El pico de $32.25^\circ$ C coincide con un horizonte de tormenta (posiblemente vinculado a la evaporación post-tormenta), mientras que el pico de $38.44^\circ$ C corresponde a un intervalo de foraminíferos evaporíticos de baja diversidad. Esta consistencia sugiere que el estrés hipertermal suprimió la actividad faunística, corroborando las interpretaciones sedimentológicas existentes.
Alcance Modesto: El artículo se caracteriza explícitamente a sí mismo como un estudio preliminar. Los autores enfatizan que seis muestras son insuficientes para establecer una curva de paleotemperatura estadísticamente robusta o una correlación definitiva temperatura–tafofacies. Los valores anómalos de $\delta^{13}$ C refuerzan la cautela contra la sobreinterpretación de puntos de datos individuales.

Conclusión
Este estudio proporciona las primeras restricciones directas de paleotemperatura de isótopos de oxígeno para la Formación Harudi, llenando un vacío persistente en el registro del Eoceno en el oeste de la India. Si bien los resultados sugieren una iniciación temprana del calentamiento del MECO y una relación coherente entre las anomalías térmicas y los entornos de deposición, los autores concluyen que estos hallazgos sirven como un paso fundacional. Establecen una base para futuras investigaciones de mayor resolución que involucren conjuntos de muestras más amplios y un cribado avanzado (p. ej., isótopos agrupados o clumped isotopes) para confirmar las tendencias reportadas.

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