Stable-isotope changes in tufa stromatolites of the Quaternary Añamaza fluvial system (Iberian Ranges, Spain)

The stable isotope composition (d13C and d18O) of the laminae in three Quaternary, calcitic, tufa stromatolites of different ages (MIS6, MIS5 and MIS1) in the Añamaza valley are studied and compared with the modern tufa in the Añamaza river. The cyclic textural variations represent thick cyanobacterial growth in the light laminae and thin or absent cyanobacterial growth in the dark laminae. The textural cyclicity is parallel to d18O changes: Each light-dark couplet corresponds to one year in which the light lamina (lower d18O values) represents warmer water temperatures (Tw) than the dark lamina (higher d18O values). This is consistent with the fact that the large crystals composing the dark laminae correspond to precipitation in the absence of microbial films and likely represent the coldest conditions. The d18Ocalcite-derived Tw from MIS5 stromatolite is higher than the MIS6 and MIS1 samples, which agrees with the commonly admitted climatic conditions during MIS5 in NE Iberia. Moreover, d18Oderived Tw from MIS6 suggests a wider yearly Tw range than the two other samples. The higher and more disperse d13C values of the MIS1 stromatolite are consistent with the peculiarities of the vegetal cover and the decreased water availability in the Holocene. Se estudia la composición isotópica ( d13C y d18O) de las láminas de tres estromatolitos calcíticos de diferente edad (MIS6, MIS5 y MIS1), en el valle del río Añamaza, y se compara con tobas actuales de este río. La variación textural cíclica representa un crecimiento cianobacteriano potente en las láminas claras y uno débil o ausente en las oscuras. Esta ciclicidad es paralela a los cambios del d18O: Cada pareja clara-oscura corresponde a un año, donde la lámina clara (menor d18O) representa temperatura de agua (Tw) más cálida que la lámina oscura (mayor d18O). Los cristales grandes que forman las láminas oscuras precipitarían en ausencia de biofilms y posiblemente representan condiciones más frías. La Tw derivada de d18O calcita en la muestra MIS5 es mayor que la Tw en las muestras MIS6 y MIS1, en consonancia con las condiciones climáticas durante el MIS5 en Iberia. Ade- más, la Tw derivada de d18O calcita en la muestra MIS6 sugiere un rango de Tw anual más amplio que en las otras dos muestras. La mayor dispersión y mayores valores de d13C en el estromatolito MIS1 son compatibles con las peculiaridades de la cobertera vegetal y la menor disponibilidad hídrica en el Holoceno

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

Structure des grands bassins glaciaires dans le nord de la péninsule ibérique: comparaison entre les vallées d'Andorre (Pyrénées orientales), du Gállego (Pyrénées centrales) et du Trueba (Chaîne Cantabrique).

Les grandes vallées glaciaires de la Péninsule Ibérique sont situées dans la chaîne pyrénéo-cantabrique, principalement dans le bassin de l'Èbre. Ainsi, les vallées d'Andorre, de la Noguera Pallaresa et de la haute vallée du Gállego, dans les Pyrénées, ont eu des appareils glaciaires longs de 42, 50 et 40 km respectivement. Dans les vallées du Sil (bassin du Miño) et du Trueba, dans la Chaîne Cantabrique, ils atteignaient 42 et 16,5 km (Serrano-Cañadas, 1996 ; Gómez-Ortiz et al., 2001 ; Turu & Peña, 2006a et b ; Redondo-Vega et al., 2006). L'une des caractéristiques géomorphologiques de la plupart de ces vallées est l'existence d'une dépression morphologique du substratum dans les parties moyennes et terminales, interprétée comme la conséquence de l'érosion glaciaire. Dans tous les cas, on observe une architecture litho-stratigraphique commune (Vilaplana & Casas, 1983 ; Bordonau et al., 1989 ; Bordonau, 1992 ; Turu et al., 2002) représentée par trois unités géoélectriques : une unité inférieure très épaisse, avec des résistivités électriques basses (70 - 200 Ohms par mètre), qui traduit la présence de matériaux fins considérés comme d'origine lacustre ; une unité intermédiaire, moins épaisse, avec des valeurs de résistivité plus élevées (400 - 800 Ohms par mètre), pouvant être interprétée comme un système fluvio-deltaïque pro-glaciaire et une unité géoélectrique supérieure, avec des valeurs de résistivité très variables (100 - 1500 Ohms par mètre), constituée de sédiments alluviaux subactuels. La comparaison des données de type géophysique et géomécanique (sismique à réfraction et essais pressiométriques) montre que l'unité intermédiaire, considérée comme d'origine fluvio-deltaïque, présente des valeurs de vitesse sismique anormalement élevées, ainsi que de hautes valeurs de consolidation. Cette observation effectuée pour la première fois dans la vallée d'Andorre (Turu, 2000) montre des remarquables corrélations entre les hautes vitesses sismiques et les valeurs élevées de consolidation, ainsi que la très nette corrélation entre les hautes valeurs de consolidation et les tills sous-glaciaires. Elle permet d'interpréter l'unité intermédiaire comme essentiellement glaciaire et de remettre en question le modèle simple d'une séquence de comblement lacustre et deltaïque proposé jusqu´à maintenant

El sistema de barreras tobáceas holocenas de Las Parras de Martín (Cordillera Ibérica, Teruel)

[EN] A well-developed Holocene tufa system occurs in the headwaters of Las Parras River, Iberian Range (Teruel province). The longitudinal profile of the river shows two knickpoints downstream of two gorges known as Hocino de las Palomas and Hocino del Pajazo. The largest tufa build-ups in this area (49 m and 26 m thick) were found just downstream these two gorges and associated waterfalls. Barrage and cascade structures and facies suggest a rapid down-stream and vertical development of the tufa system. Between the knickpoints and upstream, the river valley displays a low-gradient (2%) and tufa deposits occur as laterally extensive terraces, with variable thickness (up to 8.2 m in El Batán) and fluvio-lacustrine tufa sequences associated to dammed areas. The Las Parras Tufa system represents a depositional environment including stepped fluvial systems with barrage-cascade and associated dammed areas separated by low gradient fluvial stretches. According to the chronological data, the development of Las Parras Holocene tufa occurred between 9.9 ky and 3.1 ky, with the highest growth rate from 5.5 to 3.1 ky, and a significant reduction of tufa activity during the last 2000 years. This evolution reflects the water availability in the area, and is coherent with changes in summer insolation during the Holocene. © Universidad de La Rioja.[ES] En el valle del río Las Parras (Cuenca alta del río Martín, Cordillera Ibérica turolense) aparecen importantes registros tobáceos holocenos. El perfil longitudinal del río muestra dos fuertes rupturas de pendiente coincidiendo con la salida de sendos estrechamientos conocidos como los hocinos de las Palomas y del Pajazo. En estos puntos se encuentran las acumulaciones tobáceas más potentes, 49 m en el Hocino de las Palomas y 26 m en el Hocino del Pajazo, con facies que indican un crecimiento rápido en un sistema de cascadas y barreras que se desarrollan vertical y lateralmente aguas abajo. El resto del tramo estudiado presenta pendientes suaves (2%) con depósitos tobáceos fluvio-lacustres, de morfología aterrazada de gran desarrollo longitudinal y menor potencia (hasta 8 m en El Batán), asociados con represamientos. El conjunto morfosedimentario corresponde a un sistema fluvial escalonado compuesto por cascadas y áreas represadas. Los datos cronológicos indican que las tobas holocenas del río Las Parras se formaron entre 9.9 y 3.1 ka, con un periodo de mayor desarrollo entre 5.5 y 3.1 ka. En los últimos 2000 años se produce un descenso brusco en la actividad tobácea en la zona que coincide con un periodo de mínima insolación estival y probablemente con una menor disponibilidad hídrica en la zona.Este trabajo ha sido financiado por los proyectos CGL2009-10455/BTE, CGL2009- 09216/CLI, el proyecto “Clima y patrones de ocupación humana en las sierras turolenses durante el holoceno temprano” (PI089/09) financiado por el Gobierno de Aragón y por los Grupos de Investigación Paleoambientes del Cuaternario y Análisis de Cuencas Sedimentarias Continentales. Los autores agradecen a Miguel Sevilla su soporte técnico en el análisis de los datos topográficos.Peer Reviewe

Geoquímica de elementos trazas en espeleotemas con laminación estacional de las cuevas de Ortigosa de Cameros (La Rioja)

[EN] The concentration of several trace elements (Mg, Ba, Sr,Al, Si and P) has been analyzed in two speleothems, corresponding to MIS-5 and MIS-1 according to U/Th dating, and one recent deposit, experimentally recorded.All them belong to La Paz cave in Ortigosa de Cameros (La Rioja). The analyzed trace element content displays a seasonality that agrees with the speleothem lamination.Trace element concentration is higher in the dark laminae, formed during the fall-winter season. This content is linked to the flushing into the cave of organic matter from soil activity, in fall, when precipitation resumes. Mg/Ca and Sr/Ca evolutions point to a decrease of humidity during MIS-5 with respect to MIS-1, whereas at present aridity increases, probably in relation to an enlarging of the seasonal contrast.[ES] Se estudia la concentración de varios elementos traza (Mg, Ba, Sr,Al, Si y P) en dos espeleotemas, datados por U/Th como MIS-5 y MIS-1, y en un depósito actual, de origen experimental, todos ellos de la cueva de La Paz en Ortigosa de Cameros (La Rioja). Los elementos analizados muestran una estacionalidad acorde con la laminación de los depósitos. La concentración de trazas es mayor en las láminas oscuras, correspondientes a otoño-invierno, asociada a la materia orgánica procedente de la actividad edáfica, que es introducida por las precipitaciones de otoño, tras la sequía estival. Las evoluciones de Mg/Ca y Sr/Ca indican una disminución de la humedad durante el MIS-5 respecto al MIS-1, mientras que en la actualidad hay un aumento de la aridez. Estas variaciones podrían estar influenciadas por modificaciones del contraste estacional.Este trabajo ha sido financiado por el proyecto CGL2009-10455/BTE (Ministerio de Ciencia e Innovación y Fondos Europeos). Agradecemos la colaboración del Ayuntamiento de Ortigosa de Cameros y de Mª Ángeles, Sara y Juan. Agradecemos también las sugerencias de la Dra. Ana Alonso Zarza en la revisión del manuscrito.Peer reviewe

Testing the reliability of detrital cave sediments as recorders of paleomagnetic secular variations, Seso Cave System (Central Pyrenees, Spain)

A paleomagnetic study has been carried out on a waterlaid detrital sedimentary sequence of ~240cm thick within the Seso Cave System (West-Central Pyrenees). In these sediments, seven charcoal samples were dated using 14C AMS ranging from 2080 to 650calyrBP (130BC-1300AD). Two levels of human occupation of the cave have been recognized by ceramics associated to the Iberian Period and to the Roman Period, respectively. The detrital sedimentary sequence is made of autochthonous (piping detached material from the Eocene marls host rock inside of the cavity) and allochthonous (stream transported sediments from the outside) sediments. The autochthonous material (first 100cm), made of fine grain laminated sediments (lutites and marls) corresponds to pond facies; the allochthonous material (190-240cm) is made of lutites and sands and corresponds to stream facies, and both facies are mixed from 100 to 190cm. The increase in sedimentation rate towards the end of the sequence (stream facies) points to an intensification of the alluvial activity as a possible consequence of a more arid climate during the Medieval Climate Anomaly. For the paleomagnetic study, 44 discrete cylindrical samples were taken along the detrital sequence. The values of the natural remanent magnetization and magnetic susceptibility are significantly lower in the pond sediments than in the stream sediments. The declination and inclination of the paleomagnetic characteristic component (sister samples analyzed by both alternating field and temperature demagnetizing procedure) of each depth point is compared to the Spanish archeomagnetic catalog and available geomagnetic models (ARCH3k.1, CALS3k.4, CALS10k.1b and SCHA.DIF.3K) in order to determine the accuracy of these sediments recording the Earth's magnetic field. Results suggest that these sediments poorly record the Earth's magnetic field, however, paleomagnetic inclination shows similar results between both demagnetizing methods and the inclination is well recorded especially in the younger stream facies. The lack of archeological remains with absolute dates from 925 to 1545calyrBP in the Iberian paleomagnetic secular variation reference curve has prevented, up to now, the study of that time period. Therefore, the inclination data from the Seso Cave deposit is the first record of the Iberian paleomagnetic secular variation during most part of the Medieval time, and they are closer to the inclination values of one geomagnetic model (CALS10k.1b). © 2014 Elsevier B.V.BOU acknowledges the JAEdoc Programme of CSIC, partly financed by the European Social Fund. All authors thank the financial support of the Instituto de Estudios Altoaragoneses, of the projects CGL2009-10455/BTE, HIDROPAST CGL2010-16376 (MICINN and FEDER), ORDESA (Autonomous Organism of National Parks), and the PaleoQ Group (Universidad de Zaragoza-Gobierno de Aragón). We are also indebted to Jaume Mas-Moiset and Xavier Fuertes from the Grup d'Espeleologia de Badalona (GEB) for the cartography of the cave system and field support. Dr. José Luis Peña-Monné and Dr. Fernando Pérez-Lambán are acknowledged for the classification and comments of pottery remnants. We are indebted to GEOMAGIA50, which is a database that comes with a web interface intended to give users easy access to archeomagnetic data (Donadini et al., 2006 and Korhonen et al., 2008). Comments and suggestions from two anonymous reviewers are deeply acknowledged.Peer Reviewe

Structure des grands bassins glaciaires dans le nord de la péninsule ibérique: comparaison entre les vallées d'Andorre (Pyrénées orientales), du Gállego (Pyrénées centrales) et du Trueba (Chaîne Cantabrique).

Les grandes vallées glaciaires de la Péninsule Ibérique sont situées dans la chaîne pyrénéo-cantabrique, principalement dans le bassin de l'Èbre. Ainsi, les vallées d'Andorre, de la Noguera Pallaresa et de la haute vallée du Gállego, dans les Pyrénées, ont eu des appareils glaciaires longs de 42, 50 et 40 km respectivement. Dans les vallées du Sil (bassin du Miño) et du Trueba, dans la Chaîne Cantabrique, ils atteignaient 42 et 16,5 km (Serrano-Cañadas, 1996 ; Gómez-Ortiz et al., 2001 ; Turu & Peña, 2006a et b ; Redondo-Vega et al., 2006). L'une des caractéristiques géomorphologiques de la plupart de ces vallées est l'existence d'une dépression morphologique du substratum dans les parties moyennes et terminales, interprétée comme la conséquence de l'érosion glaciaire. Dans tous les cas, on observe une architecture litho-stratigraphique commune (Vilaplana & Casas, 1983 ; Bordonau et al., 1989 ; Bordonau, 1992 ; Turu et al., 2002) représentée par trois unités géoélectriques : une unité inférieure très épaisse, avec des résistivités électriques basses (70 - 200 Ohms par mètre), qui traduit la présence de matériaux fins considérés comme d'origine lacustre ; une unité intermédiaire, moins épaisse, avec des valeurs de résistivité plus élevées (400 - 800 Ohms par mètre), pouvant être interprétée comme un système fluvio-deltaïque pro-glaciaire et une unité géoélectrique supérieure, avec des valeurs de résistivité très variables (100 - 1500 Ohms par mètre), constituée de sédiments alluviaux subactuels. La comparaison des données de type géophysique et géomécanique (sismique à réfraction et essais pressiométriques) montre que l'unité intermédiaire, considérée comme d'origine fluvio-deltaïque, présente des valeurs de vitesse sismique anormalement élevées, ainsi que de hautes valeurs de consolidation. Cette observation effectuée pour la première fois dans la vallée d'Andorre (Turu, 2000) montre des remarquables corrélations entre les hautes vitesses sismiques et les valeurs élevées de consolidation, ainsi que la très nette corrélation entre les hautes valeurs de consolidation et les tills sous-glaciaires. Elle permet d'interpréter l'unité intermédiaire comme essentiellement glaciaire et de remettre en question le modèle simple d'une séquence de comblement lacustre et deltaïque proposé jusqu´à maintenant