Submarine groundwater discharge feedbacks on ecosystem services

Abstract

Els éssers humans tenen una important capacitat per modificar l’entorn en benefici propi. No obstant això, alguns canvis antropogènics han tingut conseqüències globals, provocant la degradació dels ecosistemes del planeta. Amb la finalitat d’analitzar aquestes interaccions entre persones i la natura, el marc de Serveis Ecosistèmics (SE) proposa quatre categories de serveis (Suport, Proveïment, Regulació i Culturals), que fan referència als beneficis que la societat obté de l’ús i modificació dels ecosistemes per al seu benestar. Les zones costaneres són una font fonamental de SE per a les persones, caracteritzades per ser de les zones més productives i sensibles que podem trobar. Els ecosistemes costaners, reconeguts per la seva diversitat i productivitat, depenen de la connexió hidrològica entre la terra i l’oceà regulada per processos com els rius, rierols i la Descàrrega Submarina d’Aigua subterrània (SGD de les seves sigles en anglès). Entre ells, la SGD està reconeguda com un procés hidrològic fonamental que sosté molts cicles biogeoquímics costaners i sistemes soci-ecològics. No obstant això, s’ha investigat molt poc sobre com la SGD afecta a la societat i el benestar humà. Per omplir aquest buit, aquesta tesi té com a objectiu avançar en el coneixement de la dimensió social de la SGD, contribuint a abordar la desconnexió existent entre les ciències naturals i socials en aquest camp. Amb aquesta finalitat, aquesta tesi avalua tant els impactes d’activitats antropogèniques altament contaminants en la SGD, com les implicacions socials d’aquest procés mitjançant el desenvolupament i l’aplicació del marc conceptual de SE (marc conceptual per a l’anàlisi de sistemes soci-ecològics). Els resultats d’aquesta tesi demostren com les activitats antropogèniques altament contaminants poden induir grans fluxos de metalls i nutrients dissolts en l’oceà costaner, tenint un impacte significatiu en els ecosistemes marins. Així mateix, la diversitat de subprocessos que componen la SGD juguen un paper fonamental en el control dels fluxos de soluts subministrats a l’oceà costaner. En aquesta tesi també mostren que l’alta pressió exercida sobre les zones costaneres per les activitats turístiques pot provocar alteracions en els fluxos de SGD, posant en perill els ecosistemes costaners i els serveis que proporcionen. Per poder avançar en la coneixement de les implicacions socials de la SGD, aquesta tesi desenvolupa el primer marc teòric per identificar i classificar els Serveis Ecosistèmics proporcionats per la SGD i els seus efectes en el benestar de les societats locals. Els resultats mostren que la SGD, des del seu ús com a recurs hídric fins a la seva influència cultural, està profundament arrelada en moltes societats costaneres a escala global, i els ecosistemes dependents de la SGD tenen un impacte significatiu en les comunitats locals. D’acord amb els resultats obtinguts de la percepció local de dues societats mediterrànies (Mallorca i Salento) sobre el seu ús i paper en les comunitats costaneres, s’evidencia la necessitat d’integrar dades de la literatura científica, informació disponible en la literatura grisa i coneixement local per a obtenir una comprensió completa de la dimensió cultural de la SGD. També mostren que la limitada documentació històrica sobre el SGD provoca biaixos en la recopilació de dades dels SE actuals en comparació amb el passat en les dues zones estudiades. La perspectiva interdisciplinària seguida en aquesta tesi representa un avanç en el coneixement de la SGD i aporta nous coneixements i evidències per a guiar les estratègies polítiques i de gestió en relació amb la SGD. Aquesta tesi ofereix una anàlisi detallada de l’estreta relació entre el SGD i el benestar de les comunitats costaneres, proporcionant evidència científica sòlida i una metodologia robusta per a comprendre la influència del SGD en aquestes societats des d’un enfocament socioecològic.

Los seres humanos tienen una importante capacidad para modificar su entorno en beneficio propio. No obstante, algunos cambios antropogénicos han tenido consecuencias a escala global, provocando la degradación de los ecosistemas del planeta. Con el fin de analizar estas interacciones entre personas y la naturaleza, el marco de Servicios Ecosistémicos (SE) propone cuatro categorías de servicios (Apoyo, Abastecimiento, Regulación y Culturales), que hacen referencia a los beneficios que la sociedad obtiene del uso y modificación de los ecosistemas para su bienestar. Las zonas costeras son una fuente crucial de SE para las personas, caracterizadas por ser de las más productivas y sensibles que podemos encontrar. Los ecosistemas costeros, reconocidos por su diversidad y productividad, dependen de la conectividad hidrológica entre la tierra y el océano regulada por procesos como los ríos, arroyos y la Descarga Submarina de Agua subterránea (SGD de sus siglas en inglés). Entre ellos, la SGD se reconoce como un proceso hidrológico fundamental que sostiene muchos ciclos biogeoquímicos costeros y sistemas socio-ecológicos. Sin embargo, se ha investigado muy poco sobre cómo la SGD afecta a la sociedad y el bienestar humano. Para llenar este vacío, esta tesis tiene como objetivo avanzar en el entendimiento de la dimensión social de la SGD, contribuyendo a abordar la desconexión existente entre las ciencias naturales y sociales en este campo. Con este fin, esta tesis evalúa tanto los impactos de actividades antropogénicas altamente contaminantes en la SGD como las implicaciones sociales de este proceso mediante el desarrollo y la aplicación del marco conceptual de SE (marco conceptual para el análisis de sistemas socio-ecológicos) a la investigación de la SGD. Los resultados de esta tesis demuestran cómo las actividades antropogénicas altamente contaminantes pueden inducir grandes flujos de metales y nutrientes disueltos en el océano costero, teniendo un impacto significativo en los ecosistemas marinos. Además, la diversidad de subprocesos que componen la SGD juegan un papel fundamental en el control de los flujos de solutos suministrados al océano costero. La alta presión ejercida sobre las zonas costeras por las actividades turísticas puede provocar alteraciones en los flujos de SGD, poniendo en peligro los ecosistemas costeros y los servicios que proporcionan. Para poder avanzar en el conocimiento de las implicaciones sociales de la SGD, esta tesis desarrolla el primer marco teórico para identificar y clasificar los SE proporcionados por la SGD y sus efectos en el bienestar de las sociedades locales. La SGD, desde su uso como recurso hídrico hasta su influencia cultural, está profundamente arraigada en muchas sociedades costeras a escala global, y los ecosistemas dependientes de la SGD tienen un impacto significativo en las comunidades locales. De acuerdo con los resultados obtenidos de la percepción local de dos sociedades mediterráneas (Mallorca y Salento) sobre su uso y papel en las comunidades costeras, se evidencia la necesidad de integrar datos de la literatura científica, información disponible en la literatura gris y conocimiento local para obtener una comprensión completa de la dimensión cultural de la SGD. La limitada documentación histórica sobre el SGD provoca sesgos en la recopilación de datos de los SE actuales en comparación con el pasado en las dos zonas estudiadas. El enfoque interdisciplinario seguido en esta tesis representa un avance en el conocimiento de la SGD y aporta nuevos conocimientos y evidencias para guiar las estrategias políticas y de gestión con relación a la SGD. En conclusión, esta tesis ofrece un análisis detallado de la estrecha relación entre el SGD y el bienestar de las comunidades costeras, proporcionando evidencia científica sólida y una metodología robusta para comprender la influencia del SGD en estas sociedades desde un enfoque socioecológico.

Humans have a notable ability to modify their surrounding environment for their own benefit. Nonetheless, some anthropogenic changes have led to global-scale consequences, causing the degradation of Earth’s ecosystems. To analyze these human-nature interactions, the Ecosystem Services framework poses four categories of services referred to the benefits to society of using and modifying ecosystems toward their well-being (i.e., Supporting, Provisioning, Regulating and Cultural). Coastal areas are a crucial source of ecosystem services for humans, being both productive and sensitive. Coastal ecosystems, renowned for their diversity and productivity, depend on hydrological land-ocean connectivity regulated by processes such as rivers, streams, and Submarine Groundwater Discharge (SGD). Among them, SGD is recognized as a fundamental hydrological process that supports many coastal biogeochemical cycles and social-ecological systems. However, very little has been investigated about how SGD affects society and human well-being. To bridge this gap of knowledge, this thesis aims to advance the understanding of the social dimension of Submarine Groundwater Discharge, contributing to address the existing disconnection between the natural and social sciences in this field. To this aim, this thesis assesses both the impacts of highly polluting anthropogenic activities on SGD and the societal implications of this process by developing and applying the Ecosystem Services framework (a socio- ecological system approach) to SGD research. The results of this thesis demonstrate how polluting anthropogenic activities can induce large fluxes of dissolved metals and nutrients into the coastal ocean, having a significant impact on coastal marine ecosystems. In addition, the diversity of pathways of SGD play a relevant role on controlling the solutes fluxes supplied into the coastal ocean. The findings of this thesis also show that the high pressure exerted on coastal areas by tourism activities can lead to alterations in SGD fluxes, thereby endangering coastal ecosystems and the services they provide. To advance the understanding of the social implications of SGD, this thesis develops the first framework for identifying and classifying the Ecosystem Services provided by SGD and their effects on the well-being of local societies. Results show that SGD, from its use as a water resource to its cultural influence, is deeply rooted in many coastal societies at a global scale, and SGD-dependent ecosystems have a significant impact on the local communities. Additionally, results from the local perceptions of two Mediterranean societies (Mallorca and Salento) towards SGD, including its uses and its role in coastal communities, highlight the necessity of integrating data from the scientific literature, together with the information available in the grey literature and local knowledge for a complete understanding of the cultural dimension of SGD. Findings also show that the limited historical documentation on SGD causes bias in reporting present ecosystem services compared to the past in the two studied areas. The interdisciplinary approach followed in this thesis represents a novelty and brings new knowledge and evidence to guide policy and management strategies regarding SGD. In sum, this thesis is a walkthrough of the strong bounds between SGD and coastal societies’ wellbeing, which provides both solid scientific evidence and robust methodological guidance on the influence of SGD on coastal societies from a social-ecological approach.