Holocene paleoenvironmental change, climate and human impact in Sierra Nevada, Southern Iberian Peninsula

Resum

Sierra Nevada está situada en el Sur de la Península Ibérica y es un área interesante para el estudio de cambios climáticos en el pasado debido a su localización entre una latitud subtropical y templada en la zona oeste del Mediterráneo, siendo un área muy sensible a las variaciones climáticas. Actualmente, uno de los principales mecanismos que controla el clima en esta zona es la Oscilación del Atlántico Norte (NAO, por sus siglas en inglés) y el objetivo principal de un gran número de estudios actuales es intentar relacionar variaciones medioambientales locales y regionales con dinámicas atmosféricas-oceánicas globales. Los ecosistemas de Sierra Nevada, de especial protección (es Parque Nacional desde 1999), han sido declarados áreas de interés para el estudio de la variabilidad en la vegetación debido a su importante situación entre un clima húmedo y árido, su gran diversidad vegetal, la localización cercana a las zonas costeras durante el último periodo glacial y a su gradiente altitudinal. El Holoceno (es decir, los últimos 11700 años BP) es un periodo muy interesante para el estudio del cambio climático en el pasado en la región Mediterránea, con el objetivo principal de estimar escenarios y modelos climáticos futuros. El intento de entender la evolución del clima y su impacto en el medioambiente relacionado con cambios orbitales (i.e. insolación) y suborbitales y las relaciones con la actividad solar y la circulación atmosférica-oceánica ha sido una de las líneas de trabajo principales en los estudios de registros sedimentarios de la región oeste del Mediterráneo durante las últimas décadas. A pesar de la importancia de este tipo de estudios en esta área tan sensible al cambio climático, hay una carencia de análisis multi-proxy a alta resolución. En este sentido, el estudio a alta resolución de registros continentales depositados durante el Holoceno Tardío podría ser la clave para separar la señal del impacto natural del antrópico e identificar cuál fue el principal factor que controló el cambio ambiental durante los últimos milenios. Los análisis multi-proxy a alta resolución (de escala milenaria a escala de multidécadas) en las secuencias sedimentarias del sur de la Península Ibérica son necesarios para poder llevar a cabo estos objetivos. En este sentido, la presente tesis doctoral se centra en el estudio de la vegetación, el cambio paleoambiental y climático a escala orbital y suborbital durante el Holoceno en los ecosistemas de Sierra Nevada. Para ello, hemos realizado análisis multi-proxy de alta resolución (polen, carbones, geoquímica orgánica e inorgánica, litología, sedimentología y propiedades físicas) basados en modelos cronológicos robustos, a través de dos secuencias sedimentarias a diferente altitud in Sierra Nevada. Uno de ellos a mayor altitud, Borreguil de la Cadera (~2992 m) en el piso de vegetación Crioromediterráneo y el otro, Padul (~725 m) a menor altitud, en el cinturón de vegetación Mesomediterráneo. El análisis multi-proxy realizado mediante polen, palinomorfos no-polínicos (NPPs), litología, sedimentología, geoquímica inorgánica y orgánica del registro del humedal de Padul se basa en diecisiete fechas de radiocarbono por espectrometría acelerada de masas (AMS, en inglés) utilizadas para construir un modelo de edad robusto para los últimos 11.6 cal ka BP. Este análisis nos proporciona una reconstrucción de detalle de la vegetación, evolución ambiental, clima e impacto humano durante el Holoceno. Los resultados de dicho análisis muestran que el período Holoceno se puede dividir en tres fases climáticamente diferentes, siguiendo una tendencia a largo plazo que está relacionada con la variabilidad climática a escala orbital: (1) desde aproximadamente ~11.6 a 7.6 cal ka BP, caracterizada por la expansión del bosque Mediterráneo y de especies caducas, indicando máxima humedad (óptimo de humedad entre ~9.5 a 7.6 cal ka BP), y localmente por un ambiente de turbera, debido a una mayor estacionalidad e insolación de verano que produciría mayores tasas de evaporación y niveles de agua más bajos. (2) Una época de transición, entre ~7.6 y 4.7 cal ka BP, caracterizada por una pequeña disminución en el bosque mediterráneo, que queda formado principalmente por Quercus perenne. El ambiente local durante este período se caracterizó por una mayor variación del nivel de agua relacionado con la disminución de la estacionalidad. (3) Un cambio brusco alrededor de ~4.7 cal ka BP mostrado por la acusada disminución del bosque mediterráneo y el establecimiento de un lago somero. Esta disminución natural en el bosque y el aumento en el nivel del agua podría explicarse debido a la disminución en la insolación de verano, proporcionando menor precipitación en invierno en la región y más aridez, pero también menores tasas de evaporación en verano y, por tanto, subidas en nivel del lago. Durante los últimos 1.5 cal ka BP, el lago pasa a ser un ambiente efímero, incluso llega a emerger en los últimos cuatro siglos. Esto estaría relacionado con una mayor aridez, que produciría un aumento en la escorrentía y erosión del suelo y también estaría conectado con la mayor evidencia de actividades humanas en la zona desde este periodo hasta la actualidad, incluyendo la desecación artificial del humedal. En este registro también se detectan eventos climáticos rápidos a lo largo de todo el Holoceno, con eventos especialmente áridos alrededor de 9.6, 8.5, 7.5, 6.5, 5.4, 4.2, 2.7 y 1.3 cal ka BP, que coinciden con caídas en la temperatura del Atlántico Norte y vinculados con disminuciones en la actividad solar. Estos eventos vienen representados en el nuevo registro Padul-15-05 por la disminución del bosque mediterráneo, el aumento de la escorrentía superficial y el aumento de las condiciones de humedad en el medioambiente local. Además, el análisis espectral de la serie temporal del bosque mediterráneo, que indica medioambiente y clima regional, sugiere un cambio significativo en la periodicidad de los ciclos climáticos, detectando una periodicidad de alrededor de ~2100 y ~1100 años entre ~11.6 y 4.7 cal ka BP y una periodicidad de alrededor de ~1400 años desde ~4.7 cal ka BP hasta el presente. Este cambio se pudo deber al establecimiento de la dinámica climática actual principalmente controlado por la NAO. Nuestros resultados están de acuerdo con otros análisis de series temporales del Holoceno en el hemisferio norte, sugiriendo una fuerte vinculación entre los sistemas atmosféricos-oceánicos con la dinámica solar a escala hemisférica. El análisis multi-proxy de los sedimentos del BdlC se basa en un modelo de edad construido por cinco fechas de radiocarbono por AMS que muestra un registro continuo de los últimos ~4.5 cal ka BP. El análisis multi-proxy basado en polen, carbón, susceptibilidad magnética, geoquímica inorgánica y orgánica proporciona una reconstrucción de la vegetación, incendios, dinámica atmosférica, clima e impacto humano en la zona durante el Holoceno tardío. Este estudio registra también el proceso de aridificación que tuvo lugar durante los últimos milenios, caracterizado en el BdlC por la disminución del polen arbóreo, la expansión de hierbas xerofíticas y el incremento de la entrada de polvo africano. Esta tendencia a la aridez se encuentra, al igual que en Padul, intercalado por variabilidad climática a escala de milenios y centurias que se relaciona principalmente con la dinámica atmosférica mayoritariamente controlada por variaciones solares que afectaron a la NAO. Dentro de esta variabilidad climática, se detectan periodos más húmedos como el período húmedo Ibero-Romano (IRHP, en inglés) caracterizado por el aumento de Pinus, y áridos como la Edad Oscura (Dark Ages: DA, en inglés) y la Anomalía Climática Medieval (MCA, en inglés) caracterizadas por el aumento en Artemisia y la Pequeña Edad de Hielo (LIA, en inglés), que se manifiesta por una mayor variabilidad alternando entre pulsos áridos y húmedos. A pesar de esta tendencia a la aridificación, la respuesta del medioambiente local en este registro muestra un aumento en el componente acuático, que podría explicarse por las condiciones geomorfológicas de la cuenca y/o el descenso en la insolación de verano. Durante los últimos siglos se registra un mayor impacto humano en la zona, sobretodo por actividades directas en el ecosistema alpino local no aparentemente afectando a cambios en la vegetación. Después de la Revolución Industrial (IR, en inglés), se registran efectos antrópicos indirectos mientras desaparece el último glaciar in Sierra Nevada.