Climate and environmental change in southern Europe – The paleoecological record of Padul, Sierra Nevada (western Mediterranean, southern Iberian Peninsula)

Abstract

There are large gaps in our understanding of natural climate variability and how the water cycle and ecosystems will respond to global climate warming. Several scientific reports show that in the near future the southern Iberian Peninsula and other Mediterranean areas will be affected by increased drought frequency. This will generate very important economic and social problems in this region, characterized by scarce water resources. However, climate prediction is still a challenge, due to lack of long databases with quantitative measurements (especially for precipitation and temperature) and studies of how the environment reacted to climate change before the historical record. To solve this problem we need long continuous paleoclimatic records that will allow us to predict ecosystem response to climate change at short and long term. The present PhD Thesis focuses on the paleoenvironmental reconstruction of the last two glacial-interglacial cycles (the last ~200,000 years) in southern Iberian Peninsula through the study of the Padul-15-05 core, a 42.64 m-long continuous continental record that was retrieved from the Padul wetland. This sediment core was studied using high-resolution multiproxy analyses, including lithology/sedimentology, physical properties, mineralogy, inorganic and organic geochemistry, paleontological analysis and chronological analysis. These multiproxy analyses have provided with high-quality data that can be used for local (Padul wetland) and regional (southern Iberian Peninsula) paleoenvironmental and paleoclimatic reconstructions. The obtained data allowed identifying environmental variability due to orbital- and sub-orbital scale climate changes, improving the comprehension of factors and patterns influencing the environment caused by past climate changes in this region. The compilation of several marine and continental paleoclimatic records from southern Europe and the Mediterranean region reveal an early record of Heinrich Stadial 1 (HS1 between 17,780 and 15,080 cal yr BP) in the study area with respect to the correspondent Greenland Stadial 2.1a from Greenland ice core records (GS-2.1a; 17,480 – 14,692 cal yr BP). Moreover, high-resolution pollen analysis allowed identifying three main climatic phases during HS1 in the Padul record, i.e., HS1a (18,400 – 17,200 cal yr BP), HS1b (17,200 – 16,700 cal yr BP) and HS1c (16,700 – 15,600 cal yr BP), showing an overall arid(cold) – humid(cool) – arid(cold) trend. In addition, for the first time, seven centennial-scale sub-phases within HS1 (i.e., HS1a.1, HS1a.2, HS1a.3, HS1b, HS1c.1, HS1c.2 and HS1c.3) have been described, which seem to be related with solar activity.

Existen grandes lagunas cuando se trata de comprender la variabilidad climática natural y cómo el ciclo del agua y los ecosistemas en su conjunto reaccionarán frente al calentamiento global. Varios informes científicos muestran que en un futuro cercano el sur de la Península Ibérica y diferentes zonas del Mediterráneo se verán afectadas por un aumento en la frecuencia de las sequías. Esto generará importantes problemas económicos y sociales en esta región, caracterizada por los escasos recursos hídricos. Sin embargo, las predicciones climáticas presentan todavía un desafío para los investigadores debido a la falta de bases de datos con medidas cuantitativas (especialmente de temperatura y precipitación), así como de estudios que reflejen como reaccionaron los medio ambientes a los cambios climáticos previos a registro histórico. Para resolver este problema se requiere de registros paleoclimáticos largos y continuos que permitan predecir las respuestas de los ecosistemas frente a los cambios climáticos a corto y largo plazo. La actual Tesis Doctoral se centra en la reconstrucción ambiental de los dos últimos ciclos glaciares-interglaciares (últimos ~200.000 años) en el sur de la Península Ibérica mediante el estudio de sondeo Padul-15-05, el cual presenta un registro sedimentario continuo de 42.64 m de profundidad obtenido del margen de la laguna de Padul. Este sondeo ha sido estudiado mediante análisis multiproxy, en el que se incluyen análisis litológico/sedimentológico, propiedades físicas, mineralogía, geoquímica orgánica e inorgánica, paleontología y análisis cronológico. Estos análisis multiproxy han proporcionado datos de alta calidad que han permitido reconstrucciones paleoambientales y paleoclimáticas locales (Laguna de Padul) y regionales (sur de la Península Ibérica). Los datos obtenidos permiten la identificación de la variabilidad ambiental como consecuencia de los cambios climáticos orbitales y sub-orbitales, mejorando la comprensión de los factores y patrones que influencian los cambios medio ambientales y climáticos en esta región. La recopilación de varios registros paleoclimáticos marinos y continentales del sur de Europa y de la región Mediterránea han revelado un registro temprano del Estadío Heinrich 1 (HS1 entre 17.780 y 15.080 años cal AP) en el área de estudio con respecto al correspondiente Estadío Greenland 2.1a registrado en los sondeos de hielo de Groenlandia (GS-2.1a; 17.480 – 14.692 años cal AP). Además, el análisis de polen de alta resolución permitió identificar tres fases climáticas principales durante el HS1 en Padul, en concreto, HS1a (18.400 – 17.200 años cal AP), HS1b (17.200 – 16.700 años cal AP) and HS1c (16.700 – 15.600 años cal AP), las cuales muestras una tendencia climática general árida(fría) – húmeda(fresca) – árida(fría). Además, se han descrito por primera vez siete sub-fases a escala de centurias durante el propio HS1 (en concreto, HS1a.1, HS1a.2, HS1a.3, HS1b, HS1c.1, HS1c.2 and HS1c.3) que parecen estar relacionadas con la actividad solar.