In this work we study the genetic link between calcretes, speleothems and alluvial deposits developed on the epikarst and endokarst of the Nerja Cave (Nerja, Málaga, Spain) and the adjacent Quaternary (Pleistocene) alluvial fan. Field and petrographic observations, and δ.18O and δ.13C isotopic data analysis of the host rock, distinct calcrete types and epikarst speleothems indicate that these deposits are the result of arid and more humid climatic episodes. Epikarstic and endokarstic speleothem U/Th absolute dating indicate that both endokarstic and epikarstic development of the Nerja Cave was coetaneous and genetically linked to the sedimentation of the adjacent Pleistocene alluvial fan, as a response to climatic changesAgradecimientos: A la Fundación Pública  de Servicios Cueva de Nerja y a su Instituto de Investigación por su apoyo y financiación al proyecto “Estudio  geológico de la Cueva de Nerja (Maro, Nerja)”, así como al Grupo de Investigación IT1029-16 del Gobierno Vasco. Queremos agradecer especialmente el apoyo y la colaboración incansable de D. Luis-Efrén Fernández, Conservador de la Cueva de Nerja.Peer reviewe

Aranburu, A.

Arriolabengoa, M.

Bilbao-Lasa, P.

Bodego,  A.

Chen, H.

González-Ramón, Antonio

Iriarte, Eneko

Jiménez de Cisneros, C.

Liñán, C.

Val, Miren del

Álvarez, Irantzu

Liñán Baena, Cristina

González Ramón, Antonio

Digital.CSIC

CALCRETAS, ESPELEOTEMAS Y DEPÓSITOS ALUVIALES: TRES REGISTROS DE UNA MISMA HISTORIA GEOLÓGICA (NERJA, MÁLAGA) A. Aranburu (1,2), A. Bodego (2,3), C. Jiménez de Cisneros (4), I. Álvarez (5), C. Liñán (6,11), M. Arriolabengoa (1, 2), P.Bilbao-Lasa (1,2), E. Iriarte (2,7), A. González-Ramón (8), H. Cheng (9), M. del Val (1,2,10)(1) Dpto. Mineralogía y Petrología. Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del País Vasco (UPV/EHU). Bº Sarriena s/n,48940 Leioa. arantza.aranburu@ehu.eus; martin.arriolabengoa@ehu.eus; peru.bilbao@ehu.eus(2) Sociedad de Ciencias Aranzadi. Zorroagaina, 11. 20014 Donostia-San Sebastián.(3) Dpto. Estratigrafía y Paleontología. Facultad de Ciencia y Tecnología, Universidad del País Vasco (UPV/EHU). Bº Sarrienas/n, 48940 Leioa. arantxa.bodego@ehu.eus(4) Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, CSIC-UGR, Avda. de las Palmeras nº4, 18100 Armilla, Granada.concepcion.cisneros@iact.ugr-csic.es(5) Dpto. Expresión Gráfica y Proyectos de Ingeniería. Escuela de Ingeniería de Bilbao, Universidad del País Vasco (UPV/EHU),c/ Pitxitxi 2, 48013 Bilbao. irantzu.alvarez@ehu.eus(6) Fundación Pública de Servicios Cueva de Nerja, Instituto de Investigación, C/ Carretera de Maro s/n, 29787- Nerja (Málaga).cbaena@cuevadenerja.es(7) Laboratorio de Evolución Humana, Dpto. de Historia, Geografía y Comunicación, Universidad de Burgos. 09001 Burgos.eiriarte@ubu.es(8) Instituto Geológico y Minero de España, IGME, Urb. Alcázar del Genil 4, Edif. Zulema Bajo, 18006 Granada.antonio.gonzalez@igme.es(9) Dept. of Geology and Geophysics, University of Minnesota, 310 Pillsbury Drive, SE, Minneapolis, MN 55455, USA.(10) CENIEH. Paseo Sierra de Atapuerca, 3. 09002 Burgos. miren.delval@cenieh.es(11) Dpto. Ecología y Geología. Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga. Campus de Teatinos s/n, 29071-Málaga.crilinbae@uma.esAbstract (Calcretes, speleothems and alluvial deposits: three records of the same geological history [Nerja, Málaga]):  In this work we study the genetic link between calcretes, speleothems and alluvial deposits developed on the epikarst and endokarst of the Nerja Cave (Nerja, Málaga, Spain) and the adjacent Quaternary (Pleistocene) alluvial fan. Field and petrographic observations, and 18O and 13C isotopic data analysis of the host rock, distinct calcrete types and epikarst speleothems indicate that these deposits are the result of arid and more humid climatic episodes. Epikarstic and endokarstic speleothem U/Th absolute dating indicate that both endokarstic and epikarstic development of the Nerja Cave was coetaneous and genetically linked to the sedimentation of the adjacent Pleistocene alluvial fan, as a response to climatic changes.  Palabras clave: Cueva de Nerja, dataciones de espeleotemas, calcreta, abanico aluvial. Key words: Nerja Cave, speleotheme datation, calcrete, aluvial fan. INTRODUCCIÓN El desarrollo de abanicos aluviales está relacionado con ciclos tectosedimentarios que son favorecidos por estadios climáticos áridos, semiáridos y mediterráneos de estación seca prolongada y episodios de lluvias puntuales (Borges et al., 2016). En estas condiciones climáticas la baja intensidad de las precipitaciones impide la lixiviación del ión Ca2+ en el perfil del suelo/roca y, por ello, es frecuente también el desarrollo de calcretas (e.g. Wright y Tucker, 1991). Según las cronologías propuestas por distintos autores, el Abanico Aluvial II del Pleistoceno adyacente a la Cueva de Nerja son coetáneas al desarrollo vadoso post-colapso (800 ka) de la Cueva de Nerja (Guerra-Merchán et al., 2004, Durán, 1996).  El objetivo de este trabajo ha sido comparar, para un mismo rango temporal (transición MIS 11-10) los procesos geológicos registrados en el entorno del karst de la Cueva de Nerja (Fig. 1) y así avanzar en el conocimiento de los procesos de formación y desarrollo de la cueva y su entorno. Para ello se ha centrado en el estudio tanto de la superficie (epikarst), como del interior de la cueva (endokarst), así como en el Abanico Aluvial II del Pleistoceno (Guerra-Merchán et al., 2004). LOCALIZACIÓN La Cueva de Nerja está situada al NO de Maro, en la provincia de Málaga y está emplazada en los mármoles triásicos del Manto de Almijara (e.g., Andreo et al., 1993). Presenta un desarrollo en planta de aproximadamente 600 m de longitud en dirección NNE-SSO (Fig. 1), con 3 sectores bien diferenciados. Es conocida por sus dimensiones y espeleotemas, siendo algunos de ellos de más de 800 ka de edad (Durán, 1996). Sobre estas rocas Rodríguez Vidal y Cáceres (1993) describen una superficie de erosión miocena que, al norte de Maro quedó expuesta, mientras que hacia el sur está parcialmente cubierta por abanicos aluviales (Abanico Aluvial II) y depósitos marinos costeros, de edad Plio-Cuaternaria (e.g., Guerra-Merchán et al., 2004). METODOLOGÍA El trabajo de campo se ha realizado utilizando principalmente el mapa geomorfológico elaborado por Guerra-Merchán et al. (2004).  Las rocas han sido estudiadas en el campo, en muestra de mano pulidas y láminas delgadas. El Muestras 230Th Age (yr) (corrected) EpikarstNER-20 401695 ±9354NER-24 339681 ±5094Endokarst Ntorca e/1a 391188 ±9090 Ncataclism e/3 349174 ±11674 Tabla. I: Dataciones U/Th de espeleotemas (flowstone) del epikarst y endokarst de la Cueva de Nerja. estudio petrológico ha sido realizado mediante microscopía de luz transmitida (Olympus BH2 con un sistema fotográfico digital Olympus DP10 acoplado). La mineralogía de las muestras ha sido determinada por difracción de rayos-X (DRX) en los laboratorios del Parque Científico y Tecnológico de la Universidad de Burgos y en los Servicios Generales de Investigación-SGIker de la UPV/EHU. Los análisis de isótopos estables ( 18O y 13C) se han realizado en las calcretas formadas sobre y entre los mármoles dolomíticos triásicos encajantes de la Cueva de Nerja en el laboratorio de isótopos estables del laboratorio del IACT-CSIC de la Universidad de Granada. La correlación de los distintos eventos de formación de precipitados se ha vertebrado en 4 espeleotemas de tipo colada (flowstone), dos de ellos afloran en el exterior, ligados a las calcretas, y otros dos en el interior de la cueva. En el muestreo se extrajo entre 80 y 270 mg de muestra con una broca dental de carburo widia, siguiendo las técnicas de Dorale et al. (2004). Las dataciones se han realizado por el método U/Th en los laboratorios de la Universidad Xi'an Jiaotong (China). RESULTADOS Los resultados de las dataciones (Tabla I) han puesto de manifiesto lacorrelación/contemporaneidad de diferentes registros sedimentarios en el entorno de la Cueva de Nerja.Calcretas y Espeleotemas en el epikarst de Nerja Intercalados entre los mármoles de Sierra Almijara se observan texturas de alteración y precipitados carbonatados de distinto tipo que rellenan fisuras. Se han diferenciado tres tipos: calcretas beige/gris, calcretas rojas y espeleotemas de tipo colada (Aranburu et al., 2018). Los espeleotemas de tipo colada aparecen asociados a las calcretas de color beige/gris. Las calcretas rojas, sin embargo, pueden aparecer relacionadas o no con las calcretas beige/gris, pero no directamente con las coladas. Los espeleotemas (flowstone), de hasta 33 cm de potencia, presentan textura columnar y dendrítica abierta (Aranburu et al., 2018). El crecimiento de esparita puede alternar, en algunos casos, con facies micro-peloidales de micrita, muy similar al observado en la calcreta beige/gris. Las dataciones de U/Th realizadas en dos de estas coladas han arrojado una edad de 401.695 ±9.354 y 339.681 ±5.094 años (Tabla I). El estudio petrológico confirma las diferencias existentes entre la calcreta beige/gris, más micrítica, y la calcreta roja, con más aportes detríticos (arena de dolomita y algunos filosilicatos) (Aranburu et al., 2018). El estudio isotópico sobre las calcretas puede aportar información sobre los procesos y el ambiente de formación de éstas (Tanner, 2010). Los resultados isotópicos obtenidos sobre el perfil de calcreta (beige/gris y roja) estudiado indican unos valores isotópicos que varían entre -3.45 y -6.39 ‰ para el 18O y entre -2.85 y -8.16 ‰ para el 13C (Tabla II). En general los valores de 18O indican un origen ligado a aguas meteóricas, con momentos de mayor o menor evaporación en el área. El agua involucradaen la formación de ambas calcretas sería decomposición parecida, aunque los valores de 18Oalgo más positivos de las calcretas rojas,probablemente estén relacionados con una mayorinfluencia de la evapotranspiración durante suformación.En cuanto a los valores de 13C de la calcreta roja, sugieren una importante participación de plantas tipo C3. En la calcreta beige/gris los valores son más negativos (Tabla II) que los obtenidos para la calcreta roja, lo que sugiere unas condiciones de formación de menor aridez.  El análisis mineralógico de la fracción arcilla pone de manifiesto en ambas calcretas la presencia de clorita, aunque con cristalinidades diferentes. En la Fig. 1: Localización geográfica de la Cueva de Nerja y ubicación de las muestras estudiadas.Tabla. II: Valores de 13C  y 18O en calcretas: B (beige/gris) y R (rojas) formadas en los mármoles dolomíticos.Muestra 13C ‰(PDB) 18O ‰(PDB) 1B -7.65 -5.212B -7.28 -5.373B -8.16 -5.044B -7.80 -4.905B -7.85 -6.396B -8.05 -5.797R -6.85 -4.208R -5.20 -4.439R -4.79 -4.9410R -2.85 -3.45calcreta beige/gris la cristalinidad es muy baja, probablemente ligada a unas condiciones ambientales que favorecieron una mayor disponibilidad hídrica, lo que facilitaría una menor preservación y mayor degradación de los minerales. Por el contrario, en la calcreta roja la alta cristalinidad de la clorita observada confirmaría una situación en un ambiente más árido con escasos procesos de hidrólisis que permitió una mejor preservación del tamaño original de los materiales formados. Endokarst de Nerja: evolución vadosa A tenor de la estratigrafía establecida entre los distintos procesos geológicos y la relación de algunos de éstos con el derrumbe de las grandes columnas, fechado en torno a 800 ka (Durán, 1996), se han seleccionado dos zonas de estudio. La Sala de la Torca (Fig. 2-Corte AA’), supuestamente una de las salas más antiguas, ofrece un complejo desarrollo de espeleotemas, con superposición de varias fases. Una gran columna de diámetro métrico es solapada hacia su base por distintas generaciones de coladas (flowstone). Una de las primeras coladas formada por grandes cristales de tipo columnar limpia, se ha datado en 391.188 ±9.090 años (Tabla I). En la vecina Sala del Cataclismo (Fig. 2-Corte BB’) puede establecerse una relación espacial y de superposición entre los distintos registros geológicos endokársticos. La acumulación de las grandes columnas y estalactitas rotas, relacionada con el colapso de distintos pisos kársticos, c.a. 800 ka (Durán, 1996), establece una datum temporal que permite ordenar los procesos endokársticos en el tiempo. Los abanicos coluviales que afloran a ambos lados de la galería, formados por cantos monomícticos autóctonos de fragmentos de mármol dolomítico, más o menos embebidos en una matriz de arena de dolomita, se apoyan estratigráficamente sobre la bloquera. Son, por tanto, posteriores al colapso y están fosilizados por coladas (flowstone) de calcita, color caramelo, de entre 15-20 cm de potencia. La parte intermedia de esta colada aporta una edad de formación de 349.174 ±11.674 años (Tabla I). Abanico Aluvial II: formación y eogénesis Dataciones realizadas en el Abanico Aluvial II indican una edad de formación que abarca desde 880 ka, en la base (Guerra-Merchán et al., 2004) y 120 ka a techo (Durán et al., 1993). Predominan los cantos redondeados de mármol dolomítico, de 4-7 cm diámetro, conformando una textura orto- o para-soportada. La ausencia de una matriz detrítica y la presencia, en su lugar, de un mosaico de cristales equidimensionales de calcita, es un rasgo frecuente en estos depósitos.   Estos depósitos aluviales, también presentan formaciones de calcretas de color beige/gris y rojas, en apariencia idénticas a las descritas en los mármoles dolomíticos, y también están ligadas a fisuras, tanto a techo del abanico como en su interior. DISCUSIÓNEn el epikarst de Nerja, la estrecha relación entre formación de espeleotemas y calcretas beige/gris, sugiere una relación genética entre ambos tipos de precipitados. Durante la denudación y meteorización del mármol dolomítico, la infiltración del agua meteórica daría lugar a la disolución de la roca a favor de fisuras/planos de estratificación. En función de su energía y/o grado de saturación, la circulación del agua provocaría o bien la erosión del mármol y/o la formación de coladas (relacionadas con un flujo laminar), tanto en el epikarst como en el endokarst. Durante períodos más áridos, favorecido por la evaporación y con una importante acción de la cobertera vegetal, el crecimiento de los espeleotemas daría paso a la formación de calcretas en el epikarst. Las dataciones realizadas en los espeleotemas, tanto del epikarst como del endokarst, coinciden en torno a los 340 ka y 400 ka, durante los estadios isotópicos MIS 11 (interglacial) y MIS 10 (glacial). Fig. 2: Topografía de las salas turísticas de la Cueva de Nerja (izda.) y cortes realizados con la ubicación de las dataciones (dcha.). Fuente: Elaboración propia a partir de la topografía cedida por la Fundación Pública de Servicios de la Cueva de Nerja.La formación de espeleotemas y calcretas puede relacionarse con variaciones en la precipitación durante el Pleistoceno Medio: la formación de calcretas tendría lugar durante los intervalos de marcada estacionalidad e importantes intervalos de aridez; las coladas, sin embargo, representarían períodos más húmedos, y/o bien períodos de reducción de la estacionalidad de la lluvia (Borges et al., 2016). Los valores del 18O y 13C obtenidos en ambos tipos de calcretas son bastante negativos y se sitúan dentro del rango típico de calcretas de origen freático donde el mecanismo de precipitación más importante es el efecto de ión común y ascenso capilar (e.g., Adamson et al., 2015). La covarianza positiva existente entre los valores 13C y 18O de las calcretas beige/gris y rojas, con un coeficiente de correlación significativo r=0.745 (p=0.0134) para el perfil estudiado, sugiere que ambos isótopos responden al mismo parámetro ambiental, pudiendo estar relacionado en este caso con una situación de aridez que debió ser algo más acusada durante la formación de la calcreta roja. Estas condiciones también quedan reflejadas en la mineralogía de la fracción arcillosa, constatándose una mayor cristalinidad de la clorita en la calcreta roja, indicando la presencia de condiciones más áridas que durante la formación de la calcreta beige/gris. En los episodios húmedos, es de suponer que el abanico aluvial también estaría activo, depositando la carga sedimentaria en forma de rellenos de canal y barras. En periodos más áridos, sin embargo, la disminución del caudal de agua de escorrentía provocaría el cese del crecimiento del abanico y la circulación de las aguas ricas en Ca2+ a través de los depósitos detríticos aluviales. Esta circulación de agua daría lugar a la dedolomitización de la matriz de arena dolomítica (durante la eodiagénesis) y la generación de cristales de calcita (esparita) por reemplazamiento.  CONCLUSIONESLas observaciones de campo y el estudio petrológico de la roca encajante de la Cueva de Nerja (mármoles dolomíticos triásicos), de las calcretas de color beige/gris y rojas desarrolladas sobre su epikarst y del abanico aluvial adyacente de edad pleistocena, así como de los espeleotemas tipo colada intercalados entre las calcretas, sugieren su formación bajo condiciones áridas. Los datos isotópicos de 18O y 13C indican que la formación de las calcretas rojas se dio en épocas relativamente más áridas, mientras que las beige/gris se formaron bajo climas con mayor disponibilidad hídrica. La datación de los espeleotemas del epikarst y del interior de la cueva sugieren que la evolución del sistema kárstico, tanto del epikarst como del endokarst fue, en parte, coetánea a la formación del abanico aluvial en el exterior y, por tanto, registran distintas fases de humedad variable durante parte del Pleistoceno (MIS10 y MIS11).    Agradecimientos: A la Fundación Pública de Servicios Cueva de Nerja y a su Instituto de Investigación por su apoyo y financiación al proyecto “Estudio geológico de la Cueva de Nerja (Maro, Nerja)”, así como al Grupo de Investigación IT1029-16 del Gobierno Vasco. Queremos agradecer especialmente el apoyo y la colaboración incansable de D. Luis-Efrén Fernández, Conservador de la Cueva de Nerja. REFERENCIAS Adamson, K., Candy, I., Whitfield, L. (2015). High-resolution analysis of Quaternary calcretes: a coupled stable isotope and micromorphological approach.  European Geosciences Union, Viena. Andreo, B., Carrasco, F., Sanz de Galdeano, C. (1993). Estudio geológico del entorno de la Cueva de Nerja. En: Geología de la Cueva de Nerja (F. Carrasco, Ed.). Trabajos sobre la Cueva de Nerja, 3, 25-50. Patronato de la Cueva de Nerja. Málaga. Aranburu,A., Arriolabengoa, M., Bodego, A., Álvarez, I., Bilbao-Lasa, P., Yusta, I., Liñán-Baena, C. (2018). Meteorización de mármoles dolomíticos y su relación con la arena dolomítica de la Cueva de Nerja (Málaga, España). Geogaceta, 64, 123-126. Borges, S.V.F., Balsamo, F., Vieira, M.M, Iacumin, P., Srivastava, N.K., Storti, F. Bezerra, F.H.R. (2016). Pedogenic calcretes within fracture systems and beddings in Neoproterozoic limestones of the Irecê Basin, northeastern Brazil. Sedimentary Geology, 341, 119-133.Dorale, J.A., Edwards, R.L., Alexander, E.C., Shen, C.C., Richards, D.A., Cheng, H. (2004). Uranium-series dating of speleothems: current techniques, limits and applications. En: Studies of Cave Sediments: Physical and Chemical Records of Paleoclimate (J. E. Mylroie, I.D. Sasowskyr, Eds.). Kluwer Academy / Plenum publishers, New York, 177-197. Durán, J.J., Carrasco, F., Andreo, B. (1993). Cueva de Nerja. Tecnoambiente, 27, 73-80. Durán, J.J. (1996). Los sistemas kársticos de la provincia de Málaga y su evolución: contribución al conocimiento paleoclimático del Cuaternario en el Mediterráneo occidental. Tesis doctoral. Universidad Complutense de Madrid. 409 pp. Guerra-Merchán, A., Serrano, F., Ramallo, D. (2004). Geomorphic and sedimentary Plio–Pleistocene evolution of the Nerja area (northern Alborán basin, Spain). Geomorphology, 60,89-105. Rodríguez Vidal, J., Cáceres, L.M. (1993). Rasgos generales del relieve en el sector suroriental de la Sierra Almijara (Málaga). Geogaceta, 14, 49-51. Tanner, L.H., (2010). Terrestrial carbonates as indicators of paleoclimate. En: Carbonates in Continental Settings: Facies, Environments and Processes (A.M. Alonso-Zarza, L.H. Tanner, Eds.). Developments in Sedimentology, Elsevier, 61, 179-214. Wright, V.P., Tucker, M.E. (1991). Calcretes: an introduction. En: Calcretes (V.P. Wright, M.E. Tucker, Eds.), International Associaton of Sedimentology. Reprint Series, 2. Blackwell Scientific Publications, Oxford, pp. 1-22.

Calcretas, espeleotemas y depósitos aluviales: tres registros de una misma historia geológica (Nerja, Málaga)

Calcretas, espeleotemas y depósitos aluviales: tres registros de una misma historia geológica (Nerja, Málaga)

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Digital.CSIC