Vegetation response to rapid climate variability in NE Iberia during the Holocene based on palynological data

333 p.La presente Tesis Doctoral aborda la reconstrucción de la variabilidad climática rápida y su impacto en el paisaje vegetal del NE peninsular durante el Tardiglacial y el Holoceno a partir de datos multiproxy de alta resolución. Pretende discernir los mecanismos que han modulado la respuesta de los ecosistemas a partir de la correlación de secuencias sedimentológicas, geoquímicas, palinológicas y arqueobotánicas a lo largo de múltiples escalas espacio-temporales, siempre bajo una perspectiva global e integradora.Se ha optado por trabajar con registros sedimentarios paleolacustres localizados en el interior continental peninsular, región que se caracteriza por ser marginal desde el punto de vista paleambiental. La primera de las secuencias estudiadas, El Cañizar de Vilarquemado (987 m s.n.m, 40º30¿N; 1º18¿W) se ubica en la provincia de Teruel, concretamente en la Fosa del Jiloca y caracteriza la evolución hidrológica y vegetal de manera continua y precisa, cubriendo los últimos 13.500 años de historia. Por otro lado, el registro sedimentario de la Laguna de Conquezuela (1.124 m s.n.m, 41º11¿N; 2º33¿W), ubicado en el Valle de Ambrona, permite definir el paisaje vegetal de una zona de gran interés arqueológico, como es el Neolítico del interior peninsular.A pesar de que ambas secuencias se localizan en un enclave climático y biogeográfico similar, la historiade las ocupaciones humanas ha sido distinta a lo largo del tiempo, por lo que supone un marco de trabajo inimitable para indagar en los patrones de respuesta de los ecosistemas Mediterráneos continentales ante distintos factores de cambio ambiental (dinámica natural vs impacto antrópico). A grandes rasgos, ambos registros se definen por la resiliencia de un paisaje dominado por pinares y sabinares durante prácticamente los últimos 13.500 años. Los cambios ambientales de carácter árido como el Younger Dryas o los eventos 8.200 y 4.200 cal BP, son amortiguados por las poblaciones de coníferas que parecen no responder de manera inmediata al estrés climático. Será durante el Holoceno Medio (8.000-5.000 cal BP) cuando el bosque mixto Mediterráneo se expanda y dominen los encinares y quejigares en el ámbito continental, siguiendo el establecimiento de unas condiciones climáticas más térmicas y húmedas. Sin embargo, los proxies sedimentológicos y geoquímicos revelan una alta variabilidad hidrológica durante el Tardiglaciar y el Holoceno, independientemente a los patrones de inercia que definen a los ecosistemas terrestres.Las poblaciones Neolíticas asentadas en las inmediaciones de la Laguna de Conquezuela, modificaron de manera intensiva el paisaje vegetal del entorno. Los datos palinológicos revelan una progresiva deforestación de los pinares locales, a la vez que se expanden los taxones nitrófilos y ruderales (Cichorioideae, Asteroideae, Plantago, Urtica) sinónimo de la expansión de prados y zonas de cultivo. La presencia del polen de Cerealia, junto con los datos carpológicos obtenidos a lo largo del Valle de Ambrona, apunta a que la agricultura en el interior continental ya estaba presente ca. 7.200 cal BP. Durante el Calcolítico incrementa la presión antrópica en el paisaje forestal.Los resultados obtenidos en los registros lacustres han sido complementados mediante la caracterización paleobotánica de una serie de depósitos tobáceos ubicados en las inmediaciones de los cursos fluviales de Queiles y Val, colindantes al Parque Natural del Moncayo (Soria). Presentando una cronología Holocena, la flora contenida en los edificios carbonatados señala el establecimiento de unas condiciones húmedas durante el Holoceno Medio (9.500-4.000 cal BP), siendo común encontrar diversas especies planocaducifolias como Corylus, Acer, Ulmus y Quercus caducifolio, entre otros. A nivel regional se desarrolla el bosque esclerófilo dominado por Quercus ilex, acompañado por Olea, Pistacia y Rhamnus. Este paisaje similar al obtenido en Villarquemado entre 8.000-5.000 cal BP, infiere el establecimiento de unas condiciones térmicas y húmedas en el interior peninsular, favoreciendo el rápido desarrollo de los depósitos tobáceos a la vez que se expande la flora meso-termófila.Además, los datos paleobotánicos obtenidos en los edificios tobáceos de los ríos Queiles y Val, han aportado nuevas evidencias sobre la distribución pretérita del tejo (Taxus baccata) y el castaño (Castanea sativa), no comúnmente documentada en los diagramas polínicos y antracológicos disponibles para el Sistema Ibérico. En el caso del castaño, se ha discutido su origen nativo en el Macizo del Moncayo para las etapas previas a la colonización Romana en la región.Por último, se ha investigado la distribución del avellano (Corylus avellana) a lo largo de distintas escalas temporales con el fin de conocer cuál ha sido la influencia del clima en los patrones de distribución de las poblaciones. La sensibilidad de Corylus ante la variabilidad climática es asincrónica entre el mundo Eurosiberiano y el Mediterráneo. En las regiones Atlánticas, las poblaciones de avellano se expanden rápidamente en respuesta al incremento térmico y esencialmente pluviométrico durante el comienzo del Holoceno (11.700-8.000 cal BP), a diferencia del mundo continental donde aparece representado de manera esporádica. En las regiones Mediterráneas, será durante el Holoceno Medio (8.000-5.000 cal BP) cuando el avellano abarque su máxima distribución. Durante el Holoceno Tardío (post 5.000 cal BP) en cambio, el incremento de la aridez modulará la presencia de Corylus, dando lugar a la distribución que tenemos en la actualidad.La presente Tesis Doctoral ha arrojado nuevas evidencias sobre la dinámica vegetal durante el Holoceno en una región pobremente contextualizada paleoclimáticamente. Las nuevas secuencias publicadas han servido para delimitar bioestratigráficamente la historia de los ecosistemas terrestres durante los últimos 13.500 años, trabajo que sin duda servirá de comparación con otros depósitos localizados en un ambiente bioclimático similar. Se ha avanzado en el conocimiento sobre el rol humano en el modelado del paisaje vegetal gracias a la incorporación y combinación de los datos arqueológicos y arqueobotánicos junto con los estudios paleolacustres. Además de ello, se han obtenido nuevos perfiles polínicos y resultados antracológicos de diversos depósitos tobáceos, datos que sin duda serán indispensables a la hora de hacer síntesis biogeográficas a diversas escalas espacio-temporales

The silence of the layers: Archaeological site visibility in the Pleistocene-Holocene transition at the Ebro Basin

The Ebro Basin constitutes one of the most representative territories in SW Europe for the study of prehistoric societies during the Pleistocene-Holocene transition. The correlation of palaeoenvironmental and geomorphological proxies obtained from sedimentary records with chronologically well-constrained reference archaeological sites has allowed defining this time frame precisely, such that three main pilot areas haven been broadly depicted: the Alavese region, the Pre-Pyrenees and the Bajo Aragón. Overall, the human imprint in the Ebro Basin was rare during the Upper Palaeolithic, but more visible from the Upper Magdalenian (14500–13500 cal BP) to Neolithic times (up to 5500 cal BP). Local environmental resources were continuously managed by the prehistoric communities in the different areas of study. In fact, the Ebro Basin acted during those millennia as a whole, developing the same cultural trends, industrial techniques and settlement patterns in parallel throughout the territory. However, some gaps exist in the 14C frequency curve (SCDPD curve). This is partially related to prehistoric sites in particular lithologies and geological structures that could have partly been lost by erosional processes, especially during the Early Holocene. In addition, this gap also parallels the reconstructed climate trend for the Pre-Pyrenean and the Bajo Aragón areas, which are defined by high frequencies of xerophilous flora until ca. 9500 cal BP, suggesting that continental climate features could have hampered the presence of well-established human communities in inland regions. The interdisciplinary research (archaeology, geomorphology and palaeoclimatology) discussed in this paper offers clues to understand the existence of fills and gaps in the archaeological record of the Ebro Basin, and can be applied in other territories with similar geographic and climate patterns

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

Formación de depósitos tobáceos asociados a la surgencia kárstica del río Queiles.

El desarrollo de edificios tobáceos de origen fluvial se asocia a menudo con las fases cálidas y húmedas durante el Cuaternario y son utilizados comúnmente como indicadores climáticos. Los depósitos de toba del río Queiles (5,8-4 ka BP) están formados principalmente por oncoides de tamaño variable y lentejones de marga con restos de carbón vegetal y polen, los cuales son unos excelentes archivos paleobotánicos. El contenido polínico y los datos antracológicos revelan un bosque de ribera bien desarrollado, en donde diversos elementos meso-termófilos como Corylus, Salix / Populus, Acer, caduco Quercus, Ulmus, Juglans, Castanea y Hedera definen el conjunto de floral local. A escala regional, los pinares y Quercus junto con arbustos como Olea y Pistacia son las especies predominantes. Este espectro sugiere el establecimiento de las condiciones climáticas húmedas y cálidas en el dominio Mediterráneo ibérico durante el Holoceno medio y tardío

A multi-dating approach to age-modelling long continental records: The 135 ka El Cañizar de Villarquemado sequence (NE Spain)

Under embargo until: 2021-06-23We present a multidisciplinary dating approach - including radiocarbon, Uranium/Thorium series (U/Th), paleomagnetism, single-grain optically stimulated luminescence (OSL), polymineral fine-grain infrared stimulated luminescence (IRSL) and tephrochronology - used for the development of an age model for the Cañizar de Villarquemado sequence (VIL) for the last ca. 135 ka. We describe the protocols used for each technique and discuss the positive and negative results, as well as their implications for interpreting the VIL sequence and for dating similar terrestrial records. In spite of the negative results of some techniques, particularly due to the absence of adequate sample material or insufficient analytical precision, the multi-technique strategy employed here is essential to maximize the chances of obtaining robust age models in terrestrial sequences. The final Bayesian age model for VIL sequence includes 16 AMS 14C ages, 9 single-grain quartz OSL ages and 5 previously published polymineral fine-grain IRSL ages, and the accuracy and resolution of the model are improved by incorporating information related to changes in accumulation rate, as revealed by detailed sedimentological analyses. The main paleohydrological and vegetation changes in the sequence are coherent with global Marine Isotope Stage (MIS) 6 to 1 transitions since the penultimate Termination, although some regional idiosyncrasies are evident, such as higher moisture variability than expected, an abrupt inception of the last glacial cycle and a resilient response of vegetation in Mediterranean continental Iberia in both Terminations.acceptedVersio

Biomass-modulated fire dynamics during the last glacial-interglacial transition at the central pyrenees (Spain)

Understanding long-term fire ecology is essential for current day interpretation of ecosystem fire responses. However palaeoecology of fire is still poorly understood, especially at high-altitude mountain environments, despite the fact that these are fire-sensitive ecosystems and their resilience might be affected by changing fire regimes. We reconstruct wildfire occurrence since the Lateglacial (14.7. cal. ka BP) to the Mid-Holocene (6. cal. ka BP) and investigate the climate-fuel-fire relationships in a sedimentary sequence located at the treeline in the Central Spanish Pyrenees. Pollen, macro- and micro-charcoal were analysed for the identification of fire events (FE) in order to detect vegetation post-fire response and to define biomass-fire interactions. mean fire intervals (mfi) reduced since the Lateglacial, peaking at 9-7.7. cal. ka BP while from 7.7 to 6. cal. ka BP no fire is recorded. We hypothesise that Early Holocene maximum summer insolation, as climate forcing, and mesophyte forest expansion, as a fuel-creating factor, were responsible for accelerating fire occurrence in the Central Pyrenees treeline. We also found that fire had long-lasting negative effects on most of the treeline plant communities and that forest contraction from 7.7. cal. ka BP is likely linked to the ecosystem's threshold response to high fire frequencies.This research has been funded by the projects DINAMO (CGL2009-07992) (funding EGPF — grant ref. BES-2010-038593 and MSC), DINAMO2 (CGL2012-33063), ARAFIRE (2012 GA LC 064), GRACCIE-CONSOLIDER (CSD2007-00067). GGR was funded by the Juan de la Cierva Program (grant ref. JCI2009-04345) and JAE-Doc CSIC Program, LLM was supported by a postdoctoral MINT fellowship funded by the Institute for the Environment (Brunel University), AMC is a Ramón y Cajal fellow (ref: RYC-2008-02431), APS holds a grant funded by the Aragon Government (ref. 17030G/5423/480072/14003) and JAE holds a grant funded by the Basque Country Government (BFI-2010-5)

Vegetation response to rapid climate variability in NE Iberia during the Holocene based on palynological data

333 p.La presente Tesis Doctoral aborda la reconstrucción de la variabilidad climática rápida y su impacto en el paisaje vegetal del NE peninsular durante el Tardiglacial y el Holoceno a partir de datos multiproxy de alta resolución. Pretende discernir los mecanismos que han modulado la respuesta de los ecosistemas a partir de la correlación de secuencias sedimentológicas, geoquímicas, palinológicas y arqueobotánicas a lo largo de múltiples escalas espacio-temporales, siempre bajo una perspectiva global e integradora.Se ha optado por trabajar con registros sedimentarios paleolacustres localizados en el interior continental peninsular, región que se caracteriza por ser marginal desde el punto de vista paleambiental. La primera de las secuencias estudiadas, El Cañizar de Vilarquemado (987 m s.n.m, 40º30¿N; 1º18¿W) se ubica en la provincia de Teruel, concretamente en la Fosa del Jiloca y caracteriza la evolución hidrológica y vegetal de manera continua y precisa, cubriendo los últimos 13.500 años de historia. Por otro lado, el registro sedimentario de la Laguna de Conquezuela (1.124 m s.n.m, 41º11¿N; 2º33¿W), ubicado en el Valle de Ambrona, permite definir el paisaje vegetal de una zona de gran interés arqueológico, como es el Neolítico del interior peninsular.A pesar de que ambas secuencias se localizan en un enclave climático y biogeográfico similar, la historiade las ocupaciones humanas ha sido distinta a lo largo del tiempo, por lo que supone un marco de trabajo inimitable para indagar en los patrones de respuesta de los ecosistemas Mediterráneos continentales ante distintos factores de cambio ambiental (dinámica natural vs impacto antrópico). A grandes rasgos, ambos registros se definen por la resiliencia de un paisaje dominado por pinares y sabinares durante prácticamente los últimos 13.500 años. Los cambios ambientales de carácter árido como el Younger Dryas o los eventos 8.200 y 4.200 cal BP, son amortiguados por las poblaciones de coníferas que parecen no responder de manera inmediata al estrés climático. Será durante el Holoceno Medio (8.000-5.000 cal BP) cuando el bosque mixto Mediterráneo se expanda y dominen los encinares y quejigares en el ámbito continental, siguiendo el establecimiento de unas condiciones climáticas más térmicas y húmedas. Sin embargo, los proxies sedimentológicos y geoquímicos revelan una alta variabilidad hidrológica durante el Tardiglaciar y el Holoceno, independientemente a los patrones de inercia que definen a los ecosistemas terrestres.Las poblaciones Neolíticas asentadas en las inmediaciones de la Laguna de Conquezuela, modificaron de manera intensiva el paisaje vegetal del entorno. Los datos palinológicos revelan una progresiva deforestación de los pinares locales, a la vez que se expanden los taxones nitrófilos y ruderales (Cichorioideae, Asteroideae, Plantago, Urtica) sinónimo de la expansión de prados y zonas de cultivo. La presencia del polen de Cerealia, junto con los datos carpológicos obtenidos a lo largo del Valle de Ambrona, apunta a que la agricultura en el interior continental ya estaba presente ca. 7.200 cal BP. Durante el Calcolítico incrementa la presión antrópica en el paisaje forestal.Los resultados obtenidos en los registros lacustres han sido complementados mediante la caracterización paleobotánica de una serie de depósitos tobáceos ubicados en las inmediaciones de los cursos fluviales de Queiles y Val, colindantes al Parque Natural del Moncayo (Soria). Presentando una cronología Holocena, la flora contenida en los edificios carbonatados señala el establecimiento de unas condiciones húmedas durante el Holoceno Medio (9.500-4.000 cal BP), siendo común encontrar diversas especies planocaducifolias como Corylus, Acer, Ulmus y Quercus caducifolio, entre otros. A nivel regional se desarrolla el bosque esclerófilo dominado por Quercus ilex, acompañado por Olea, Pistacia y Rhamnus. Este paisaje similar al obtenido en Villarquemado entre 8.000-5.000 cal BP, infiere el establecimiento de unas condiciones térmicas y húmedas en el interior peninsular, favoreciendo el rápido desarrollo de los depósitos tobáceos a la vez que se expande la flora meso-termófila.Además, los datos paleobotánicos obtenidos en los edificios tobáceos de los ríos Queiles y Val, han aportado nuevas evidencias sobre la distribución pretérita del tejo (Taxus baccata) y el castaño (Castanea sativa), no comúnmente documentada en los diagramas polínicos y antracológicos disponibles para el Sistema Ibérico. En el caso del castaño, se ha discutido su origen nativo en el Macizo del Moncayo para las etapas previas a la colonización Romana en la región.Por último, se ha investigado la distribución del avellano (Corylus avellana) a lo largo de distintas escalas temporales con el fin de conocer cuál ha sido la influencia del clima en los patrones de distribución de las poblaciones. La sensibilidad de Corylus ante la variabilidad climática es asincrónica entre el mundo Eurosiberiano y el Mediterráneo. En las regiones Atlánticas, las poblaciones de avellano se expanden rápidamente en respuesta al incremento térmico y esencialmente pluviométrico durante el comienzo del Holoceno (11.700-8.000 cal BP), a diferencia del mundo continental donde aparece representado de manera esporádica. En las regiones Mediterráneas, será durante el Holoceno Medio (8.000-5.000 cal BP) cuando el avellano abarque su máxima distribución. Durante el Holoceno Tardío (post 5.000 cal BP) en cambio, el incremento de la aridez modulará la presencia de Corylus, dando lugar a la distribución que tenemos en la actualidad.La presente Tesis Doctoral ha arrojado nuevas evidencias sobre la dinámica vegetal durante el Holoceno en una región pobremente contextualizada paleoclimáticamente. Las nuevas secuencias publicadas han servido para delimitar bioestratigráficamente la historia de los ecosistemas terrestres durante los últimos 13.500 años, trabajo que sin duda servirá de comparación con otros depósitos localizados en un ambiente bioclimático similar. Se ha avanzado en el conocimiento sobre el rol humano en el modelado del paisaje vegetal gracias a la incorporación y combinación de los datos arqueológicos y arqueobotánicos junto con los estudios paleolacustres. Además de ello, se han obtenido nuevos perfiles polínicos y resultados antracológicos de diversos depósitos tobáceos, datos que sin duda serán indispensables a la hora de hacer síntesis biogeográficas a diversas escalas espacio-temporales

Holocene forest dynamics in central and western Mediterranean: periodicity, spatio-temporal patterns and climate influence

It is well-known that the Holocene exhibits a millennial-scale climate variability. However, its periodicity, spatio-temporal patterns and underlying processes are not fully deciphered yet. Here we focus on the central and western Mediterranean. We show that recurrent forest declines from the Gulf of Gaeta (central Tyrrhenian Sea) reveal a 1860-yr periodicity, consistent with a ca. 1800-yr climate fluctuation induced by large-scale changes in climate modes, linked to solar activity and/or AMOC intensity. We show that recurrent forest declines and dry events are also recorded in several pollen and palaeohydrological proxy-records in the south-central Mediterranean. We found coeval events also in several palaeohydrological records from the south-western Mediterranean, which however show generally wet climate conditions, indicating a spatio-temporal hydrological pattern opposite to the south-central Mediterranean and suggesting that different expressions of climate modes occurred in the two regions at the same time. We propose that these opposite hydroclimate regimes point to a complex interplay of the prevailing or predominant phases of NAO-like circulation, East Atlantic pattern, and extension and location of the North African anticyclone. At a larger geographical scale, displacements of the ITCZ, modulated by solar activity and/or AMOC intensity, may have also indirectly influenced the observed pattern

Reconstrucción de la vegetación asociada a depósitos tobáceos fluviales holocenos del sistema ibérico.

Fluvial tufa build- ups located in the Queiles, Val and Las Parras del Martín river valleys (Iberian Range, NE Iberia), are investigated following radiocarbon dating, palynological and anthracological analyses. The studied tufa deposits have been framed within the Early-Mid Holocene (ca. 9500 to 4000 cal yr BP) in agreement with regional palaeoenvironmental evidences. The obtained palaeobotanical results highlight the existence of dense riparian woodland where diverse broadleaved trees defined the main vegetation features in the river valleys. Deciduous and evergreen oaks were the main spread regional forests accompanied by many warm-loving taxa. Pinewoods were usually confined to high-altitude elevations, although their presence is also relevant around El Batán deposit (in Las Parras del Río Martín) during the Early Holocene. The transition towards the Late Holocene is evidenced by the rise of nitrophilous and ruderal taxa, which are linked to the spread of agricultural and grazing practices along the river valleys