The Ejulve cave speleothemic record:from monitoring control to abrupt climate changes during the Pleistocene in the Eastern Iberian Range (Teruel)

La presente tesis engloba un completo estudio en la Cueva de El Recuenco (Ejulve, Cordillera Ibérica, NE Península Ibérica) sobre la espeleogénesis de la cueva, la dinámica espeleotémica actual y la reconstrucción de cambios climáticos abruptos durante el Pleistoceno a partir de sus registros espeleotémicos. La cueva de Ejulve, situada a 1240 m.s.n.m., es una cueva relativamente pequeña en el sector suroriental de la Cordillera Ibérica. Se encuentra desarrollada en calizas dolomíticas y dolomías de la formación Mosqueruela, del Cretácico Superior, y está afectada por el arco de cabalgamientos de Portalrubio-Vandellós, estructurado durante el Oligoceno y Mioceno Inferior. El paisaje está dominado por amplias y deformadas superficies de erosión situadas a gran altitud (Superficie de Erosión Fundamental de la Cordillera Ibérica), que terminó de formarse en el Plioceno. El origen de la cueva debería situarse antes de la fase final de desarrollo de la Superficie de Erosión Fundamental. La identificación de ciertas morfologías de la cueva, muy características, como son el boxwork, los tubos con cúpulas ascendentes en el techo, pendants y cups, spongework y rasgos de micro-corrosión, sugieren un origen hipógeno de la misma. Por lo tanto, la karstificación hipógena ocurriría tentativamente durante el Mio-Plioceno, y se explicaría por al ascenso de agua subterránea debido a gradientes hidráulicos en un acuífero confinado, generando así las galerías en forma de laberinto y las morfologías características mencionadas previamente. Adicionalmente, el análisis del boxwork sugiere una fase previa, probablemente durante el Mioceno Superior, en la que calcita y dolomita rellenaron las discontinuidades existentes en el epikarst, todo ello bajo condiciones freáticas. Después de la karstificación, la cueva tuvo una transición a condiciones epigénicas sin confinamiento, debido a la reactivación de los procesos regionales de levantamiento y doming. Después de la tectónica extensional durante el Plioceno-Cuaternario, se produciría la fase de la incisión fluvial. Así, una vez el karst queda exhumado y se da paso a la fase vadosa, comienza la precipitación de espeleotemas, al menos desde hace 650.000 años antes del presente. El estudio de la dinámica actual de la cueva, incluyendo el muestreo de lluvia, goteo y carbonato precipitado, fue llevado a cabo durante cuatro años (2013-2016). El principal factor que controla el d18O de la lluvia es la temperatura (r2 = 0.82, p-value > 0.001), mostrando un patrón estacional con valores más bajos en invierno y más altos en verano. Tanto el área de origen de la precipitación (junto al componente de la lluvia) y la cantidad de lluvia, actúan como controles secundarios. El uso de la infiltración neta resulta crucial para evaluar la recarga del epikarst en las condiciones semi-áridas propias del área de estudio. De hecho, el uso de la infiltración neta revela que el efecto de cantidad de lluvia ejerce escasa influencia en la variabilidad isotópica del agua de goteo, en contraste con la influencia moderada que ejercía sobre el d18O de la lluvia anual. El muestreo de 12 goteos a lo largo de la cueva evidenció que tanto los goteos estacionales como los no estacionales muestran similares valores de d18O en el agua de goteo. La estacionalidad vista en el d18O del agua de lluvia, es también observada en el agua de goteo, aunque atenuada y con cierto retardo, por lo tanto, no hay un proceso completo de homogeneización de las aguas en el epikarst. La respuesta hidrológica de la cueva a la lluvia externa es rápida, con un incremento en las tasas de goteo en pocas semanas en ambos grupos de goteos durante las lluvias estacionales de otoño. No obstante, el retardo visto en el d18O de las lluvias de otoño-invierno asciende hasta un máximo de 21 semanas. Estos resultados sugieren la existencia del ‘efecto pistón’, según el cual el agua ‘nueva’ presiona en sentido descendente el agua ‘antigua’ pre-existente en el epikarst, a través de la red de fracturas existentes.El carbonato precipitado muestra una escasa variación total de un 0.11 ‰ en el d18O, con una variabilidad similar entre los goteos estacionales y los no estacionales. El d18O del carbonato depende del d18O del agua de goteo, con una escasa influencia de la tasa de goteo. La variación del d13C es de un 0.22 ‰, y muestra estacionalidad con valores más altos en verano y otoño, y más bajos en invierno y primavera. El d13C es más positivo en los goteos no estacionales, los cuales, debido a una mayor desgasificación, registran una variabilidad que asciende hasta el 0.42 ‰, comparado con el 0.29 ‰ de los goteos estacionales. Estas diferencias entre diferentes tipos de goteo están explicadas por la alta correlación entre el d13C y la tasa de goteo. Por lo tanto, los valores altos de d13C en el carbonato precipitado en la cueva de Ejulve se explican por la mayor desgasificación y menor disponibilidad hídrica, mientras que los valores bajos de d13C se registrarían cuando hay más actividad microbiana, mayor productividad vegetal y más disponibilidad hídrica. La ventilación de la cueva desde finales del otoño hasta la primavera, favorece una mayor precipitación de carbonato. De esta manera, tanto la hidroquímica de las aguas de goteo como la tasa de goteo quedan como controles secundarios de la tasa de precipitación de carbonato actual.La reconstrucción de los cambios climáticos en el pasado utilizado registros espeleotémicos de la cueva de Ejulve se ha centrado en dos períodos: (1) durante la transición de MIS 8 a MIS 7 a través de la estalagmita ARTEMISA, y (2) durante los períodos MIS 5, 4 y 3 a través de la estalagmita ANDROMEDA. Los indicadores usados han sido d18O, d13C y Mg/Ca.La estalagmita ‘ARTEMISA’ creció durante el período 262.7 - 217.9 ka, incluyendo la respuesta climática a la Terminación Glacial III (T-III), una transición glacial-interglacial escasamente conocida, en contraposición a las Terminaciones II y I. La respuesta del d13C y Mg/Ca a los eventos abruptos áridos en el desarrollo de la T-III es realmente pronunciada. Por lo tanto, se han identificado dos eventos de escala milenial (S8.1 y S8.2) que estarían explicados por debilitamientos de la AMOC durante MIS 8. La sensibilidad de la Península Ibérica a los cambios en la AMOC, debido a su posición latitudinal y geográfica, ya ha sido demostrada previamente durante la Terminación I y MIS 3. La variabilidad en d18O del registro marca el último evento (S8.1) con un cambio en el d18O del agua en el área fuente de la precipitación, probablemente asociado a la llegada de agua dulce en el Atlántico norte. Tras una comparación entre la T-III, T-II y T-I, los dos eventos estadiales que han sido propuestos tienen semejanzas con los eventos Heinrich (HS) 1 y 2. Estas similitudes se basan en las intensas descargas de IRD, la dominancia de taxones semidesérticos durante los eventos áridos, y la similar señal del d18O de los foraminíferos bentónicos marinos. No obstante, los cambios en el nivel del mar y en la insolación durante S8.1, lo hacen más similar al YD que a HS-1, impidiendo por lo tanto concluir que el YD es un evento único de la última terminación.La estalagmita ‘ANDROMEDA’ crece de manera continua durante el intervalo de 118.9 a 36.9 ka. Durante MIS 5, los valores de d18O estaban regidos por control orbital, con picos de baja precisión que dan paso a condiciones húmedas. En contraste, durante MIS 4 y 3, los valores de d18O se desacoplan de la precesión, y covarían con el d13C, sugiriendo así un control común en ambos isótopos, debido a una mayor desgasificación del agua de goteo durante los períodos áridos. En general, el d13C exhibe una clara respuesta a los eventos fríos marinos desde el C26 hasta el C23, así como a las oscilaciones Dansgaard-Oeschger (D-O) y a los eventos Heinrich. Este registro apoya los resultados de estudios previos que mostraban un final tardío del Eemiense en el sur de Europa, y ofrece nuevas fechas para dicha finalización, desde 108.6 ± 0.3 a 108.3 ± 0.3 ka para esta área. La respuesta a los eventos Heinrich se establece en dos períodos distintivos en forma de ‘W’ en el patrón de variabilidad del d13C. Esos períodos se caracterizan por la respuesta del d13C a los débiles eventos D-O 15 y 18. La variabilidad en el d13C es similar en ambos eventos, no así su desarrollo, siendo más largo el primer evento, contemporáneo a HS-6. En el evento W más antiguo (~67-60 ka) han sido identificadas dos fases, la primera caracterizada por un patrón frío-árido antes de 63 ka, y una segunda de patrón húmedo-frío de 63 ka en adelante. El evento W más moderno (~57-53 ka) está en concordancia con un refuerzo de los vientos alisios en el NE (fase NAO+), provocando así unas condiciones de clima árido en el sur de Europa. Por otro lado, la correlación positiva entre el d13C y Mg/Ca en los períodos estudiados (Terminación III y MIS 5, 4 y 3) está en concordancia con mayor disponibilidad hídrica, más productividad vegetal y actividad microbiana sobre la cueva, como sugieren los resultados de la monitorización expuestos anteriormente.En resumen, la presente tesis muestra un modelo inusual de espeleogénesis en la Cordillera Ibérica propuesto para la cueva de Ejulve, un completo y detallado conjunto de datos procedentes de la monitorización de la dinámica espeleotémica actual, y la reconstrucción de interesantes cambios climáticos pasados. Esas características la convierten en la primera compilación de datos de este tipo en una cueva de la Cordillera Ibérica. Asimismo, conviene recalcar el gran interés de los resultados paleoclimáticos procedentes de estalagmitas de esta cueva, especialmente en cambios climáticos abruptos. La clara respuesta que exhibe durante el final de los períodos glaciares (Terminaciones), durante las oscilaciones D-O o los eventos Heinrich, y la clara vinculación con otros registros clave como las estalagmitas procedentes de cuevas de China, hacen a la cueva de Ejulve un lugar extraordinario para realizar estudios paleoclimáticos. The present dissertation addresses a complete study of Ejulve cave (Iberian Range, NE Spain) related to the speleogenesis of the cave, the current speleothemic dynamics and the reconstruction of past Pleistocene abrupt climate changes based on its speleothem record. Ejulve cave, located at 1240 m.a.s.l., is a relatively small cave in the southeastern sector of the Iberian Range. The cave is developed in dolomitic limestones and dolostones of the Mosqueruela Fm., Upper Cretaceous in age, affected by the thrust fronts of Portalrubio-Vandellós system, structured during Oligocene and Low Miocene. The landscape is dominated by extensive high-altitude deformed planation surfaces (Main Planation Surface of the Iberian Chain), finally shaped during the Pliocene. The origin of the cave is expected to have occurred before the final phase of the Main Planation Surface development. The identification of some characteristic cave morphologies such as boxwork, tubes with rising ceiling cupolas, pendants and cusps, spongework and micro-corrosion features, suggests a hypogene karst setting during this time. Hence, the hypogene karstification, tentatively occurred during the Mio-Pliocene, could be explained by ascending water flows driven by hydraulic gradients in a confined aquifer, generating a maze network and the characteristic cave morphologies listed above. Additionally, the analysis of the boxwork suggests an earlier stage, probably during the Upper Miocene, of calcite and dolomite infills hosted in discontinuities of the bedrock, formed under phreatic conditions. After the karstification, the cave underwent a transition to epigenic unconfined conditions, driven by the regional uplift and doming mechanisms. After the extensional tectonics during Pliocene-Quaternary, there was the subsequent fluvial incision. Once the exhumation of the karst leads to the vadose phase, it is the starting point for the precipitation of carbonate speleothems, at least from 650 kyr BP. The study of the cave speleothemic dynamics, including sampling of rainfall, drip waters and farmed calcite, was conducted during four years (2013-2016). The main factor that controls the d18O of the rainfall are the temperature effect (r2 = 0.82, p-value > 0.001), showing a seasonal pattern of lower values in winter and higher in summer. Both source effect (together with the rainfall component) and amount effect act as secondary controls. The use of the effective infiltration is crucial to evaluate the recharge of the epikarst, in the semi-arid conditions of the study area. In fact, the use of the effective infiltration reveal that the amount effect exerts a scarce influence on the isotopic variability of the drip waters, in contrast with the moderate influence that it exerts on the annual d18O in rainfall. The sampling of 12 drips throughout the cave indicated that seepage and seasonal drips featured similar d18O in dripwaters. The d18O seasonality seen in rainfall was also observed in dripwater d18O, albeit attenuated and lagged, so the homogeneisation process of the waters in the epikarst was not complete. The hydrological response of the cave to the external rainfall is fast, with an increase of drip rates within few weeks in both seasonal and seepage drips during the seasonal rainfall in autumn. However, the lag seen in the d18O of autumn-winter rainfall is as long as 21 weeks. These results suggest the existence of a ‘piston effect’, in which the ‘new’ water pushed down the ‘old’ pre-existent water in the epikarst through the fracture network. The farmed calcite shows a small variation of 0.11 ‰ in d18O, with similar variability between seasonal and seepage sites. The d18O of the calcite showed dependence on the d18O of the dripwaters, with a weak influence of drip rate. The variation in d13C is of 0.22 ‰, and exhibit seasonality with higher values during summer and autumn, and lower in winter and spring. The d13C was more positive in seepage sites, enhanced by degassing kinetics, up to 0.42 ‰ compared to the 0.29 ‰ observed in the seasonal sites. These differences between drip sites are explained by the high correlation of the d13C with the drip rate. Therefore, the high d13C in the farmed calcite of Ejulve cave was explained by enhanced degassing and low water availability, while low d13C values were in concordance with more microbial activity, vegetation productivity, and greater water availability. The ventilation of the cave during late autumn through spring favored the higher calcite deposition rates found during that time. Dripwater chemistry and drip rate exerts as secondary controls on carbonate growth rate. The reconstruction of past climate changes using stalagmites from Ejulve cave was focused in two main periods: (1) during the transition MIS 8 - MIS 7 using the stalagmite ARTEMISA, and (2) during the periods MIS 5, 4 and 3, using the stalagmite ANDROMEDA. The proxies used were d18O, d13C and Mg/Ca. The stalagmite ‘ARTEMISA’ covered the interval 262.7 to 217.9 kyr BP, including the response to the Termination III (T-III), a poorly known glacial-interglacial transition, in contrast to Terminations II and I. The response of the d13C and Mg/Ca to the abrupt arid events in the timing of the T-III was clear. Hence, we identify two millennial-scale events (S8.1 and S8.2) that are related to AMOC slowdowns during MIS 8. The sensitivity of the Iberian Peninsula to AMOC changes, due to its latitudinal and geographical location, has been demonstrated previously during Termination I and MIS 3. The variability in d18O in the record also marks the latest event (S8.1) with a change in the d18O composition of the sea water in the source of moisture, probably associated with the entrance of freshwater in north Atlantic. After a comparison between T-III, T-II and T-I, the two stadial events we propose have some similarities with Heinrich stadial (HS) 1 and 2. These similarities are supported by intense IRD discharges, the dominance of semidesert taxa in the arid intervals, and the similar phasing of the benthic d18O. However, the changes in sea level and insolation during S8.1, makes it more similar to the YD than HS-1, precluding the identification of the YD as a unique feature of the most recent termination. The stalagmite ‘ANDROMEDA’ covers continuously the interval from 118.9 to 36.9 kyr. During MIS 5, the d18O were controlled by orbital pacing, with low precession peaks leading wet conditions. In contrast, during MIS 4 and 3, the d18O fluctuations were decoupled from precession, and co-varies with d13C, suggesting a common control of both isotopes by enhanced degassing of drip waters during dry periods. In general, d13C exhibit a clear response to the cold marine events C26 to C23, as well as Dansgaard-Oeschger (D-O) oscillations and Heinrich events. This record supports previous studies showing a late demise of the Eemian forest stage in southern Europe, and offer new dates from 108.6 ± 0.3 to 108.3 ± 0.3 in this area. The response to Heinrich events were identified by two periods with a marked ‘W-shape’ pattern in the d13C. These periods were characterized by the response of the d13C to the weak D-O cycles 15 and 18. The variability in the d13C is similar between both events, but a different timing is seen, longer in the first event contemporary with HS-6. Two phases were identified within the older W-event (~ 67-60 kyr), a first one with dry-cold conditions before 63 kyr BP, and a second one with wet-cold conditions afterwards. The younger W-event (~ 57-53 kyr) is in concordance with the reinforcement of the northeasterly trade winds (NAO+ phase) giving rise to a dry climate in Southern Europe at that time. On the other hand, the positive correlation seen between d13C and Mg/Ca, in both periods (Termination III and MIS 5, 4 and 3), is expected to reflect water availability, vegetation productivity and microbial activity over the cave, such as was suggested by the monitoring results above. In summary, the present dissertation shows an unusual speleogenesis model in the Iberian Range proposed for Ejulve cave, a complete and careful detailed dataset related to the monitoring of present-day speleothem dynamics, and the reconstruction of interesting past climate changes. Those features make it the first compilation of such outstanding new brand data in a cave from the Iberian Range. Likewise, it is worth noting the high interest of the paleoclimatic results using speleothems from this cave, especially in the abrupt climate changes. The clear response exhibited during the end of Glacial periods (Terminations), to D-O oscillations and Heinrich events, and the clear link with other key records such as the speleothems from caves in China, makes Ejulve cave an outstanding site for paleoclimatic studies. <br /

La Cueva de El Recuenco (Ejulve, Teruel): Espeleogénesis y registro de cambios climáticos rápidos durante el Holoceno

Este estudio ha consistido en (1) investigar la espeleogénesis de la cueva de El Recuenco (Ejulve, Teruel) analizando su contexto geológico, y geomorfológico; (2) realizar un seguimiento instrumental de la dinámica espeleotémica actual (lluvia, goteo y carbonato precipitado) y (3) reconstruir la variabilidad climática durante el Holoceno Medio en la región a partir de los análisis geoquímicos de alta resolución realizados en una estalagmita. La cueva estudiada presenta un desarrollo de galerías de 794 m con una profundidad de 55 m y su morfología y topografía están controladas fundamentalmente por la red de fracturas en la roca soporte. El seguimiento de su dinámica actual revela una temperatura constante de 11 ºC, humedad relativa del 100% y mayor concentración de CO2 en la parte más interna de la cueva, aumentando la ventilación en los meses de invierno. A pesar de que se observa una falta de respuesta hidrológica de la cueva a la precipitación, los análisis de isótopos estables en goteos y vidrios revelan un claro patrón estacional, con valores más negativos en invierno respecto a primavera. La estalagmita estudiada cuenta con un preciso marco cronológico (23 dataciones) y una resolución analítica decadal, idóneas para la reconstrucción climática de los últimos milenios. Se observa un hiato durante el Holoceno Temprano y un crecimiento continuo entre 9969 y 2715 años BP. Además, el registro isotópico (d18O y d13C) y de elementos traza (relaciones Ba/Ca, Sr/Ca y Mg/Ca) permite identificar dos eventos de aridificación entre 5.2-4.7 ka BP y 3.8-3.6 ka BP, coincidentes con períodos cálidos de los ciclos de Bond. Así, a pesar de que estudios previos del Holoceno en latitudes medias y altas asociaban períodos áridos con fases frías de Bond, en esta región la asociación frío – aridez no es válida para el Holoceno

Geomorfología del sistema endokárstico de La Galiana (Cañón del río Lobos, Soria)

Se presenta un estudio geomorfológico del sistema endokárstico de La Galiana dentro del Cañón del Río Lobos (provincia de Soria) junto con el análisis preliminar de depósitos internos clásticos y espeleotémicos. El sustrato geológico está formado por calizas del Cretácico superior afectadas por un sistema de fracturas con orientaciones principales 130-145, 020-040 y 090-110. La evolución morfológica del sistema endokárstico está controlada por el encajamiento fluvial del río Lobos durante el Cuaternario, inicialmente sobre depósitos neógenos, que fosilizan una extensa superficie de erosión, y posteriormente sobre calizas cretácicas. El sistema endokárstico está formado por tres niveles de galerías (La Galiana Alta, La Galiana Baja y la Cueva del Lago) desarrollados a 1099, 966 y 953 m de altura respectivamente que corresponden a tres estadios de estabilización del nivel freático y su nivel de base correspondiente. Las galerías son del tipo simple con patrón angular y forma de ojo de herradura. Las secciones circulares iniciales y el desarrollo horizontal indican una génesis bajo condiciones freáticas cerca del nivel freático. Los datos de polaridad magnética de coladas estalagmíticas señalan que la formación de La Galiana Alta es anterior a 780 ka. Por otro lado, La Galiana Baja presenta un alto grado de ornamentación con diferentes tipos de espeleotemas. Se han diferenciado dos estadios de desarrollo estalagmítico, datados por U/Th en 70-55 ka y 9-5 ka respectivamente, que coinciden con condiciones paleoambientales cálidas y húmedas. Existen coladas estalagmíticas anteriores con edad U/Th de 224 ka. Considerando la posición altimétrica de las galerías y el tiempo transcurrido entre su formación se ha calculado una tasa máxima de incisión fluvial comprendida entre 187 y 58 mm/ka

Potencial paleoclimático de la cueva helada A294 (Macizo de Cotiella, Pirineos, Huesca)

[EN] The A294 is a small ice cave (2238 m.a.s.l.) located in the Cotiella karstic massif in the Spanish central Pyrenees.The bottom of the cave houses an ice deposit of almost 10 meters thick. Most of the ice comes from freezing of the snow that enters through the cave entrance. Its structure shows a stratified ice with many inner debris layers including many vegetal remnants. Radiocarbon calibrated age of the lower section of the deposit ranges from 5516±70 to 3808±104 y BP, and as a consequence it is one of the oldest subsurface ice deposits known so far in Europe. Highest rates of ice accumulation identified in the deposit are related to cold Middle Holocene stages at global scale. Isotopic data (δ 18 O and δ 2 D) variability points to centennial/decadal alternating thermal stages. Ice caves are revealed as potential high resolution records of recent climate change in the Pyrenees. [ES]Peer Reviewe

El papel del piping en la espeleogénesis del sistema endokárstico de Seso (Pirineo central,Huesca)

[ES] El sistema endokárstico de Seso (Boltaña, Huesca), localizado en el sector central surpirenaico, presenta una espeleogénesis singular. La excavación mecánica en condiciones vadosas de material margoso fácilmente erosionable (procesos de piping) constituye el principal mecanismo espeleogenético. La disposición espacial del sistema endokárstico respecto a las terrazas datadas del río Ara permite situar la formación de la cavidad en el Pleistoceno superior, probablemente coincidiendo con fases húmedas del MIS 4[EN] The Seso Cave system (Boltaña, Huesca province) in the Southcentral Pyrenees presents a singular speleogenesis. Vadose mechanical entrenchment of highly erosive and dispersive marls (piping processes) is the main espeleogenetic mechanism. Geometric relationship between the endokarstic system and a terrace of the Ara River chronologically controlled allows dating the cave formation in the Upper Pleistocene, probably during stages of the MIS 4 with high water availabilityEste trabajo es una contribución del Proyecto CGL2009-10455/BTE (Ministerio de Ciencia e Innovación y Fondos Europeos) y de los Grupos de Investigación Geomorfología y Cambio Global y Paleoambientes del Quaternario del Gobierno de Aragón.Agradecemos la ayuda económica del Geoparque del Sobrarbe y la colaboración de Enrique Oliver en el trabajo de laboratorio. Los autores agradecen los comentarios realizados por Juan José Durán, Jerónimo López- Martínez y un revisor anónimo.Peer reviewe

Trazabilidad de la señal isotópica del oxígeno desde la lluvia a los espeleotemas en las cuevas de Ortigosa de Cameros (La Rioja, España)

[EN] A one-year monitoring survey has been carried out in La Paz and La Viña Caves in the Ortigosa de Cameros Cave System (NE Iberian Peninsula), in order to track the oxygen isotope signal from rainfall to speleothem calcite, assessing the ability of this signal to retain environmental information. Oxygen isotope signals of rainfall events, drip water —sampled every three months—, and speleothem calcite, precipitated over three-months, are compared. Water dripping follows precipitation events in winter, spring and summer, more closely in the near-surface drip points than in the deeper ones. In autumn, dripping is delayed with respect to rainfall, suggesting that water stays in the epikarst before dripping resumes after summer. This delay causes a deviation of the total drip water signal (average δ18O=−8.39‰ V-SMOW) from the rainfall signal (average δ18O=−7.41‰ V-SMOW). On the contrary, in winter the isotopic signal of drip water keeps the rainfall signal. Calcite isotopic signal (total average δ18O=−6.83‰ V-PDB) shows a small offset (0.62–0.75%) with respect to the signal predicted by drip water oxygen composition; this points to a limited kinetic effect in calcite precipitation, therefore calcite retains the signal of rainfall, especially in winter.[ES] Durante un año se han monitorizado las cuevas de La Paz y La Viña en el Sistema de Cuevas de Ortigosa de Cameros (NE de la Península Ibérica) para rastrear la señal isotópica del oxígeno desde la lluvia a la calcita espeleotémica, y así valorar la capacidad de esta señal para conservar información medioambiental. Se han comparado las señales isotópicas del oxígeno de los eventos de la lluvia, el agua de goteo (muestreada trimestralmente) y la calcita espeleotémica, precipitada también durante cada trimestre. El goteo en las cuevas responde a la precipitación en invierno, primavera y verano, más estrechamente en los puntos más próximos a la superficie que en los profundos. En otoño hay un retraso entre la lluvia y el goteo, lo que sugiere que el agua permanece por un tiempo en el epikarst, antes de que se reanude el goteo después del verano. Este retraso provoca que la señal isotópica del agua de goteo (media total de δ18O=−8.39‰ V-SMOW) se desvíe de la señal de la lluvia (media de δ18O=−7,41‰ V-SMOW). Por el contrario, en invierno la señal isotópica del agua de goteo es muy semejante a la de la lluvia. La composición isotópica de la calcita espeleotémica (media total de δ18O=−6,83‰ V-PDB) presenta un pequeño desfase (0,62–0,75%) respecto al valor que le correspondería por la composición isotópica del agua de goteo; esto indica que los efectos cinéticos durante la precipitación de la calcita son limitados, por lo que ésta conserva la señal de la lluvia, especialmente en invierno.This study was mainly funded by the CGL2009-10455/BTE research project of the Ministry of Science and Innovation and FEDER and the Análisis de Cuencas Sedimentarias Continentales, Geotransfer, PaleoQ y Gemorfología y Cambio Global research groups of the Aragón Government. We are most grateful to Ma Angeles, Sara y Juan for their invaluable help. We also thank to the Ortigosa de Cameros town hall for the cave access. The Government of La Rioja is acknowledged by the meteorological data from Villoslada de Cameros station. We are indebted to the referees for their valuable comments.Peer reviewe

Solar influence and hydrological variability during the Holocene from a speleothem annual record (Molinos Cave, NE Spain)

© 2015 John Wiley & Sons Ltd. We present a multi-proxy approach to reconstructing Holocene climate conditions in northeastern Spain based on an excellent correlation among the lamina thickness, colour parameters and isotope (δ18O and δ13C) variations recorded in a speleothem. An age model constructed from five U/Th dates and annual lamina counting suggests that the uppermost 14.7 cm of the MO-7 stalagmite grew between 7.2 and 2.5 ka before present but experienced a growth hiatus from 4.9 to 4.3 ka. Three spectral analysis methods were applied to 11 time series. The results reveal common solar periodicities on decennial (Gleissberg cycle) and centennial (De Vries-Suess cycle) scales. The onset of Holocene carbonate precipitation in the MO-7 stalagmite appears to be associated with a cold, wet period, whereas the hiatus and the end of growth are related to warm, dry periods. This environmental trend fits well within the regional Holocene climate.This study is a contribution to the CTM2013-48639-C2-1-R (OPERA), CGL2009–10455 and HIDROPAST (CGL2010-16376) projects (Spanish Government-European Regional Development Fund), the UZ2014-CIE-04 project (University of Zaragoza), the GA-LC-030/2011 project (Aragón Government-La Caixa) and the E–28 and S-97 research groups (Aragón Government).Peer Reviewe

Tufa sedimentation in changing hydrological conditions : the River Mesa (Spain)

The processes controlling tufa deposition along the River Mesa (NE Spain) were studied from April 2003 to September 2009, based on six-monthly monitoring of physical and chemical parameters of the river water and sedimentological characteristics, including deposition rates on tablets. With a mean annual discharge around 1.5m3 /s, the sedimentation rate (mean 2mm/yr) recorded important spatial, seasonal and interannual variations. The river waters are of the calcium bicarbonate type. In this study, three distinct river stretches were distinguished based on the steady groundwater inputs, some of low-thermal nature. Groundwater discharges controlled the water chemical composition, and some sedimentation features too. At each stretch, an increase in pCO2 and conductivity was measured around the spring sites. Decreasing trends in conductivity or alkalinity with high enough saturation values with respect to calcite were only clearly observed in the intermediate stretch, which had higher tufa deposition rates than the other two. Tufa deposition rates were higher in cool (autumn+winter) than in warm (spring+summer) periods. In some low-rainfall warm periods, tufa deposition was inhibited or limited due to the low flow -mainly from groundwater inputs- and to the dryness of some river sites, which indeed favoured erosion during flooding. A decrease in yearly deposition rates from April 2006 onwards paralleled an important reduction in the river discharge. Groundwater inputs, drought periods and flood events should therefore be considered to understand fluvial tufa sedimentation in semi-arid conditions

Reconstrucción de la vegetación asociada al depósito tobáceo fluvial Holoceno del Nogal de El Batán, Las Parras del Martín, Cordillera Ibérica

El desarrollo de edificios tobáceos de origen fluvial se asocia a menudo con fases cálidas y húmedas cuaternarias y son comúnmente empleados como indicadores climáticos. En el presente trabajo se estudia el depósito tobáceo fluvial Holoceno del Nogal de El Batán, situado en el valle del río Las Parras (Cordillera Ibérica, NE España), bajo una perspectiva cronológica, estratigráfica y palinológica. La acumulación tobácea de 8, 2 m de espesor, intercala gravas, facies de rudstones de fitoclastos, boundstones de tallos, limos y arenas de composición carbonatada, además de margas, lime mud y niveles turbosos. La acumulación tobácea se emplaza en el Holoceno temprano final (ca. 8400 cal BP) y se correlaciona con los cambios ambientales ocurridos en la región, identificando tres fases principales. Los análisis polínicos señalan un paisaje dominado por coníferas en la base de la secuencia, esencialmente Pinus nigra/sylvestris tipo y Juniperus, mientras que localmente se desarrolla un bosque ripario donde destacan Corylus, Alnus, Salix, Populus, Celtis, Fraxinus, Tamarix y Rosaceae. En el Holoceno medio (ca. 8000-5000 cal BP) se produce la máxima expansión de las quercíneas, junto con taxones termófilos como Pistacia, Rhamnus, Arbutus y Olea. El incremento de taxones herbáceos y ruderales, y en especial la aparición de esporas coprófilas, marca la expansión agro-pastoril a lo largo del valle fluvial durante el Holoceno tardío (ca. 4300 cal BP). Development of Quaternary fluvial tufa buildings are often associated with warm and humid phases and are commonly used as climate indicators. El Nogal de El Batán Holocene fluvial tufa buildup, located in Las Parras River valley (Iberian Range, NE Spain), is investigated, following radiocarbon dating, stratigraphic description and palynological analysis. The studied deposit, 8.2 m-thick, is formed of gravels, phytoclast rudstones, calcite-coated stem boundstones and fine carbonate deposits (sands, silts and marls) with peaty horizons and carbonaceous debris. It has been dated within the upper early Holocene (ca. 8400 cal BP) and correlated with the environmental changes reconstructed for the region, identifying at least, three main phases. Pollen results highlight the existence of a conifer landscape, mainy dominated by Pinus nigra/sylvestris type and Juniperus, and locally dense riparian woodland with Corylus, Alnus, Salix, Populus, Celtis, Fraxinus, Tamarix and Rosaceae. Deciduous and evergreen oaks were the main spread regional forests accompanied by many warm-loving taxa like Pistacia, Rhamnus, Arbutus and Olea during the middle Holocene (ca. 8000-5000 cal BP). The transition towards the late Holocene (ca. 4300 cal BP) is evidenced by the rise of herbs and ruderal taxa, and especially the presence of coprophilous fungi, which are linked to the spread of agricultural and grazing practices along the river valley. © 2021, Asociacion Espanola para el Estudio del Cuaternario (AEQUA). All rights reserved

Late holocene environmental changes from fluvio-aeolian morpho-sedimentary sequences (Santa María Valley, northwest Argentina)

El valle de Santa María se sitúa en el sector septentrional de las Sierras Pampeanas del Noroeste Argentino.A pesar de sus características áridas, en el pasado albergó importantes poblaciones prehispánicas que pudieronsustentarse mediante la explotación agropastoril de este ambiente, aprovechando fluctuaciones demayor humedad. El estudio de los registros morfosedimentarios fluvio-eólicos de los sectores de El Paso yCafayate han proporcionado datos de interés para una aproximación a la reconstrucción paleoambientalregional durante el Holoceno superior. Para ello se han utilizado técnicas geomorfológicas, estratigráficas,arqueológicas y cronológicas (radiocarbono y fuentes documentales complementadas con edades OSL previas).La intercalación de cenizas volcánicas también ha permitido correlaciones cronológicas al ser utilizadascomo niveles guías. A partir de estos datos se dedujeron alternancias de períodos húmedos y secos a lo largode los últimos 2800 años. Durante las fases más húmedas la estabilidad geomórfica fue suficiente para permitirel desarrollo de suelos y una mejor cobertura vegetal, favoreciendo la ocupación humana. Para la interpretaciónpaleoambiental se han utilizado cronozonas bien definidas en Europa, al no haber denominacionespropias del continente sudamericano. Dentro de la secuencia evolutiva paleoambiental destacan los períodoshúmedos establecidos regionalmente hacia 2800-2500 BP, periodo intermedio Romano (80-280 AD) y la LALIA(Late Antique Little Ice Age) (536-660 AD), mientras que las fases secas abarcan la Época Romana y laAnomalía Cálida Medieval. Por otra parte, para el último milenio se reconocen fases de reactivación de dunasen torno a los años 1000, 1350, 1650 y 1770 AD separados por fluctuaciones más húmedas, algunas evidenciadaspor la presencia de un paleosuelo (siglo XV) y por datos documentales históricos (siglos XVII-XVIII).The Santa María valley is located in the northern sector of the Sierras Pampeanas in Northwest Argentina. In spite of its arid characteristics, it was a densely populated area during the Pre-hispanic period. The populations developed an agropastoral economy, taking advantage of the wetter epochs that characterized some periods. The study of fluvio-aeolian records of the El Paso and Cafayate areas yielded interesting data for regional paleoenvironmental reconstruction. Geomorphological maps, field surveys, and archaeological digs were complemented with the detailed stratigraphic record of several points, together with radiocarbon and OSL dating. Alternating wetter and drier periods were inferred for the last 2,800 years. The wetter phases generated enough stability to allow soil formation and a better plant cover, thus favouring human settlements. For the paleoenvironmental interpretation, well defined European chronozones were used because there are no South American denominations. Within the sequence, some wetter periods stand out, such as the one between 2,800-2,500 BP, the intermediate Roman Period (80-280 AD), and the LALIA (Late Antique Little Ice Age) (536-660 AD), while the drier phases comprise the Roman Epoch and the Medieval Climate Anomaly. Moreover, dune active phases during the last millennium were determined for 1,000, 1,350, 1,650, and 1,770 AD approximately, separated by wetter periods recorded by the presence of a paleosoil (15th century) and historical data (17th and 18th centuries).Facultad de Ciencias Naturales y Muse