Fluxos de partícules i metalls als marges continentals del sud-est de la península Ibèrica

Abstract

[cat] Les partícules que sedimenten en el medi marí tenen un paper clau en el cicle biogeoquímic d’un bon nombre d’elements i, per tant, són essencials per al funcionament de l’ecosistema. L’estudi dels fluxos de partícules permet entendre els processos que controlen la transferència de matèria i dels elements químics associats cap al fons marí, on poden quedar emmagatzemats per llargs períodes de temps. En aquest context, esclarir el transport de partícules als marges continentals, situats entre el continent i la conca profunda, és altament rellevant per millorar el coneixement sobre aitals processos i també per encarar no pas pocs reptes ambientals. Aquesta Tesi se centra en la dinàmica del transport de partícules sedimentàries als marges continentals dels golfs de Vera i d'Almeria, a la Mediterrània sud-occidental. Aquests marges estan entallats per un seguit de canyons submarins de característiques ben diverses. De tots ells, s’han investigat el canyó d’Escombreras, el sistema Garrucha-Almanzora i el canyó d’Almeria, i també el talús obert i el peu del talús. L’ús d’un conjunt de paràmetres indicatius, com la magnitud dels fluxos, la mida de gra, la composició elemental, i el contingut en metalls (Al, Fe, Ti, Co, Cu, Mn, Ni, Pb i Zn) i As, ha permès caracteritzar les partícules que sedimenten i els sediments del fons marí, i analitzar la dinàmica de les partícules, per determinar finalment els factors que regeixen llur variabilitat espacial i temporal. A aquest efecte, també s’han tingut en compte els forçaments externs, atmosfèrics i oceanogràfics, i les activitats antropogèniques susceptibles de condicionar la composició i el comportament de les partícules. En aquest context, l’ús de traçadors, com els isòtops del carboni i del Pb, i biomarcadors específics, pot ajudar a respondre a algunes preguntes rellevants: (i) Quin és l’origen i la composició de la matèria orgànica en uns marges continentals amb escasses aportacions fluvials, com els investigats? i (ii) Quina és la contribució del dipòsit de residus miners de la badia de Portmán, al sud de Múrcia i, especialment, de la seva extensió submarina, al flux de metalls cap al marge distal? La recerca efectuada constata que les tempestes, amb un augment de l’onatge i dels corrents, són els principals dinamitzadors del transport de sediments cap al marge profund. L’arribada de material de la plataforma continental resuspès explica, en gran mesura, la variabilitat temporal dels continguts de metalls i As als canyons submarins d’Escombreras i, sobretot, d’Almeria. Les tempestes també poden influir en l’origen i la composició i de la matèria orgànica exportada, com ho mostra el transport de detritus de Posidonia oceanica cap al canyó d’Escombreras. Les condicions ambientals abans i durant les tempestes modulen la magnitud i la composició dels fluxos de partícules. Entre aquestes condicions s’hi compten les característiques de la columna d’aigua, les aportacions fluvials i la producció primària. Les especificitats de cada tempesta, com ara la direcció i el règim d’onatge, la velocitat i la direcció dels corrents, i la seva durada, també afecten molt notablement a la remobilització, el transport i l’acumulació de partícules sedimentàries i matèria orgànica, en funció de la seva mida de gra, densitat i forma. Al peu del talús, a 2.500 m de profunditat, la producció primària és el factor principal de control dels fluxos de partícules. Certs forçaments antropogènics, com la pesca d’arrossegament de fons, també poden afavorir l’exportació de partícules, com s’ha comprovat al sistema de canyons de Garrucha-Almanzora. L’activitat industrial a la franja costanera propera deixa sentir tanmateix els seus efectes sobre la composició dels fluxos de partícules al marge continental profund, com ho demostra el cas concret del canyó d’Escombreras, en que una de les principals vies d’entrada de Pb antropogènic es produiria per la intermediació del transport atmosfèric. Els resultats obtinguts evidencien que les partícules sedimentàries són vectors de transferència de contaminants metàl·lics cap als canyons submarins i el marge continental profund, en sentit ampli. Aquesta Tesi demostra, per altra banda, la complexitat de les interaccions entre els factors i processos que governen la composició i la dinàmica dels fluxos de partícules i la sedimentació en els marges continentals i les conques pregones adjacents. També és una contribució al coneixement d’una àrea geogràfica encara poc estudiada. Els nous coneixements aportats poden ser útils per a una gestió informada i sostenible de l’ecosistema marí.

[spa] Las partículas que sedimentan en el medio marino desempeñan un papel crucial en el ciclo biogeoquímico de un buen número de elementos y, por lo tanto, son esenciales para el funcionamiento del ecosistema. El estudio de los flujos de partículas permite entender los procesos que controlan la transferencia de materia y de los elementos químicos asociados hacia el fondo marino, donde pueden quedar almacenados durante largos períodos de tiempo. En este contexto, es clave esclarecer el transporte de partículas a los márgenes continentales, ubicados entre el continente y la cuenca profunda, para mejorar el conocimiento sobre dichos procesos y abordar diversos desafíos ambientales. Esta Tesis se centra en la dinámica del transporte de partículas sedimentarias en los márgenes continentales de los golfos de Vera y de Almería, en el Mediterráneo suroccidental. Estos márgenes están cortados por una serie de cañones submarinos con características diversas. De todos ellos, se han investigado el cañón de Escombreras, el sistema Garrucha-Almanzora y el cañón de Almería, así como el talud abierto y el pie del talud. El uso de un conjunto de parámetros indicativos, como la magnitud de los flujos, el tamaño de grano, la composición elemental y el contenido de metales (Al, Fe, Ti, Co, Cu, Mn, Ni, Pb y Zn) y As, ha permitido caracterizar las partículas que sedimentan y los sedimentos del fondo marino, y analizar la dinámica de las partículas, para determinar finalmente los factores que rigen su variabilidad espacial y temporal. A este efecto, también se han tenido en cuenta los forzamientos externos, atmosféricos y oceanográficos, así como las actividades antropogénicas susceptibles de condicionar la composición y el comportamiento de las partículas. En este contexto, el uso de trazadores, como los isótopos del carbono y del Pb, y biomarcadores específicos, puede ayudar a responder algunas preguntas relevantes: (i) ¿Cuál es el origen y la composición de la materia orgánica en unos márgenes continentales con escasas aportaciones fluviales, como los investigados? y (ii) ¿Cuál es la contribución del depósito de residuos mineros de la bahía de Portmán, al sur de Murcia y, especialmente, de su extensión submarina, al flujo de metales hacia el margen distal? La investigación realizada pone de manifiesto que los temporales, con un aumento del oleaje y de las corrientes, son los principales activadores del transporte de sedimentos hacia el margen profundo. La llegada de material de la plataforma continental resuspendido explica, en gran medida, la variabilidad temporal de los contenidos de metales y As en los cañones submarinos de Escombreras y, especialmente, de Almería. Los temporales también pueden influir en el origen y la composición de la materia orgánica exportada, como lo demuestra el transporte de detritus de Posidonia oceanica hacia el cañón de Escombreras. Las condiciones ambientales antes y durante las tormentas modulan la magnitud y la composición de los flujos de partículas. Entre estas condiciones se cuentan las características de la columna de agua, las aportaciones fluviales y la producción primaria. Las especificidades de cada tormenta, como la dirección y el régimen de oleaje, la velocidad y la dirección de las corrientes, y su duración, también afectan notablemente a la remobilización, el transporte y la acumulación de partículas sedimentarias y materia orgánica, en función de su tamaño de grano, densidad y forma. En el pie del talud, a 2.500 m de profundidad, la producción primaria es el factor principal de control de los flujos de partículas. vi Ciertos forzamientos antropogénicos, como la pesca de arrastre de fondo, también favorecen la exportación de partículas, como se ha comprobado en el sistema de cañones de Garrucha- Almanzora. La actividad industrial en la franja costera cercana también deja sentir sus efectos sobre la composición de los flujos de partículas en el margen continental profundo, como demuestra el caso concreto del cañón de Escombreras, en el que una de las principales vías de entrada de Pb antropogénico se produciría por la intermediación del transporte atmosférico. Los resultados obtenidos evidencian que las partículas sedimentarias son vectores de transferencia de contaminantes metálicos hacia los cañones submarinos y el margen continental profundo, en sentido amplio. Esta Tesis demuestra, por otra parte, la complejidad de las interacciones entre los factores y procesos que gobiernan la composición y la dinámica de los flujos de partículas y la sedimentación en los márgenes continentales y las cuencas adyacentes. También es una contribución al conocimiento de un área geográfica aún poco estudiada. Los resultados alcanzados pueden ser útiles para una gestión informada y sostenible del ecosistema marino.

[eng] Sedimentary particles in the marine environment play a crucial role in the biogeochemical cycle of a large number of elements and, therefore, are essential for the functioning of marine ecosystem. The study of particle fluxes allows understanding the processes that control the transfer of matter, and associated chemical elements, down to the seafloor, where they can remain stored for long periods. In this context, it is key to clarify the transport of particles in continental margins, located between the continent and the deep basin, to enhance knowledge of these processes and address various environmental challenges. This PhD Thesis focuses on the dynamics of sedimentary particle transport in the continental margins of the Vera and Almeria gulfs, in the southwestern Mediterranean Sea. These margins are cut by a number of submarine canyons with distinct characteristics. Specifically, the study encompasses the Escombreras and Almeria canyons, the Garrucha-Almanzora canyon system, and also the open slope and the deep basin. The use of indicative parameters, such as flux magnitude, grain size, elemental composition, and metal content (Al, Fe, Ti, Co, Cu, Mn, Ni, Pb, and Zn) and As, has allowed the characterization of settling particles and seafloor sediments, and analysing the particle dynamics, ultimately determining the factors that govern their spatial and temporal variability. External forcings, atmospheric and oceanographic, as well as anthropogenic activities influencing particle composition and behavior, are also considered. In this frame, the use of tracers like carbon and Pb isotopes, and specific biomarkers, can help answering some relevant questions: (i) Which are the origin and composition of organic matter in continental margins with rare riverine inputs, like the investigated ones? and (ii) Which is the contribution of the Portmán Bay mine tailing deposit, to the south of Murcia province and, especially, of its submarine extension, to metal fluxes towards the distal margin? The work carried out evidences that storm events, with increased wave height and current speeds, are the main triggers of sediment transport to the deep margin. The arrival of resuspended material from the continental shelf largely explains the temporal variability of metal and As contents in the submarine canyons of Escombreras and, mainly, Almeria. Storms can also influence the origin and composition of exported organic matter, as evidenced by the transport of Posidonia oceanica detritus to the Escombreras canyon. Environmental conditions before and during storms modulate the magnitude and composition of particle fluxes. These conditions include water column characteristics, riverine inputs, and primary production. The characteristics of each storm, such as wave direction and regime, current speed and direction, and duration, significantly affect the remobilization, transport, and accumulation of sedimentary particles and organic matter, as a function of their size, density, and shape. At the deep basin, at a depth of 2,500 m, primary production is the main driver of particle fluxes. Certain anthropogenic forcings, such as bottom trawling, also favour particle export, as observed in the Garrucha-Almanzora canyon system. Industrial activity in the nearby coastal zone also affects the composition of deep continental margin particle fluxes, as demonstrated by the specific case of the Escombreras canyon, where one of the main pathways for anthropogenic Pb entry would occur through atmospheric transport. viii The results obtained demonstrate that sedimentary particles act as vectors for the transfer of metal contaminants to submarine canyons and the deep continental margin, broadly speaking. This Thesis also illustrates the complexity of interactions among the factors and processes driving the composition and dynamics of particle fluxes and sedimentation in continental margins and adjacent basins. Also, it is a contribution to the understanding of an understudied geographical area. The results achieved could be useful for and informed and sustainable management of marine ecosystems.