Comprendiendo el relieve: del pasado al futuro

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1 Comprendiendo el relieve: del pasado al futuro PUBLICACIONES DEL INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA GEOLOGÍA Y GEOFÍSICA Nº 5 Comprendiendo el relieve: del pasado al futuro Juan José Durán Valsero, Manuel Montes Santiago, Alejandro Robador Moreno y Ángel Salazar Rincón Editores: GOBIERNO DE ESPAÑA MINISTERIO DE ECONOMÍA Y COMPETITIVIDAD GOBIERNO DE ESPAÑA MINISTERIO DE ECONOMÍA Y COMPETITIVIDAD

2 Comprendiendo el relieve: del pasado al futuro Actas de la XIV Reunión Nacional de Geomorfología Málaga, de Junio de 2016 Editores Juan José Durán Valsero, Manuel Montes Santiago, Alejandro Robador Moreno y Ángel Salazar Rincón Madrid, 2016

3 Comprendiendo el relieve: del pasado al futuro / Juan José Durán Valsero, Manuel Montes Santiago, Alejandro Robador Moreno y Ángel Salazar Rincón, eds.- Madrid: Instituto Geológico y Minero de España, pgs; ils; 24 cm.- (Geología y Geofísica; 5) ISBN Geomorfología, España Portada: Panorámica de El Torcal Alto (Antequera, Málaga). Foto: J. J. Durán Ninguna parte de este libro puede ser reproducida o transmitida en cualquier forma o por cualquier medio, electrónico, mecánico, incluido fotografías, grabación o por cualquier otro sistema de almacenar información sin el previo permiso escrito del autor o editor. La infracción de los derechos mencionados puede ser constitutiva de delito contra la propiedad intelectual (Art. 270 y siguientes del Código Penal). INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA Ríos Rosas, MADRID NIPO: X ISBN: Depósito Legal: M Catálogo y venta de publicaciones de la Administración General del Estado en: Imprime: Lerko Print S.A. Paseo de la Castellana, Madrid Impreso en papel ecológico

4 Dinámica de la capa activa en tres cuencas lacustres de relieve diferenciado (Península Byers, Antártida) Active layer dynamics in three distinct topographical lake catchments (Byers Peninsula, Antarctica) M. Oliva 1, F. Hrbacek 2, J. Ruiz-Fernández 3, M.Á. de Pablo 4, G. Vieira 1, M. Ramos y D. Antoniades 6 1 Centro de Estudos Geográficos IGOT, Universidade de Lisboa, Lisboa (Portugal) 2 Departamento de Geografía, Masaryk University, Brno (República Checa) 3 Departamento de Geografía, Universidad de Oviedo, Oviedo (España) 4 Departamento de Geología, Geografía y Medio Ambiente, Universidad de Alcalá, Madrid (España) 5 Departamento de Física y Matemáticas, Universidad de Alcalá, Madrid (España) 6 Departamento de Geografía - Centre d Études Nordiques (CEN), Université Laval (Canadá) Resumen: Los procesos geomorfológicos en las zonas libres de hielo de la Antártida Marítima vienen controlados por la presencia de hielo en el suelo. En la plataforma central de la península Byers (Isla Livingston), el permafrost es continuo y el espesor y ritmo térmico de la capa activa está altamente condicionado por la topografía. En esta comunicación se presenta un estudio preliminar de un año de seguimiento de la capa activa (de enero 2014 a enero de 2015) en tres cuencas lacustres que se localizan en enclaves con diferentes características topográficas, lo que condiciona una diferente duración y espesor del manto nival. Mientras la capa activa en Domo, donde la acción del viento propicia un manto nival escaso y discontinuo, alcanzó 0,85 m, en Cerro Negro, con moderada innivación, fue de 0,9 m y en Escondido, con abundante nieve, llegó a 1,5 m. La duración y persistencia del manto nival determina el espesor de la capa activa así como la tipología e intensidad de los procesos geomorfológicos imperantes. Palabras clave: Antártida, capa activa, península Byers, permafrost, topografía. Abstract: Geomorphological processes in ice-free areas of the Maritime Antarctica are controlled by the existence of ground ice. In the central plateau of Byers Peninsula (Livingston Island), permafrost is continuous and the thickness and thermal regime of the active layer is highly influenced by topography. In this paper, we introduce a preliminary study of the active layer thermal regime during one year (from January 2014 to January 2015) in three lake catchments located in areas with distinct topography, which in turn determines the duration and thickness of snow cover. While active layer in Domo, where the wind action conditions a scarce and discontinuous snowpack, thaw to 0.85 m, in Cerro Negro, with moderate snow cover, was 0.9 m, and in Escondido, with abundant snow reached 1.5 m. The duration and persistence of snow cover determines the thickness of the active layer as well as the type and intensity of geomorphological processes prevailing across the basins. Key words: active layer, Antarctica, Byers Peninsula, permafrost, topography. 745

5 INTRODUCCIÓN La topografía ejerce un papel clave en la distribución del permafrost en zonas en las que las temperaturas medias anuales son ligeramente negativas. La topografía condiciona la duración y espesor del manto nival, que, a su vez, controla las temperaturas subsuperficiales (Zhang et al., 2005). En las áreas litorales deglaciadas situadas en el extremo noroccidental de la Península Antártica, como es el caso de la península Byers, localizada en la Isla Livingston, que pertenece a las Islas Shetland del Sur (ISS), el permafrost es esporádico/discontinuo por debajo de m s.n.m. y continuo en las zonas más elevadas (ej. Vieira et al., 2010; de Pablo et al., 2013, 2014). No obstante, este patrón espacial se ve afectado por factores locales, tales como la geología y la topografía. En enero de 2014 se instalaron tres puntos de control de la temperatura de la capa activa en la península Byers a altitudes comprendidas entre 45 y 100 m. Los sitios de muestreo están situados en cuencas lacustres (que hemos denominado Escondido, Cerro Negro, Domo) que presentan diferentes condiciones geomorfológicas y topográficas. El objetivo de la investigación se centra en examinar el papel que ejerce la topografía y las condiciones microclimáticas en el régimen térmico de la capa activa, con el fin de identificar los factores que controlan los procesos geomorfológicos en estas cuencas lacustres. ÁREA DE ESTUDIO Las ISS son un archipiélago emplazado en el extremo noroccidental de la Península Antártica. Estas islas están cubiertas por glaciares en más del 90% de su extensión, a excepción de la isla volcánica de Decepción, con cerca de un 60% de la misma ocupada por el hielo glaciar. FIGURA 1. Localización de la península Byers en las ISS (arriba) y distribución de los puntos de control en dicha península (abajo) Esta comunicación se centra en la península Byers, situada en el margen occidental de la isla Livingston (Fig. 1). Este sector constituye el espacio deglaciado de mayor extensión de este archipiélago, con aproximadamente 60 km 2. La deglaciación de Byers propició la aparición de numerosos cuerpos lacustres. La distribución de la red de drenaje (Mink et al., 2012), así como el análisis de los sedimentos de algunos de ellos ha permitido reconstruir el calendario del retroceso glaciar (Toro et al., 2013; Oliva et al., 2016). El control de las temperaturas del suelo y del aire se ha realizado en tres lagos: Escondido, Cerro Negro y Domo. Las cuencas de estos tres lagos presentan características topográficas distintas, que determinan unos procesos geomorfológicos diferentes en cada caso. El lago Escondido está emplazado en una cubeta entre tres picos, lo que favorece la so- 746

6 brealimentación nival por el barrido de la nieve efectuado por el viento. La cuenca lacustre del lago Cerro Negro es de reducidas dimensiones, estando localizada en la parte superior de un pequeño circo glaciar al pie de los dos picos principales del pitón volcánico homónimo. Finalmente, Domo es el lago más próximo al frente glaciar actual del Domo Rotch. Se trata de un área muy abierta de relieve suave y muy venteada. METODOLOGÍA En enero de 2014 se instalaron un conjunto de sensores al pie de cada lago, con el objetivo de monitorizar las temperaturas de suelo y del aire en cada cuenca. En esta comunicación se presentan los datos del primer año de medición. La temperatura del suelo se midió con sensores I-Button emplazados en el seno de una perforación de 80 cm de profundidad, mientras que la temperatura del aire se midió con termorregistradores TinyTag. En ambos casos el intervalo de medición fue de 2 h. El emplazamiento y características geográficas de cada punto de control se resume en la Tabla I. Lugar Escondido Cerro Negro Domo Latitud Longitud 62º S 61º W 62º S 61º W 62º S 60º W Altitud (m) Cubierta nival cuenca 2014/2015 (%) 92 >60 / > ~35 / ~50 45 ~30 / ~25 Tabla I. Localización y cobertura nival en los puntos de control RESULTADOS Temperaturas del aire. Las temperaturas del aire mostraron muy poca variabilidad entre los diferentes sitios durante el período de estudio, como consecuencia de la poca diferencia de altura entre las estaciones. Las temperaturas medias oscilaron entre -2.6 C en el caso de Domo y -2.7 C en Escondido y Cerro Negro. A su vez, también se registraron pequeñas diferencias en las temperaturas máximas absolutas, fluctuando entre 6,1 C (Domo) y 6,5 C (Escondido), así como en las mínimas absolutas, que alcanzaron -13,4 C (Escondido) y -13,9 C (Cerro Negro). Las temperaturas medias estacionales también presentaron poca variabilidad interanual. Régimen térmico del suelo. La evolución del régimen térmico del suelo en las tres estaciones durante el período de estudio se muestra en la Fig. 2. Las temperaturas medias diarias del suelo en Escondido mostraron una variabilidad anual mínima a lo largo de los primeros 80 cm de profundidad del suelo. Las temperaturas medias oscilaron entre -0,1 C (20 a 80 cm) y -0,2 C (10 cm), con amplitudes diarias muy bajas, entre 0,0 C (40 a 80 cm) y 0,4 C (10 cm). Las temperaturas máximas del suelo oscilaron entre 6,3 C (10 cm) y 0,2 C (80 cm), mientras que las temperaturas mínimas fluctuaron entre -2,5 C (10 cm) y -0,7 C (80 cm). La capa activa permaneció descongelada hasta el 14 de agosto de 2014 a 80 cm de profundidad, mientras que a la profundidad 10 cm se congeló el 17 de julio de Por otra parte, el descongelamiento de la capa activa de los 10 cm a 50 cm de profundidad se inició entre 14 y 16 de diciembre 2014, estabilizándose las temperaturas en valores ligeramente positivos, de 0,1 a 0,2 C. El régimen térmico del suelo en Cerro Negro mostró más variabilidad que en Escondido durante el período de estudio (Fig. 2). Las temperaturas medias del suelo fueron negativas, con -0.7 C a 5 cm de profundidad y -0.4 C a 80 cm. A estas profundidades, las temperaturas máximas oscilaron entre 13,7 C y 0,2 C, mientras que el mínimo osciló entre 747

7 FIGURA 2. Evolución de temperaturas en el aire y en los diferentes puntos de control entre enero de 2014 y enero de ,2 C y -1,5 C, respectivamente. Las amplitudes máximas diarias de las temperaturas del suelo siguieron un patrón similar a las temperaturas máximas del aire, llegando a 14,6 C a 5 cm de profundidad y sólo 0,1 C a 80 cm. Sin embargo, la amplitud media diaria durante todo el período enero de 2014 a enero de 2015 fue tan sólo de 1,2 C a 5 cm, e incluso de 0,0 C en las profundidades de 60 y 80 cm. En Cerro Negro, los termorregistradores próximos a la superficie (5 y 10 cm) se volvieron a congelar el 11 de mayo de 2014, aunque a 80 cm de profundidad el suelo se mantuvo congelado hasta el 15 de junio de El descongelamiento de la capa activa se inició el 1 de diciembre de 2014, aunque solo se alcanzaron los 25 cm más superficiales a principios de enero de Domo registró la mayor variabilidad de las temperaturas del suelo de todas las estaciones (Fig. 2). La media de las temperaturas del 748

8 suelo pasó de -1.3 C a 5 cm de profundidad a -0.7 C a 80 cm. En las mismas profundidades, las temperaturas máximas del suelo alcanzaron 17,9 C y 0,2 C, respectivamente, mientras que el mínimo fluctuó entre -9,9ºC y -2,4ºC. Las amplitudes máximas diarias disminuyeron significativamente en profundidad, pasando de 19,8 C en 5 cm a 0,3 C a 80 cm. Por otro lado, la amplitud media diaria varió entre 2,3 C a 5 cm y 0,0 C a 80 cm. La capa activa a una profundidad de 5 a 20 cm se congeló el 9 de mayo de 2014, y en solamente 18 días (26 de mayo de 2014) el suelo congelado llegó a 80 cm de profundidad. El descongelamiento de la capa activa a finales de 2014 se inició entre finales de octubre y principios de noviembre, cuando el sustrato se descongeló hasta 10 cm de profundidad. La descongelación rápida de la capa activa se inició más tarde, alrededor del 25 noviembre de 2014, y llegó a 80 cm de profundidad 15 días más tarde. DISCUSIÓN Las temperaturas medias anuales del aire tuvieron valores muy similares en los tres sitios (-2,6 a -2,7ºC). En cambio, las temperaturas del suelo mostraron un patrón muy diferente, lo que sugiere el control del espesor y la duración de la nieve en la termicidad del suelo (Zhang et al., 2005). La nieve aísla el suelo de las fluctuaciones climáticas externas (Goodrich, 1982). A su vez, la acumulación y duración de la nieve se ve condicionada por el relieve. La proyección de las temperaturas en profundidad permite estimar un espesor de la capa activa estimado en 0,85 m en Domo, 0,9 m en Cerro Negro y 1,5 m Escondido. El efectivo barrido de la nieve en Domo, donde ésta persiste en el suelo de manera discontinua durante la estación invernal y desaparece rápidamente en verano, expone la superficie a las variaciones térmicas y permite una capa activa menos espesa. En Escondido, por el contrario, su emplazamiento en el fondo de una depresión rodeada de cumbres favorece una sobrealimentación nival: el manto nival es más espeso, continuo y se prolonga hasta bien entrada la estación de fusión. Ello impide la penetración de la onda fría en profundidad, lo que se traduce en una capa activa más profunda. La situación en Cerro Negro es más parecida a Domo, aunque el hecho de tener mayor innivación favorece una capa activa ligeramente más profunda. Consecuentemente, los procesos geomorfológicos que operan en las cuencas de los lagos se ven afectadas por variables dependientes de la interrelación ente nieve y topografía: acumulación y fusión de la nieve, congelamiento y descongelamiento de la capa activa, movimientos de masa, transporte de sedimentos, etc. (French, 2007). Por ello, para una correcta interpretación de los procesos limnológicos presentes y pasados cabe incluir el rol que ejerce la topografía en el dinamismo geomorfológico de sus cuencas. CONCLUSIONES El control de la termicidad de la capa activa en tres sectores de topografía contrastada en el extremo occidental de la isla Livingston, ha puesto de manifiesto el control que ejerce la topografía en el espesor y duración del manto nival y, consecuentemente, en el ritmo térmico y profundidad de la capa activa. La mayor presencia de nieve aísla térmicamente el suelo de las oscilaciones térmicas y favorece una capa activa más profunda. Un manto nival más superficial y discontinuo permite una mayor penetración de las temperaturas negativas en el suelo, que inducen a la existencia de una capa activa menos profunda. AGRADECIMIENTOS Este trabajo fue financiado por el proyecto de investigación HOLOANTAR (Holocene 749

9 environmental change in the Maritime Antarctic. Interactions Between permafrost and the lacustrine environment) y el Programa Polar Portugués (PROPOLAR), ambos sufragados por la Fundação para a Ciência e a Tecnologia de Portugal. Un agradecimiento especial también para los Programas Antárticos de Brasil y Chile, cuyo apoyo facilitó la logística de campo. El primer autor agradece a la AXA Research Fund el apoyo recibido para llevar a cabo sus actividades de investigación. BIBLIOGRAFÍA de Pablo, M.A., Blanco, J.J., Molina, A., Ramos, M., Quesada, A. y Vieira, G Interannual active layer variability at the Limnopolar Lake CALM site on Byers Peninsula, Livingston Island, Antarctica. Antarctic Science, 25, de Pablo, M.A., Ramos, M. y Molina. A Thermal characterization of the active layer at the Limnopolar Lake CALM-S site on Byers Peninsula (Livingston Island), Antarctica. Solid Earth, 5, French, H The Periglacial Environment third edition. Goodrich, L.E The influence of snow cover on the ground thermal regime. Canadian Geotechnical Journal, 19, Mink, S., López-Martínez, J., Maestro, A., Garrote, J., Ortega, J.A., Serrano, E., Durán, J.J. y Schmid, T., Insights into deglaciation of the largest ice-free area in the South Shetland Islands (Antarctica) from quantitative analysis of the drainage system. Geomorphology, 225, Oliva, M., Antoniades, D., Giralt, S., Granados, I., Pla, S, Toro, M., Sanjurjo, J., Liu, E.J. y Vieira, G The Holocene deglaciation of the Byers Peninsula (Livingston Island, Antarctica) based on the dating of lake sedimentary records. Geomorphology, 261, Toro, M., Granados, I., Pla, S., Giralt, S., Antoniades, D., Galán, L., Martínez-Cortizas, A., Soo Lim, H. y Appleby, P.G Chronostratigraphy of the sedimentary record of Limnopolar Lake, Byers Peninsula, Livingston Island, Antarctica. Antarctic Science, 25 (2), Vieira, G., Bockheim, J., Guglielmin, M., Balks,M., Abramov, A.A., Boelhouwers, J., Cannone, N., Ganzert, L., Gilichinsky, D., Goryachkin, S., López-Martínez, J., Meiklejohn, I., Raffi, R., Ramos, M., Schaefer, C., Serrano, E., Simas, F., Sletten, R. y Wagner, D Thermal state of permafrost and active-layer monitoring in the Antarctic: advances during the International Polar Year Permafrost and Periglacial Processes, 21, Zhang, T Influence of the seasonal snow cover on the ground thermal regime: an overview. Reviews of Geophysics, 43, RG

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