Vicente De Vera García, Alejandra
Valero Garcés, Blas Lorenzo (dir.) ; Mata Campo, María Del Pilar (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2023
Abstract: Los lagos de alta montaña son uno de los elementos más emblemáticos y valorados de los paisajes montañosos, pero también uno de los ecosistemas más vulnerables. Son excelentes indicadores del cambio global, ya que su dinámica deposicional y limnológica es muy sensible a las perturbaciones climáticas y antropogénicas, y archivan en sus sedimentos las complejas señales de las interacciones entre el paisaje, los procesos geológicos y biológicos superficiales en las cuencas hidrográficas y los sistemas acuáticos. En los Pirineos se han inventariado más de mil lagos de alta montaña, y en Aragón se han catalogado más de 200.
El objetivo de esta tesis es comprender la naturaleza multifacética de los Cambios Globales recientes y pasados en los lagos de alta montaña de los Pirineos y evaluar los cambios deposicionales, la entrega de sedimentos, la acumulación de carbono orgánico y la deposición de metales pesados durante el Antropoceno (últimos 2000 años). Se han seleccionado seis lagos en los Pirineos occidentales y centrales, como representativos de la variedad de lagos de alta montaña en términos de batimetría, cuenca hidrográfica, altitud y características limnológicas. Los lagos estudiados en esta tesis son, de O a E: Acherito, La Sierra, Sabocos, Marboré, Urdiceto y Cregüeña.
Para alcanzar los objetivos de este doctorado hemos seguido un planteamiento multidisciplinar (Capítulo 2) en varias localizaciones y siguiendo estos pasos:
1. Caracterización de algunos de los procesos actuales en los lagos y de la evolución reciente de parámetros seleccionados (composición del agua y de los sedimentos superficiales, regímenes térmicos) mediante campañas de seguimiento y muestreos. El seguimiento sólo abarca 5 años, pero pone de manifiesto la variabilidad de estos ecosistemas y proporciona una línea base del estado actual para evaluar los principales impactos esperados en las propiedades físicas, químicas y biológicas debido a cambios en la disponibilidad de agua o al aumento de las temperaturas (Capítulo 3).
2. Identificación de facies sedimentarias, asociaciones y modelos deposicionales a partir del estudio de sondeos de sedimentos que podrían aplicarse a todos los lagos pirenaicos de gran altitud. Los modelos deposicionales propuestos proporcionan el marco para reconstruir los cambios ambientales y climáticos del pasado (Capítulo 4).
3. Reconstrucción de la evolución deposicional de los lagos aplicando multitud de técnicas analíticas y de datación absoluta para obtener series temporales de alta resolución (Capítulo 4).
4. Reconstrucción de los flujos litogénicos y de carbono orgánico en los lagos durante los últimos 1200 años (Capítulo 5). Los resultados demuestran que, antes del siglo XX, se produjeron mayores flujos litogénicos durante los periodos de mayor presión humana (como la Edad Media) y durante las fases más húmedas de la Pequeña Edad de Hielo. Los principales cambios en los lagos de gran altitud estudiados se produjeron de forma sincrónica pero con tendencias y rangos diferentes. Todos los lagos muestran los mayores cambios durante el último milenio en el aporte de sedimentos y la acumulación de carbono orgánico desde 1850 y 1950 d.C.. El aumento de los flujos de sedimentos durante la Gran Aceleración (después de 1950 d.C.) puede estar relacionado con el aumento de la erosión debido a los cambios en la estacionalidad de las precipitaciones (más lluvia invernal frente a nieve). El reciente aumento de la acumulación de materia orgánica se debe probablemente a la mayor productividad de los lagos, causada por el aumento de las temperaturas, la prolongación de las temporadas sin hielo y de crecimiento, y el incremento de los aportes de nutrientes atmosféricos.
5. Reconstrucción histótica de deposición de metales pesados en cada lago durante los últimos 2000 años (Capítulo 6). Aunque todos los registros muestran mayores Factores de Enriquecimiento para Pb, Cu, Cd y Zn durante los periodos romano, medieval y de la revolución industrial, los rangos e intensidades variables indican el importante papel de las características de cada lago, como su localización, altitud, tipo de sedimento, profundidad, tamaño de la cuenca, composición del agua, etc. Los lagos de mayor altitud reflejan tendencias deposicionales globales y los de menor altitud señales más regionales y locales.
Esta tesis demuestra que los lagos pirenaicos de gran altitud contienen archivos de alta resolución de la variabilidad climática pasada y de las actividades humanas durante el Antropoceno. La evolución reconstruida de la historia deposicional de los lagos durante los dos últimos milenios subraya la singularidad de los cambios durante la Gran Aceleración (desde mediados de la década de 1950). Proporciona los datos de referencia para evaluar el impacto del actual calentamiento global y el aumento de las actividades humanas en estos ecosistemas vulnerables y para aplicar políticas de conservación.
Abstract (other lang.): High mountain lakes are one of the most iconic and valued elements of the mountain landscapes, but also one of the most vulnerable ecosystems to Global Change. They are excellent indicators of global change impacts, as their depositional and limnological dynamics are very sensitive to climatic and anthropogenic perturbations, and they archive in their sediments the complex signals of the interactions among the landscape, the surface geological and biological processes in the watersheds and the aquatic systems. The aim of this thesis is to understand the multi-faceted nature of recent and past Global Change impacts in high mountain lakes in the Pyrenees and to evaluate depositional changes, sediment delivery, organic carbon accumulation and heavy metal deposition during the Anthropocene (last 2000 years). More than a thousand high mountain lakes have been inventoried in the Pyrenees, and more than 200 have been cataloged in Aragon. Six lakes have been selected in the western and central Pyrenees, as representative of the variety of high altitude lakes in terms of bathymetry, watershed, altitude and limnological characteristics. The lakes studied in this thesis are, from W to E: Acherito, La Sierra, Sabocos, Marboré, Urdiceto and Cregüeña. To achieve the objectives of this PhD we have followed a multi-site, multidisciplinary methodology, described in Chapter 2, and the following steps: 1. Characterization of some of the current depositional processes in the lakes and the recent evolution of selected parameters (water and surface sediment composition, thermal regimes) through monitoring campaigns and surveys during five years. The monitoring results highlight the variability of these ecosystems and provides a baseline of current status to assess the main impacts expected in physical, chemical and biological properties due to changes in climate (water availability and increased temperatures) and increasing human activities (Chapter 3). 2. Identification of sedimentary facies, associations and depositional models based on the study of sediment cores. The proposed depositional models could be applied to that could be applied to high altitude mountain lakes and provide the framework for reconstructing past environmental and climatic changes based on lacustrine sedimentary sequences (Chapter 4). 3. Reconstruction of the depositional evolution of the lakes during the last 2 millennia applying several analytical and absolute dating techniques to obtain high-resolution time series (Chapter 4). 4. Reconstruction of the Lithogenic and Organic carbon fluxes in the lakes for the last 1200 years (Chapter 5). The results demonstrate that prior to the 20th century, higher lithogenic fluxes occurred during periods of increased human pressure (such as the early Middle Ages) and during wetter phases of the Little Ice Age. The main changes in the studied lakes occurred synchronously but with different trends and ranges. All lakes show the largest changes in sediment input and organic carbon accumulation since 1850 and 1950 CE. The increase in sediment fluxes during the Great Acceleration (after 1950s CE) may be related to increased erodibility due to changes in precipitation seasonality (more winter rain versus snow). The recent increase in organic matter accumulation is likely due to increased productivity in the lakes, caused by higher temperatures, longer icefree and growing seasons, and increased atmospheric nutrient inputs. 5. Reconstruction of the heavy metal deposition history in each lake for the last 2 millennia (Chapter 6). Although all records show higher Enrichment Factors for Pb, Cu, Cd and Zn during the Roman, Medieval and Industrial Revolution periods, the variable ranges and intensities underlines the important role of the specific features of each lake, such as location, altitude, sediment type, depth, watershed size, water composition, etc. Higher altitude lakes reflect more clearly global depositional trends and lower altitude lakes regional and local signals. This thesis demonstrates that high altitude Pyrenean lakes contain high-resolution archives of past climate variability and human activities during the last two millennia. The reconstructed evolution of the depositional history of the lakes during this time span underscores the uniqueness of the changes during the Great Acceleration (since mid 1950s). It also provides the baseline data to assess the impact of current global warming and increased human activities in these vulnerable ecosystems and to implement conservation policies.
El objetivo de esta tesis es comprender la naturaleza multifacética de los Cambios Globales recientes y pasados en los lagos de alta montaña de los Pirineos y evaluar los cambios deposicionales, la entrega de sedimentos, la acumulación de carbono orgánico y la deposición de metales pesados durante el Antropoceno (últimos 2000 años). Se han seleccionado seis lagos en los Pirineos occidentales y centrales, como representativos de la variedad de lagos de alta montaña en términos de batimetría, cuenca hidrográfica, altitud y características limnológicas. Los lagos estudiados en esta tesis son, de O a E: Acherito, La Sierra, Sabocos, Marboré, Urdiceto y Cregüeña.
Para alcanzar los objetivos de este doctorado hemos seguido un planteamiento multidisciplinar (Capítulo 2) en varias localizaciones y siguiendo estos pasos:
1. Caracterización de algunos de los procesos actuales en los lagos y de la evolución reciente de parámetros seleccionados (composición del agua y de los sedimentos superficiales, regímenes térmicos) mediante campañas de seguimiento y muestreos. El seguimiento sólo abarca 5 años, pero pone de manifiesto la variabilidad de estos ecosistemas y proporciona una línea base del estado actual para evaluar los principales impactos esperados en las propiedades físicas, químicas y biológicas debido a cambios en la disponibilidad de agua o al aumento de las temperaturas (Capítulo 3).
2. Identificación de facies sedimentarias, asociaciones y modelos deposicionales a partir del estudio de sondeos de sedimentos que podrían aplicarse a todos los lagos pirenaicos de gran altitud. Los modelos deposicionales propuestos proporcionan el marco para reconstruir los cambios ambientales y climáticos del pasado (Capítulo 4).
3. Reconstrucción de la evolución deposicional de los lagos aplicando multitud de técnicas analíticas y de datación absoluta para obtener series temporales de alta resolución (Capítulo 4).
4. Reconstrucción de los flujos litogénicos y de carbono orgánico en los lagos durante los últimos 1200 años (Capítulo 5). Los resultados demuestran que, antes del siglo XX, se produjeron mayores flujos litogénicos durante los periodos de mayor presión humana (como la Edad Media) y durante las fases más húmedas de la Pequeña Edad de Hielo. Los principales cambios en los lagos de gran altitud estudiados se produjeron de forma sincrónica pero con tendencias y rangos diferentes. Todos los lagos muestran los mayores cambios durante el último milenio en el aporte de sedimentos y la acumulación de carbono orgánico desde 1850 y 1950 d.C.. El aumento de los flujos de sedimentos durante la Gran Aceleración (después de 1950 d.C.) puede estar relacionado con el aumento de la erosión debido a los cambios en la estacionalidad de las precipitaciones (más lluvia invernal frente a nieve). El reciente aumento de la acumulación de materia orgánica se debe probablemente a la mayor productividad de los lagos, causada por el aumento de las temperaturas, la prolongación de las temporadas sin hielo y de crecimiento, y el incremento de los aportes de nutrientes atmosféricos.
5. Reconstrucción histótica de deposición de metales pesados en cada lago durante los últimos 2000 años (Capítulo 6). Aunque todos los registros muestran mayores Factores de Enriquecimiento para Pb, Cu, Cd y Zn durante los periodos romano, medieval y de la revolución industrial, los rangos e intensidades variables indican el importante papel de las características de cada lago, como su localización, altitud, tipo de sedimento, profundidad, tamaño de la cuenca, composición del agua, etc. Los lagos de mayor altitud reflejan tendencias deposicionales globales y los de menor altitud señales más regionales y locales.
Esta tesis demuestra que los lagos pirenaicos de gran altitud contienen archivos de alta resolución de la variabilidad climática pasada y de las actividades humanas durante el Antropoceno. La evolución reconstruida de la historia deposicional de los lagos durante los dos últimos milenios subraya la singularidad de los cambios durante la Gran Aceleración (desde mediados de la década de 1950). Proporciona los datos de referencia para evaluar el impacto del actual calentamiento global y el aumento de las actividades humanas en estos ecosistemas vulnerables y para aplicar políticas de conservación.
Abstract (other lang.): High mountain lakes are one of the most iconic and valued elements of the mountain landscapes, but also one of the most vulnerable ecosystems to Global Change. They are excellent indicators of global change impacts, as their depositional and limnological dynamics are very sensitive to climatic and anthropogenic perturbations, and they archive in their sediments the complex signals of the interactions among the landscape, the surface geological and biological processes in the watersheds and the aquatic systems. The aim of this thesis is to understand the multi-faceted nature of recent and past Global Change impacts in high mountain lakes in the Pyrenees and to evaluate depositional changes, sediment delivery, organic carbon accumulation and heavy metal deposition during the Anthropocene (last 2000 years). More than a thousand high mountain lakes have been inventoried in the Pyrenees, and more than 200 have been cataloged in Aragon. Six lakes have been selected in the western and central Pyrenees, as representative of the variety of high altitude lakes in terms of bathymetry, watershed, altitude and limnological characteristics. The lakes studied in this thesis are, from W to E: Acherito, La Sierra, Sabocos, Marboré, Urdiceto and Cregüeña. To achieve the objectives of this PhD we have followed a multi-site, multidisciplinary methodology, described in Chapter 2, and the following steps: 1. Characterization of some of the current depositional processes in the lakes and the recent evolution of selected parameters (water and surface sediment composition, thermal regimes) through monitoring campaigns and surveys during five years. The monitoring results highlight the variability of these ecosystems and provides a baseline of current status to assess the main impacts expected in physical, chemical and biological properties due to changes in climate (water availability and increased temperatures) and increasing human activities (Chapter 3). 2. Identification of sedimentary facies, associations and depositional models based on the study of sediment cores. The proposed depositional models could be applied to that could be applied to high altitude mountain lakes and provide the framework for reconstructing past environmental and climatic changes based on lacustrine sedimentary sequences (Chapter 4). 3. Reconstruction of the depositional evolution of the lakes during the last 2 millennia applying several analytical and absolute dating techniques to obtain high-resolution time series (Chapter 4). 4. Reconstruction of the Lithogenic and Organic carbon fluxes in the lakes for the last 1200 years (Chapter 5). The results demonstrate that prior to the 20th century, higher lithogenic fluxes occurred during periods of increased human pressure (such as the early Middle Ages) and during wetter phases of the Little Ice Age. The main changes in the studied lakes occurred synchronously but with different trends and ranges. All lakes show the largest changes in sediment input and organic carbon accumulation since 1850 and 1950 CE. The increase in sediment fluxes during the Great Acceleration (after 1950s CE) may be related to increased erodibility due to changes in precipitation seasonality (more winter rain versus snow). The recent increase in organic matter accumulation is likely due to increased productivity in the lakes, caused by higher temperatures, longer icefree and growing seasons, and increased atmospheric nutrient inputs. 5. Reconstruction of the heavy metal deposition history in each lake for the last 2 millennia (Chapter 6). Although all records show higher Enrichment Factors for Pb, Cu, Cd and Zn during the Roman, Medieval and Industrial Revolution periods, the variable ranges and intensities underlines the important role of the specific features of each lake, such as location, altitude, sediment type, depth, watershed size, water composition, etc. Higher altitude lakes reflect more clearly global depositional trends and lower altitude lakes regional and local signals. This thesis demonstrates that high altitude Pyrenean lakes contain high-resolution archives of past climate variability and human activities during the last two millennia. The reconstructed evolution of the depositional history of the lakes during this time span underscores the uniqueness of the changes during the Great Acceleration (since mid 1950s). It also provides the baseline data to assess the impact of current global warming and increased human activities in these vulnerable ecosystems and to implement conservation policies.
Pal. clave: limnología ; cambio climático
Titulación: Programa de Doctorado en Geología
Plan(es): Plan 489
Knowledge area: Ciencias
Nota: Presentado: 25 07 2023
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2023
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