[eng] The Balearic Islands exhibit well-developed Pleistocene sedimentary deposits
primarily related to coastal processes and dynamics. Very often, these deposits show
a complex stratigraphy with different stratigraphic units. The architecture of these
deposits presents the interference between colluvial, alluvial and eolian deposits.
This interaction constitutes an exceptional record of recent palaeoclimate stages that
operated during the Quaternary period in the Western Mediterranean.
This dissertation deals with the study of the sedimentology and processes
shaping alluvial fans and eolian dunes during the Pleistocene. Often, the formation of
these depositional systems takes place at the same site and within very similar
environmental conditions, despite being triggered by different genetic processes.
However, this dissertation documents many cases in which the spatial and temporal
coincidence and interfingering of alluvial fan and dunes fields makes defining the
precise limits between alluvial and eolian processes and related deposits
problematic. This interaction is more noticible when it takes place in the littoral zone,
where a large number of agents and geomorphic processes interact with one
another. In this way, thes memoir proposes to the cointerm “eolian-alluvial
interference” for describing this kind of sediments. The concept refers to the
sedimentary–geomorphic expression of the combination and overlapping of eolian
and alluvial processes and sediments. During their formation, the climate elements,
moreover the climate history, played an important role amplifying or attenuating the
predominance of one process over the other, as well as regulating the type and
volume of sediment supply, the magnitude of the eolian transport or the contribution
of the precipitation and hence the efficiency of the runoff.
The main aim of this dissertation is to obtain an accurate identification and
description of the eolian-alluvial interference facies, as well as a proper
characterization of their architecture and resulting morphology in the framework of
the Late Pleistocene sedimentary record. Furthermore, a chronological analysis
using OSL dating techniques was carried out in order to unravel and contextualize
the paleoclimatic conditions in which these deposits were formed during the last
interglacial-glacial cycle in the Balearic archipelago.
The experimental and field-based work was carried out in two pilot sites: es
Caló fan in Mallorca and the apron fan system of Tirant-Fornells in Menorca. These
two study areas have deposits with exceptional characteristics for sedimentological
and stratigraphical studies. Es Caló fan is fed by a 1 km2 basin, while Tirant-Fornells
area consists of a nine small basins aligned with areas ranging from 1 to 14 ha.
Sedimentological descriptions, stratigraphical, textural, mineralogical and geomorphic
analyses are presented allowing for the identification ofseveral depositional facies
indicating the succession of sedimentary processes and the nature of the triggering
mechanisms.
The main results of the sedimentological and stratigraphical analysis have
shown the magnitude, frequency and contemporaneity of the interference between
alluvial and eolian processes. Thus, es Caló fan is characterized by a sedimentary
sequence with alternating colluvial, alluvial and eolian facies. These sequences have
indicatedthat alluvial processes (i.e. streamflows, sheetfloods and debris-flows), as
well as some hillslope deposits and also eolian deposits, dominated the construction
of the fan.
The apron fan systems of Tirant-Fornells were formed in most of the basins by
colluvial processes such as debris-flows and hillslope deposits, whilst in otherbasins
sheetflood processes predominated with the presence of some streamflow processes
and some interbedded eolian deposits. These differences in the geomorphic
response and sedimentological record seem to be associated to lithological
differences among the basins, as well as with the differences between the different
morphometrical parameters of each basin. Furthermore, marine deposits have been
described locally at Tirant-Fornells indicating higher sea levels than at the present.
At both locations, sedimentology analyses have shown that most of the
sediment of these fans is marine bioclastic sand implying thedestruction and
recycling of former or contemporaneous coastal eolian sediment by alluvial fan
processes.
Alternating deposits resulting from different processes in each sedimentary
sequence, suggest the existence of a climate variability control in the development of
the deposits. To deal with this issue and in order to provide a chronological
framework, a collection survey of eolian samples was carried out for dating with OSL,
as well as reviewing the chronologies of Pleistocene deposits gathered by other
studies.
Dated eolian deposits place the development of the studied sedimentary
successions during the Late Pleistocene, and suggest a relationship between climatic
and glacio-eustatic variations and the accumulation of eolian deposits and
aggradation of alluvial fans during the last 130 ka. Due to this, we propose an
environmental model of development for coastal areas of northern Mallorca and
Menorca that consists in the development of extensive dune fields on the continental
shelf migrating inland during sea level dropping periods associated to cold climate
events. During these periods, large areas of marine bioclastic sand were exposed to
the wind action. In addition, these periods led by the development of stormy episodes
discharging heavy rainfall and generating sudden flash floods draining the coastal
basins. This scenario results in eolian-alluvial interference processes totally or
partially dismantling the coastal dune field and incorporating the wind-blown marine
sediment into the alluvial system. Seven other previously described minor sites have
shown similar interference deposits indicating that these processes would have been
common along the northern coast of the Balearic Islands.
Landscape evolution models and theoretical frameworks state that, during
periods of base level dropping (i.e. sea level), the landscape is dominated by erosive
processes. Nevertheless, this dissertation documents that the interference processes
result in the opposite way, generating alluvial fan accretion over the coast during
episodes of base level drop rather than dissection or trenching. The construction of
coastal fans with wind-blown marine sediments reveals the existence of a particular
alluvial fan type with exogenous feeding, which has not been considered in depth in
the scientific literature, despite being a common and persistent feature in Western
Mediterranean Pleistocene deposits.
[cat] Les Illes Balears compten amb dipòsits sedimentaris pleistocens que presenten
un elevat grau de desenvolupament relacionats, principalment, amb els processos que
es donen al litoral. Tot sovint, aquests dipòsits exhibeixen una estratigrafia complexa
amb diferents unitats estratigràfiques, l’arquitectura de les quals palesa la
interferència entre dipòsits d’origen col·luvial, al·luvial i eòlic. Aquesta interrelació
constitueix un registre excepcional de la paleoclimatologia dels darrers episodis
climàtics que afectaren al Quaternari en el context de la Mediterrània occidental.
En aquesta memòria es presenta l’estudi de la sedimentologia i els processos
associats de ventalls al·luvials i dunes eòliques. Sovint, la formació d’aquests sistemes
deposicionals esdevé en el mateix espai i condicions ambientals, malgrat es
caracteritzen per ser processos genèticament diferents. No obstant això, l’estreta
interrelació que s’observa fa difícil de definir els límits precisos entre els processos
al·luvials i eòlics. Aquesta interrelació és més acusada quan es produeix a la zona
litoral, ja que és un ambient molt dinàmic en el qual entren en contacte un gran
nombre de processos i agents geomòrfics. En aquest sentit, aquesta interrelació
observada als sediments estudiats s’ha definit com a interferència eòlic-al·luvial.
Entenent com a tal l’expressió geomòrfica de la combinació i la superposició tant de
processos eòlics com d’al·luvials. El clima hi juga un paper important a mode
d’amplificador o mitigador del predomini d’un procés sobre l’altre, així com respecte
de la provisió de sediment, la magnitud del transport eòlic o de la precipitació i/o
l’escorrentia.
L’objectiu de la present memòria de doctorat és obtenir una acurada
identificació i descripció de l’arquitectura de les principals fàcies d’interferència eòlical·luvial
del registre sedimentari del Pleistocè superior, tot aprofundint en la
dimensió cronològica a partir de l’ús de tècniques de datació com l’OSL; que ens
permet de contextualitzar i desentrellar les condicions paleoclimàtiques que
esdevingueren durant aquesta època a l’arxipèlag balear. La part experimental dels
treballs s’ha dut a terme a dues localitats model: el ventall al·luvial des Caló, a
Mallorca, i el sistema de ventalls de Tirant-Fornells a Menorca. Aquestes dues zones
d’estudi presenten uns dipòsits amb unes característiques excepcionals per a la
realització d’estudis sedimentològics i estratigràfics. D’una banda, el ventall des Caló
està alimentat per una conca de 1 km2, mentre que Tirant-Fornells se nodreix d’una
alineació de nou petites conques amb superfícies que oscil·len d’1 a 14 ha. Així, es
presenten descripcions sedimentològiques, anàlisis estratigràfiques, texturals,
mineralògiques i geomòrfiques a partir de les quals s’identifiquen una sèrie de fàcies
deposicionals que indiquen la successió dels processos sedimentaris que s’hi
desenvoluparen.
Els principals resultats obtinguts de les anàlisis sedimentològiques i
estratigràfiques han posat de manifest la magnitud, la periodicitat i la
contemporaneïtat de la interferència, principalment, entre els processos de
sedimentació eòlica i els al·luvials. Així, el ventall des Caló es caracteritza per una
seqüència sedimentària amb l’alternança de fàcies al·luvials-coluvials i fàcies
eòliques. Aquestes fàcies han mostrat que la construcció del ventall restà dominada
per processos típicament al·luvials com els fluxos d’aigua concentrats (streamflow),
les corrents laminars (sheetfloods), els debris-flows, alguns dipòsits de vessant i
dipòsits eòlics.
Pel que fa al sistema de ventalls de Tirant-Fornells, els dipòsits foren
construïts, a la majoria de les conques, per processos col·luvials com els debris-flows
i els dipòsits de vessant, mentre que a la resta de conques hi predominaren els
processos de corrents laminars (sheetfloods) amb la presència d’alguns processos de
fluxos d’aigua concentrats (streamflow) i es preservaren alguns dipòsits eòlics
intercalats entre els dipòsits col·luvials-al·luvials. Aquestes diferències en la resposta
geomòrfica i el registre sedimentològic, semblen estar associades a les diferències
litològiques entre les conques, així com també a les diferències entre els diferents
paràmetres de forma de cada conca. Per altra banda, a Tirant-Fornells de manera
local s’han descrit fàcies sedimentàries que evidencien nivells marins més elevats que
l’actual. Les anàlisis sedimentològiques han posat de manifest que la majoria del
sediment que contenen els ventalls són arenes bioclàstiques d’origen marí.
L’alternança dels dipòsits, corresponents als diferents processos, a cada una de
les seqüències sedimentàries, suggereix l’existència d’un control climàtic en el
desenvolupament dels dipòsits. Per escometre aquesta qüestió i situar-la
cronològicament es dugué a terme una campanya de recol·lecció de mostres de
dipòsits eòlics per a la seva datació mitjançant OSL, així com també la revisió de les
cronologies de dipòsits pleistocens dutes a terme per altres treballs i autors i que
resultaven útils per dotar d’un marc cronològic als dipòsits des Caló i Tirant-Fornells.
Les datacions situen el desenvolupament de les seqüències sedimentàries
estudiades durant el Pleistocè superior, de manera que se constata que existeix una
relació amb les variacions climàtiques i glacioeustàtiques ocorregudes durant els
darrers 130 ka. En aquest sentit, es proposa un model d’evolució ambiental per a les
àrees litorals del nord de Mallorca i Menorca que consisteix en la formació sobre la
plataforma continental d’importants camps dunars que migraven terra endins durant
els períodes de descens del nivell marí associats a episodis climàtics de signe fred.
Durant aquests períodes, grans bancs d’arena bioclàstica marina quedaven exposats a
l’acció del vent. A més a més, aquests períodes afavorien el desenvolupament
d’episodis tempestuosos en què podien descarregar precipitacions intenses amb la
capacitat de generar processos puntuals de revingudes sobtades que drenaven les
conques costaneres. D’aquest escenari en resultaren processos d’interferència eòlical·luvial
en forma de desmantellament parcial o total del camp dunar costaner i la
incorporació del sediment eòlic al modelat al·luvial. Aquests processos sembla que
foren habituals al llarg de les costes septentrionals de les illes Balears ja que s’han
descrit altres set localitats, de menor entitat, que presenten dipòsits d’interferència.
Els models i marcs teòrics d’evolució del paisatge a l’ús indiquen que durant
els períodes de descens del nivell de base (i.e. nivell marí), el modelat es caracteritza
pel domini dels processos erosius. Per contra, aquesta memòria documenta que els
processos d’interferència eòlic-al·luvial resulten en l’efecte contrari, tot generant
l’acreció de ventalls al·luvials sobre la costa enlloc de la incisió–dissecció (trenching)
dels cossos al·luvials durant els episodis de descens del nivell de base. Tot plegat i
especialment aquesta construcció dels ventalls amb sediments marins, via transport
eòlic, posa de manifest l’existència d’una tipologia de ventalls al·luvials alimentats de
forma exògena que, avui per avui, no han estat considerats a bastament i en
profunditat a la bibliografia especialitzada.