Anàlisi de sistemes de canyons submarins en marges continentals amb característiques contrastades, i el seu paper en el transport i acumulació de deixalles marines = Analysis of submarine canyon systems from continental margins with contrasting characteristics, and their role on the transport and accumulation of marine litter

Abstract

En aquesta Tesi hem investigat sis canyons submarins situats als marges continentals català central (canyó submarí del Foix) i del nord (canyons submarins del Cap de Creus, la Fonera i Blanes), i del sud de Califòrnia (canyons submarins de Santa Mònica i Redondo), amb la finalitat d’aprofundir en el coneixement dels processos de transport sedimentari que s’hi produeixen, de les seves resultants morfosedimentàries de detall, i del paper que juguen en la transferència i acumulació de deixalles d’origen antròpic. Per assolir allò que preteníem hem utilitzat dades de batimetria de multifeix i de sísmica de reflexió de molt alta resolució adquirides amb mètodes ara ja convencionals, des de vaixells en superfície, i amb un vehicle subaquàtic autònom (AUV), i també imatges obtingudes in situ amb un vehicle subaquàtic operat remotament (ROV). Els resultats assolits han estat publicats en tres articles que formen el cos d’aquesta Tesi, els quals resumim breument en els paràgrafs següents.

L’estudi morfomètric detallat del canyó del Foix ha permès il·lustrar la complexitat de les xarxes de drenatge dels talussos de marges continentals passius, comparables en certa mesura a les xarxes fluvials. El principal element que contribueix a la complexitat morfològica, i també a la jerarquització, de les lleres que conformen els sistemes de canyons submarins són els xaragalls de vessant, l’evolució dels quals a hores d’ara resulta de l’acció subjacent de fluxos gravitatius i de les interferències provocades per l’acció de l’home sobre el fons, en especial per la pesca de ròssec. La modelització de la xarxa de drenatge i la seva parametrització morfomètrica subseqüent permeten quantificar i analitzar objectivament la forma, la mida, el patró de desenvolupament i la capacitat de transport del conjunt de lleres que conformen un sistema de canyó submarí i, per tant, discriminar les rutes de transport principals.

L’estudi d’altíssima resolució de la geomorfologia i el recobriment sedimentari més superficial dels canyons submarins de Santa Mònica i de Redondo, a Califòrnia, ens ha permès resoldre el significat de les formes de fons observades i interpretar els processos responsables del seu desenvolupament. Destaquen especialment una successió d’ones de sediment rítmiques al fons del canyó de Redondo i un conjunt de cicatrius erosives al curs inferior del canyó de Santa Mònica. Pel que fa a les ones de sediment, l’anàlisi acurada d’aquestes formes de fons sedimentàries ha permès provar la seva migració ascendent, només explicable per l’acció de corrents de terbolesa, les quals a més de transportar sediment també n’intercanvien amb la llera del canyó, fet determinant del tipus d’empremta generada.

Hem identificat els tipus de deixalles presents als canyons del Cap de Creus, la Fonera i Blanes, analitzant-ne també llur distribució i abundància. A partir d’aquestes observacions hem mirat d’escatir quins són els processos hidrosedimentaris responsables del transport de les deixalles cap als trams intermedis i distals dels canyons investigats. A partir de la categorització de les deixalles, hem aproximat els seus orígens i vies d’entrada al medi marí, que té lloc al llarg de la línia de costa en el seu conjunt, comptant també amb l’acció del vent, i puntualment per les desembocadures fluvials, i mar enfora per efecte de l’activitat pesquera i de la navegació recreativa i de transport de mercaderies. Els plàstics, lleugers i fàcils de transportar per la dinàmica marina, i les restes d’arts de pesca, resultants de l’aprofitament històric intensiu dels recursos vius de la zona, són els tipus de deixalles més abundants. La interacció entre deixalles i organismes és ambivalent, doncs hem observat que tan pot ésser perjudicial com beneficiosa. On més gran és l’acumulació de deixalles, si més no en nombre d’ítems, és preferentment a profunditats superiors als 1.000 o 1.500 m, segons el canyó considerat. D’acord amb els patrons de distribució observats i els processos hidrosedimentaris que ocorren al marge català del nord, considerem que les cascades d’aigües denses de plataforma i els grans temporals de llevant són els principals causants de la transferència de deixalles canyó avall. Aquesta interpretació se sosté per la capacitat d’aquests processos per resuspendre, remobilitzar i transportar de manera altament eficient i en grans volums aigua densa, sediments i, pel que es veu, substàncies estranyes com les deixalles des de la plataforma continental fins la conca profunda, a més de 2.000 m.

Els tres articles de la nostra Tesi proporcionen una visió més amplia i més transdisciplinar dels processos hidrodinàmics que operen als canyons submarins, de les morfologies generades i dels efectes colaterals d’aquests processos en l’actual periode Antropocè, caracteritzat per l’abast de la petjada humana arreu del planeta. En aquest aspecte concret, el de la petjada humana als fons marins profunds, és de plena aplicació la idea de que “no per poc conegut, és menys rellevant”. Per tant, la nostra Tesi també conté un crit d’alerta front al caràcter estès de l’impacte antropogènic a l’ambient marí. En aquest marc, conèixer el funcionament dels canyons submarins assoleix encara més transcendència, doncs no es tracta només de Geologia, o de Sedimentologia, sinó que va molt més enllà.

In this PhD Thesis we have investigated six submarine canyons located in the central (Foix submarine canyon) and north (Cap de Creus, la Fonera and Blanes submarine canyons) Catalan continental margins, and in the continental margin of Southern California (Santa Monica and Redondo submarine canyons). Our main aim has been to improve the understanding of sediment transport processes within the canyons, unveil the resulting morphologies, and illuminate their role in the transfer and accumulation of marine litter. Our dataset was obtained by means of state of the art high-resolution multibeam bathymetry and seismic reflection systems from surface vessels and an advanced autonomous underwater vehicle (AUV), jointly with an underwater remotely operated vehicle (ROV) that provided in situ seafloor imagery. The main results obtained have been published in three scientific papers that form the core of this PhD Thesis, which are briefly summarized in the following paragraphs.

The detailed morphometric study of the Foix Canyon has shown the complexity of drainage networks on the slopes of passive continental margins, which are comparable to some extent to fluvial networks. The modelling of the drainage network and their subsequent morphometric parameterization allow to objectively quantifying and analysing the shape, size, pattern of development, and the transport capacity of all channels that make up a submarine canyon system and therefore discriminate major transport routes. The high-resolution analysis of the geomorphology and sediment cover of the Santa Monica and Redondo submarine canyons, in California, has allowed understanding the significance of the observed bedforms and subsequently interpreting the processes responsible for their development.

We have identified the types of litter present in Cap de Creus, Fonera and Blanes canyons, also analysing their distribution and abundance. Plastic, which is lightweight and easy to carry by ocean dynamics, and lost or dumped fishing gear resulting from intensive historical exploitation of living resources in the area, are the most abundant types of litter. The interaction between organisms and litter is ambiguous, as it has been observed to be both detrimental and beneficial. Litter accumulation is larger, at least in number of items, at depths in excess of 1.000 or 1.500 m, depending on the canyon considered. According to the observed patterns of distribution and the hydrosedimentary processes occurring in the northern Catalan margin, dense shelf water cascading and severe coastal storms appear as the main transferring mechanisms of litter down-canyon.

The three papers in our PhD Thesis provide a broader and more multidisciplinary vision of the hydrodynamic processes operating in submarine canyons, the resulting morphologies and the side effects of these processes in the present Anthropocene epoch, which is characterized by the long reach of the human footprint over the entire planet. Therefore, our PhD Thesis also conveys a warning message against the pervasive character of the anthropogenic impact on the marine environment. In this setting, knowing the functioning of submarine canyons becomes even more relevant as it goes much beyond than just Geology or Sedimentology.