Registre paleoambiental del jaciment de la Pedrera de Meià (Barremià, Pirineu de Lleida)

Abstract

Els afloraments de calcàries litogràfiques de la Serra del Montsec (Pre-Pirineu català), essent el jaciment de La Pedrera de Meià el seu màxim exponent, han estat objecte d’estudi des de finals del segle XIX. Malgrat l’increment de coneixement geològic i paleontològic generat durant tot aquest temps, manca un marc general de referència que permeti desenvolupar estudis integratius relacionats amb les dinàmiques ecològiques dels ecosistemes barremians (Cretaci inferior). Per revertir aquesta situació, al present tesi doctoral té com a objectiu principal la creació d’un marc conceptual, que serveixi de base per a futures recerques. Per tal d’assolir-lo , aquesta tesi s’han marcat diferents subobjectius que abasten tant aspectes històrics, com geològics, paleontològics o geoquímics i, s’estableix el camí per modelitzacions matemàtics de xarxes tròfiques. Així doncs, s’ha realitzat un extensa recopilació bibliogràfica de tot el coneixement publicat fins a dia d’avui del Konservat-Lagerstätte de La Pedrera de Meià (Barremià, Cretaci inferior), generant un catàleg de 224 publicacions relacionades amb la investigació geològica i paleontològica de l’àrea, i on es defineixen més d’un centenar d’espècies noves. A més, s’ha obtingut nova informació a partir de diferents campanyes de camp, així com de l’aixecament d’una columna estratigràfica de detall de La Pedrera de Meià, i una cartografia geològica on es mostren els jaciments ja coneguts del Reguer i la Cabroa, així com cinc afloraments nous més. Amb els marcs geològics i sedimentològics ja fixats, s’han abordat les condicions paleoambientals i deposicionals durant la formació de les calcàries litogràfiques amb un origen lacustre.. S’ha realitzat una analítica multiproxy de 303 mostres de roca dels jaciments del Montsec, incloent-hi tècniques com petrografia, SEM-EDX, XRD, XRF, ICP-MS i geoquímica d’isòtops estables de C i O. Les dadesobtingudes revelen canvis en la vertical de la secció del jaciment de La Pedrera de Meià, passant de fàcies d’ambient litoral lacustre a profundes, per finalitzar de nou amb litorals, indicant així canvis en les condicions de l’ambient deposicional lacustre. Les fàcies més distals es caracteritzen per incloure calcàries amb alta presència de filaments microbians i les litorals per la presència de caròfits in-situ. Les dades geoquímiques suggereixen un sistema lacustre de circulació d’aigua restringida i condicions de disòxia a anòxia a les zones mes fondes del llac, així com un augment de la salinitat i un decreixement de l’aport detrític, lligat a la seva evolució temporal. Paral·lelament s’han realitzat estudis tafonòmics de fòssils provinents del jaciment, mitjançant tècniques no invasives com les que es basen en la fluorescència de raigs X. Per una banda s’ha elaborat una base de dades amb els espectres XRF de 17 jaciments tipus Konservat-Lagerstätten del planeta, amb l’objectiu de comparar les senyals geoquímiques i així dur a terme la identificació de fòssils i la seva procedència amb mètodes no destructius. Per altra banda, alguns fòssils de La Pedrera de Meià han estat sotmesos a mapejos elementals per tal de definir-ne zones amb major concentració d’aquests elements. Aquest estudi ha permès identificar que, sota unes condicions tafonòmiques concretes, alguns fòssils d’artròpodes i vertebrats conserven restes d’òrgans tous com poden ser el sistema digestiu, el circulatori, l’excretor i el nerviós, entre d’altres. Finalment, aquesta memòria de Tesi proporciona una visió integral de La Pedrera de Meià com un important jaciment fossilífer cretaci tipus Konservat-Lagerstätten, destacant la seva riquesa paleobiòtica i proporcionant una comprensió més profunda de les condicions paleoambientals durant la seva formació en el Cretaci inferior posant de manifest la importància dels estudis multiproxy per a la comprensió de les dinàmiques deposicionals d’aquests tipus de jaciments. Tant és així que, el conjunt de totes les dades geològiques i paleontològiques han permès elaborar un primer esbós de l'ecosistema lacustre Barremià.

Los afloramientos de calizas litográficas situados en la sierra del Montsec (Pirineo catalán), siendo el yacimiento de La Pedrera de Meià su máximo exponente, han sido objeto de estudio desde finales del siglo XIX. Se ha generado gran cantidad de conocimiento geológico y paleontológico durante todo este tiempo, pero actualmente carece de un marco general de referencia que permita desarrollar estudios integrativos relacionados con las dinámicas ecológicas de los ecosistemas barremienses. Para revertir esta situación, la presente tesis doctoral tiene como objetivo principal la creación del mencionado marco conceptual, que sirva de base para futuras investigaciones. Tanto aspectos históricos, como geológicos, paleontológicos o geoquímicos e incluso, se establece el camino para futuras modelizaciones matemáticas de redes tróficas. Así pues, se ha realizado una extensa recopilación bibliográfica de todo el conocimiento publicado hasta el día de hoy del Konservat-Lagerstätte Barremiense de La Pedrera de Meià, generando un catálogo de 224 publicaciones relacionadas con la investigación geológica y paleontológica del área, donde se incluyen más de un centenar de especies nuevas, campañas de campo, así como el levantamiento de una columna estratigráfica de detalle de La Pedrera de Meià y una cartografía geológica donde se muestran los yacimientos del Reguer y la Cabroa, así como otros cinco afloramientos.Con los marcos geológicos y sedimentológicos ya fijados, se han abordado las condiciones paleoambientales y deposicionales durante la formación de los diferentes afloramientos. Se ha realizado una analítica multiproxy de 303 muestras de roca, incluyendo técnicas como petrografía, SEM-EDX, XRD, XRF, ICP-MS y geoquímica de isótopos estables de C y O. Los datos obtenidos revelan cambios en la vertical de la sección del yacimiento de La Pedrera de Meià, pasando de facies de ambiente litoral lacustre a profundas, para finalizar de nuevo con litorales, indicando así cambios en las condicionesdel ambiente deposicional. Las zonas distales se caracterizan por ser calizas con alta presencia de filamentos microbianos y las litorales por la presencia de carófitos in-situ. Los datos geoquímicos sugieren un sistema lacustre de circulación restringida de agua y condiciones de disoxia a anoxia en el fondo del lago, así como un aumento de la salinidad y decrecimiento de aporte detrítico ligado a la evolución temporal del sistema. Paralelamente se han realizado estudios tafonómicos de las piezas provenientes del yacimiento, mediante técnicas no invasivas como las que se basan en fluorescencia de Rayos X. Por un lado, se ha elaborado una base de datos con los espectros XRF de 17 yacimientos lagerstätten similares del planeta, con el objetivo de comparar las señales para llevar a cabo identificación de piezas y procedencia con métodos no destructivos, por otra parte, algunas de las piezas de La Pedrera de Meià han sido sometidas a mapeos elementales para definir zonas con mayor concentración de elementos. Este último estudio ha permitido identificar que, bajo unas condiciones tafonómicas concretas, algunos fósiles de artrópodos y vertebrados conservan restos de órganos, así como sistema digestivo, circulatorio, excretor y nervioso entre otros. Finalmente, este estudio proporciona una visión integral de la Pedrera de Meià como un importante yacimiento fosilífero cretácico, destacando su riqueza paleobiótica y proporcionando una comprensión más profunda de lascondiciones paleoambientales durante su formación, poniendo de manifiesto la importancia de los estudios multiproxy para la comprensión de las dinámicas deposicionales de yacimientos lagerstätten como los del Montsec. Tanto es así que, la suma de todos los datos geológicos y paleontológicos han permitido elaborar un primer esbozo de ecosistema mediante un programa informático especializado para diseñar redes tróficas, definiendo así una futura línea de trabajo para precisar cuidadosamente qué tipo de red trófica se estableció en los ecosistemas lacustres del Montsec hace 125 Ma.

The lithographic limestone outcrops located on the southern slope of the Montsec range (Catalan Pyrenees), being La Pedrera de Meià site its most prominent example, have been the subject of study since the end of the 19th century. A vast amount of geological and paleontological knowledge has been generated over this time, but it currently lacks a general reference framework to enable integrative studies on the ecological dynamics of Barremian ecosystems. To overcome this gap, the main objective of this doctoral thesis is to create a conceptual framework, which will serve as a basis for future research. This includes historical, geological, paleontological, and geochemical aspects, and even sets the stage for future mathematical modeling of food-webs. An extensive bibliographic compilation has been conducted, encompassing all the knowledge published to date on the Barremian Konservat-Lagerstätte of La Pedrera de Meià. This effort resulted in a catalog of 224 publications related to the geological and paleontological research of the area, including over a hundred new species, field campaigns, as well as the construction of a detailed stratigraphic section of La Pedrera de Meià and geological mapping that identifies the Reguer and Cabrao sites along with five other outcrops.With the geological and sedimentological frameworks established, paleoenvironmental and depositional conditions during the formation of the various outcrops have been examined. A multiproxy analysis of 303 rock samples was performed, using techniques such as petrography, SEM-EDX, XRD, XRF, ICP-MS, and stable isotope geochemistry of C and O. The obtained data reveal vertical changes in La Pedrera de Meià section, transitioning from proximal lacustrine facies to distal facies, and then back to shallow ones, indicating variations in the depositional conditions. The distal zones are characterized by limestones with abundant microbial filaments, while the shallow areas show the presence of in-situ charophytes. Geochemical data suggest a restricted lacustrine water circulation system with bottom conditions ranging from dysoxia to anoxia, along with increasing salinity and decreasing detrital input over time. Simultaneously, taphonomic studies were conducted on specimens from the site using non-invasive techniques such as X-Ray Fluorescence (XRF). A database was created containing the XRF spectra of 17 similar lagerstätten sites worldwide to enable comparative analysis and non-destructive identification of specimens and their provenance. Additionally, some specimens from La Pedrera de Meià underwent elemental mapping to define areas of higher elemental concentrations. This study revealed that under specific taphonomic conditions, some arthropod and vertebrate fossils preserve remnants of organs. Finally, this study provides a comprehensive view of La Pedrera de Meià as an important Cretaceous fossil site, highlighting its paleobiotic richness and offering a deeper understanding of the paleoenvironmental conditions during its formation. It underscores the importance of multiproxy studies for deciphering depositional dynamics in lagerstätten such as those of Montsec. The integration of geological and paleontological data has even allowed the development of a preliminary ecosystem model using specialized software for trophic webs design.This lays the groundwork for future research to precisely define the trophic-web that existed in the lacustrine ecosystems of Montsec range 125 million years ago.