Evolución de los sistemas kársticos lacustres de la Serranía de Cuenca durante el Holoceno tardío: Modelos de depósito e implicaciones climáticas y ambientales

Barreiro Lostres, Fernando
Valero Garcés, Blas (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2016
(Ciencias de la Tierra)


Abstract: Esta Tesis Doctoral se centra en el estudio de la variabilidad paleolimnológica, paleohidrológica y paleoambiental, durante los últimos 2000 años en la rama occidental de la Cordillera Ibérica, a través del análisis multidisciplinar del relleno sedimentario de tres lagunas kársticas obtenido mediante sondeos largos en ambientes litorales y distales. Concretamente, se trata de dos lagunas pertenecientes al complejo lacustre de Cañada del Hoyo (Cuenca), El Tejo y La Parra; y 100 km más al norte, de la Laguna del Tobar, próxima a la localidad de Beteta. Los resultados de esta Tesis proporcionan tres nuevos registros multi-indicador con una cronología robusta que muestran la variabilidad hidrológica y medioambiental de las cuencas lacustres durante los dos últimos milenios, contribuyendo a completar el mapa paleoambiental entre el norte y sur de la Península Ibérica. Además del estudio de visu y microscópico, sedimentológico y de ambientes de depósito, se han realizado análisis geofísicos (susceptibilidad magnética, densidad de Rayos Gamma), mineralógicos (difracción de Rayos X), semicuantitativos y cuantitativos de geoquímica elemental (Fluorescencia de Rayos X, Espectrometría de Masas con Plasma Acoplado Inductivamente, análisis elemental) y biológicos (diatomeas) para reconstruir variables hidrológicas y ambientales tales como fluctuaciones en el nivel de las lagunas y algunas propiedades limnológicas mediante el análisis de facies, tasas de sedimentación y erosión, productividad orgánica, así como el impacto de las actividades humanas a lo largo de la Historia. Los modelos cronológicos de las secuencias están basados en dataciones de 14C y también en radiometría de 210Pb/137Cs, permitiendo tener una mayor resolución durante el periodo reciente. Esto ha dado lugar a las cronologías lacustres más robustas de la zona. Los lagos kársticos de la Península Ibérica suelen ser pequeños, con secuencias sedimentarias caracterizadas por una elevada variabilidad de facies, generalmente clásticas y carbonatadas con cambios laterales y verticales abruptos. Los casos aquí estudiados permiten ilustrar la variabilidad hidrológica y limnológica en una región dominada por litología calcárea, aunque con distintos tamaños de sus cuencas de recepción y una variabilidad del impacto humano a través de los cambios en el uso del suelo. Los casos estudiados incluyen desde cuencas hidrológicamente desconectadas de las aguas superficiales (El Tejo), con conexión intermitente (La Parra), hasta cuencas permanentemente conectadas con el medio fluvial (El Tobar), lo que condiciona de forma importante la disponibilidad de sedimentos capaces de llegar a las lagunas y por tanto, su tasa de sedimentación. Aunque las tres lagunas tienen un origen kárstico, actualmente se encuentran en un estado ya maduro y los procesos kársticos ya no son muy activos. Por ello, al tratarse de dolinas inundadas, su morfología es de tipo embudo, de forma que la sedimentación actual está fuertemente condicionada por la batimetría. Las propiedades sedimentológicas y geoquímicas de las tres secuencias ha permitido diferenciar dos ambientes de depósito principales: i) litoral-sublitoral, que incluye la plataforma litoral con producción de carbonatos y la zona de talud, normalmente escarpado, constituida por facies clásticas gruesas y facies de limos masivas y bandeadas; y ii) la zona distal-profunda, que engloba la zona profunda proximal y la distal, constituida principalmente por facies masivas, bandeadas y laminadas ricas en carbonatos o materia orgánica, e incluso por intervalos varvados. En general, acorde con la mayoría de registros ibéricos y de otras zonas del Mediterráneo occidental a escala centenaria, las secuencias indican condiciones predominantemente áridas antes del 300 E.C., cuando La Parra era una dolina seca. Después de este periodo, los niveles lacustres han fluctuado dentro de un marco general más húmedo durante los últimos 1600 años. Durante esta nueva etapa, las condiciones más áridas tuvieron lugar al final de la Alta Edad Media, previamente a la Anomalía Climática Medieval, la cual también presenta niveles lacustres relativamente bajos; mientras que las condiciones más húmedas tuvieron lugar desde el 1200 hasta el 1600 E.C., coincidiendo con la Pequeña Edad del Hielo, aunque presentando importantes fluctuaciones con periodos cortos más áridos. Diferencias en la respuesta sedimentaria durante un mismo cambio en las condiciones hidrológicas están relacionadas con la diferente configuración de las cuencas lacustres. Además, los indicadores sedimentológicos y geoquímicos también han permitido identificar en las secuencias lacustres las interacciones más relevantes entre las lagunas, sus cuencas y el impacto antrópico a lo largo de la historia, manifestándose principalmente mediante el aumento de la producción de sedimentos en las cuencas y su aporte a las lagunas. En función de su intensidad y frecuencia, han podido diferenciarse además entre eventos (cortos e intensos) y periodos (prolongados en el tiempo y más difusos) de aumento de la sedimentación. Su integración con datos históricos de las principales actividades económicas a lo largo de la historia ha permitido conocer que la mayor parte de los momentos con mayor aporte de sedimentos a las lagunas coincide con fases climáticas más húmedas y un aumento en la presión antrópica en sus cuencas. Este estudio también se ha centrado en la búsqueda de una metodología que permita efectuar cálculos cuantitativos aproximados de una forma sencilla y eficiente de los eventos de mayor aporte de sedimentos a partir del estudio geofísico y geoquímico de los sondeos obtenidos. Concretamente se propone una metodología para el cálculo de la masa acumulada en los lagos, la masa mínima denudada que implica en las cuencas y la tasa de denudación total a lo largo del último milenio. Para comprobar su coherencia, los datos obtenidos se han contrastado con cuencas experimentales actuales del Pirineo aragonés. Esta nueva metodología abre nuevas vías de investigación experimental aplicando las técnicas de monitorización ya existentes a cuencas lacustres. Por último, esta Tesis Doctoral demuestra que los procesos de degradación, especialmente en cuencas lacustres de montaña e independientemente de su tamaño, están relacionados con la evolución medioambiental natural y el impacto antrópico a través de los cambios históricos en los usos del suelo, los cuales modelan incesantemente los paisajes culturales que heredamos tras años de historia.

Abstract (other lang.): This PhD Thesis focuses in the study of the paleolimnological, paleohydrological and paleoenvironmental variability during the last 2000 years of karstic lakes located in the Western Branch of the Iberian Range, using a multidisciplinary methodology to investigate their sedimentary fill in long cores. The sites are two small lakes from the sinkhole-lake complex of Cañada del Hoyo (Cuenca): El Tejo and La Parra; and Lake El Tobar, located 100 km northwards close to Beteta locality. The results provide three new multiproxy reconstructions with a robust chronology, of the hydrological and environmental variability of the lake basins and watersheds during the last two millennia. They contribute to the effort of understanding the recent paleoenvironmental evolution and the regional variability between North and South regions of the Iberian Peninsula. In addition to the visu and microscopic sedimentological analyses, different techniques have been performed to reconstruct the hydrological and environmental variables as lake-level fluctuations, sedimentary and erosion rates, organic productivity and to infer the impact of historical anthropogenic activities related to land-use changes: geophysical (magnetic susceptibility, Gamma Ray density), mineralogical (X-Ray diffraction), semiquantitative and quantitative elemental geochemical (X-Ray Fluorescence, Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, elemental analyses) and biological (diatoms). Sedimentary sequences chronological models are based in 14C dates and in 210Pb/137Cs radiometric essays, which allow a better resolution in recent times. The new sequences provide more robust lacustrine chronologies for the late Holocene in the Iberian Range, although this Thesis is focused in the last 2000 years. Iberian Peninsula karstic lakes are usually small, with generally clastic and carbonatic sequences characterized by high facies variability with abrupt lateral and vertical changes. The studied cases illustrate similar hydrological and limnological conditions on a region dominated by carbonatic lithologies, although with variable watershed sizes and also the anthropogenic impact by land-use changes. The sites include hydrologically closed watersheds (El Tejo), with intermittent connected ones (La Parra) to permanently connected (El Tobar). Surface hydrology is a paramount control of sediment availability able to reach the lakes and therefore, a main control of sedimentation dynamics. The three lakes are in a mature karstic stage and karstic processes are not very active at present. As they are flooded sinkholes, their geomorphology has a marked funnel-shape. Therefore sedimentation is mainly controlled by the bathymetry and hydrological conditions. The sedimentological and geochemical properties of the three sequences allowed to differentiate two main depositional environments: i) littoral-sublittoral, including the littoral platform with carbonate production and the steep talus zone, with deposition of coarse clastic and massive and banded silty facies; ii) distal-profundal, containing the deep-proximal and deep-distal zones, with deposition of massive, banded and laminated facies rich in carbonates or organic matter, including varved intervals. The reconstructed paleohydrology is in general coherent with most of the Iberian and Western Mediterranean records. They indicate dominant arid conditions previous to CE 300, when La Parra was a dry sinkhole. Afterwards, lake levels fluctuated during the last 1600 years. Most arid conditions occurred during the Dark Ages and the Medieval Climate Anomaly. Most humid conditions took place from 1200 to 1600 AD, synchronous to the first phases of the Little Ice Age, although with noticeable short-term dry fluctuations. Differences in lake sedimentary response during same hydrological and climatic condition changes are related with the variable configuration of lacustrine watersheds and lake basins. Sedimentological and geochemical proxies also allowed identifying most significant lake-watershed-human impacts along history, mainly expressed by the increment of sediment yield from the watersheds and reaching the lakes. Depending on the intensity and frequency of sediment delivery, it is possible to differentiate events (short and intense) and periods (extended in time). Comparison with historical information of human activities showed that most stages of increment in sediment delivery to the lakes coincide with wetter climatic phases and an increase of anthropogenic activities in their watersheds. This PhD Thesis also provides a simple and efficient methodology to calculate quantitatively the sediment input to the lakes using the geophysical and geochemical analyses of the recovered cores. Particularly, a new protocol has been developed to calculate the mass accumulated in the lakes, the minimum mass of denuded sediments in the watersheds and the total denudation rate along the last millennia. Reconstructed data have been compared with data from experimental watersheds located in the Aragonese Pyrenees, showing similar ranges. Existing monitoring techniques could be applied to lacustrine watersheds. At last, this PhD Thesis demonstrates that degradation processes, especially in mountainous lake watersheds and independently of their size, are related to the environmental evolution and human impact through historical land-use changes, which permanently model the inherited cultural landscapes with long years of history.

Pal. clave: geología ; geología ambiental ; geology ; environmental geology

Knowledge area: Geodinámica externa

Department: Ciencias de la Tierra

Nota: Presentado: 15 07 2016
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, Ciencias de la Tierra, 2016

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 Record created 2016-09-21, last modified 2019-02-19


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