Petrología, sedimentología y geoquímica de los travertinos y tobas del Barranco de Azuaje (Gran Canaria) : características e implicaciones

Abstract

[EN] The aim of the present Doctoral Thesis is the petrographic and geochemical characterizaƟ on of the spring and fl uvial carbonate deposits (traverƟ nes and tufas) of the Barranco de Azuaje, in the island of Gran Canaria. From this characterizaƟ on the paleoenvironmental and paleoclimate implicaƟ ons of the presence of these carbonates in this context are discussed. To this end, diff erent fi eld campaigns have been carried out in which samples have been taken, straƟ graphic columns and fi eld schemes have been made as well as the collecƟ on of abundant photographic material. Samples have been studied using convenƟ onal (transmiƩ ed and refl ected light), and scanning electron microscopy (SEM). X-ray diff racƟ on, electron microprobe, and cathodoluminescence and EDS (backscaƩ ered electron detector) coupled to SEM analyses have been performed. Carbon and oxygen stable isotopes and 87Sr/86Sr relaƟ on analyses have also been obtained, as well as daƟ ng using the U / Th and 14C methods. The Azuaje Ravine is located in the north of the island, entrenched on volcanic rocks mainly Pliocene to Pleistocene, coming to appear in some points a Miocene phonoliƟ c substrate. It is one of the longest ravines of the island, and one of the most deeply incised of the northern part of Gran Canaria, with a history of incision that dates back to about 2.29 Ma. The carbonate deposits are located in a secƟ on about 3 km within the ravine. In the upper part of this secƟ on perched deposits (proximal deposits) aƩ ached to the walls of the ravine, and deposits in fl uvial posiƟ on (medium deposits) occur, both with predominantly traverƟ ne textures. In the lower part of this secƟ on of ravine, the deposits only appear in fl uvial posiƟ on (distal deposits), and they present tufa-like textures. The facies of the most common proximal and medium deposits are those developed on fi xed (autochthonous) substrates, such as boundstones of stromatolites, bryophytes, dendrites, and less frequently coated stems (mainly hanging stems). The primary crystalline facies form crystalline crusts with palisade, fan or botryodal crystal arrangements, or as concentric envelopes in speleothems. The most common loose (allochthonous) parƟ cles are packstones-grainstones to rudstones of oncoids, raŌ s, coated bubbles, wackestonespackstones of phytoclasts, and someƟ mes intraclasƟ c packstones-grainstones. In distal deposits, the most common facies are boundstones of stromatolites,

bryophytes, encrusted stems and algae, rudstones of oncoids, and intraclasts (mainly broken coated stems). These deposits have higher porosity and higher content in plant molds and imprints, than the proximal and medium deposits. Mineralogy is mostly calcium carbonate. The proximal and medium deposits are made of aragonite, calcite or mixtures of both in diff erent proporƟ ons. In the distal deposits there is only calcite. Other idenƟfi ed mineral phases are oxides and oxyhydroxides of iron, manganese, and more excepƟ onally of aluminum. Other mineral phases that may be present are halite and phyllosilicates, which are not very abundant, as well as other silicates derived from the erosion of volcanic rocks in the area (feldspars, clinopyroxenes, etc.). Geochemical analyses indicate that calcite contains magnesium (less than 4 mol%, excepƟ onally up to 6 mol%), appreciable amounts of manganese (decreasing proporƟ on in a proximal-distal direcƟ on), and someƟ mes iron. The aragonite contains less caƟ ons than calcite, usually stronƟ um, and less commonly barium. Other minor but commonly occurring elements are sodium, chlorine, sulfur, aluminum and silicon. The values of δ18O vary between -2.08 and -11.55 ‰ (V-PDB), and are compaƟ ble with a meteoric origin of the water. Values of δ13C ranging from +3.60 to +14.32 ‰ (V-PDB) have typically been related to CO2 from an endogenous source. These values are similar to those described in other traverƟ nes of diff erent geological and climaƟ c seƫ ngs. The values of 87Sr/86Sr obtained for the samples of Azuaje are in the range of 0.703361 to 0.703765, being very close to those of the volcanic rocks of Gran Canaria. This suggests that stronƟ um, and consequently calcium, are sourced from volcanic rocks. U/Th daƟ ng provided dates ranging from 3.7 to 2.8 ka, framed in the Holocene, in an arid climate similar to the present one. CalculaƟ ons of temperatures, isotope fracƟ onaƟ ons and original isotopic values of water and CO2 have been performed using isotopic fracƟ onaƟ on equaƟ ons as a funcƟ on of temperature. The results yield isotopic signals of δ13CCO2 and δ18OW similar to those described in the present groundwater of the island. Temperatures were generally above 20 °C, excepƟ onally reaching 40 °C or higher in some proximal areas of the system. Facies, crystalline morphologies, mineralogical and geochemical composiƟ ons, as well as isotopic signals of carbon, oxygen and stronƟ um suggest that these deposits were formed with a higher piezometric level than the present one, from waters with temperatures higher than 20-25 ˚C, pH lower than 7, high dissolved CO2 contents of

endogenous origin, supersaturated in CaCO3 and with important contents of Mg, Mn, Fe, Na, Cl and Si. PrecipitaƟ on occurred under condiƟ ons of strong chemical disequilibrium, which decreased in the proximal-distal direcƟ on, guided mainly by mechanical degassing of CO2. These waters emerged in the area through a fracture that follows the layout of the ravine and aff ects the oldest materials of the island. Although a higher aquifer level than current condiƟ ons could be due to a shorter wet period, the presence of these deposits could be related to the evoluƟ on of the insular aquifer from climate change to condiƟ ons of greater aridity of the Middle Holocene.

[ES] La presente Tesis Doctoral ha tenido como objeƟ vo la caracterización petrológica y geoquímica de los depósitos carbonáƟ cos de mananƟ al y fl uviales (traverƟ nos y tobas) del Barranco de Azuaje, en la isla de Gran Canaria. A parƟ r de dicha caracterización se discuten las implicaciones paleoambientales y paleoclimáƟ cas de la presencia de estos carbonatos en este contexto. Para ello se han llevado a cabo disƟ ntas campañas de campo en las que se han tomado muestras, se han levantado columnas estraƟ gráfi cas, se han realizado esquemas y la toma de abundante material fotográfi co. Las muestras han sido estudiadas mediante microscopía ópƟ ca (luz transmiƟ da y refl ejada), y microscopía electrónica (SEM). Se han realizado análisis de difracción de Rayos-X, microsonda electrónica, y cátodoluminiscencia y EDS (detector de electrones retrodispersados) acoplados al SEM. También se han realizado análisis isotópicos de carbono, oxígeno y estroncio, así como dataciones mediante los métodos del U/Th y del 14C. El Barranco de Azuaje, donde se encuentran estos depósitos, está situado al N de la isla, encajado sobre rocas volcánicas principalmente pliocenas a pleistocenas, llegando a afl orar en algunos puntos un sustrato fonolíƟ co Mioceno. Es uno de los barrancos más largos de la isla, y uno de los más profundamente incididos de la parte norte de Gran Canaria, con una historia de incisión que se remonta a unos 2.29 Ma. Los depósitos carbonáƟ cos se encuentran en un tramo de unos 3 km del barranco. En la parte más alta de este tramo aparecen depósitos colgados (depósitos proximales), adosados a las paredes del barranco, y depósitos en posición fl uvial (depósitos medios), ambos con texturas predominantemente traverơ nicas. En la parte más baja de este tramo de barranco, los depósitos aparecen exclusivamente en posición fl uvial (depósitos distales), y presentan texturas tobáceas. Las facies de los depósitos proximales y medios más comunes son las desarrolladas sobre sustratos fi jos (autóctonas), como los boundstones de estromatolitos, briofi tas, algas, dendritas, y menos frecuentemente de tallos con cubiertas (principalmente colgantes); las facies cristalinas primarias forman costras de cristales en empalizada, en abanico o en botrioides, o bien como envueltas concéntricas en espeleotemas. Las texturas formadas por parơ culas sueltas (alóctonas s.l.) más comunes son los packstonesgrainstones a rudstones de oncoides, plaquetas, burbujas con cubiertas, los wackestonespackstones de fi toclastos, y en ocasiones packstones-grainstones intraclásƟ cos

En los depósitos distales, las facies más comunes son los boundstones de estromatolitos, briofi tas, tallos con cubiertas y algas, los rudstones de oncoides, y de intraclastos (principalmente tallos con cubiertas rotos). Estos depósitos presentan mayor porosidad y un elevado contenido en moldes e improntas vegetales, que los depósitos proximales y medios. La mineralogía es fundamentalmente carbonáƟ ca. Los depósitos proximales y medios son aragoníƟ cos, calcíƟ cos o mezclas de ambos en disƟ ntas proporciones. En los depósitos distales la mineralogía es exclusivamente calcíƟ ca. Otras fases minerales idenƟfi cadas son los óxidos y oxihidróxidos de hierro, de manganeso, y más excepcionalmente de aluminio. La halita y los fi losilicatos, en general son poco abundantes, al igual que otros silicatos derivados de la erosión de las rocas volcánicas de la zona (feldespatos, clinopiroxenos, etc.). Los análisis geoquímicos indican que la calcita conƟ ene siempre magnesio (menos del 4% mol, excepcionalmente hasta 6% mol), canƟ dades apreciables de manganeso (disminuyendo de proporción en senƟ do proximal-distal), y a veces de hierro. El aragonito conƟ ene menos caƟ ones disƟ ntos al calcio que la calcita, siendo frecuente la entrada de estroncio, y menos comúnmente de bario. Otros elementos minoritarios, pero que aparecen muy frecuentemente son el sodio, cloro, azufre, aluminio y silicio. Los valores de δ18O de entre -2.08 y -11.55 ‰ (V-PDB), son compaƟ bles con un origen meteórico del agua. Los valores de δ13C de +3.60 a +14.32 ‰ (V-PDB) han sido ơ picamente relacionados con CO2 de un origen endógeno. Dichos valores son similares a los descritos en otros traverƟ nos de disƟ ntos contextos geológicos y climáƟ cos. Los valores de 87Sr/86Sr obtenidos para las muestras de Azuaje se encuentran en el rango de entre 0.703361 y 0.703765, siendo muy próximos a los de las rocas volcánicas de Gran Canaria. Esto sugiere que el origen del estroncio, y en consecuencia el del calcio, es la meteorización de rocas volcánicas. Las dataciones mediante el método del U/Th arrojan edades en el rango de 3.7 a 2.8 ka, enmarcándose en el Holoceno, en una situación climáƟ ca de aridez semejante a la actual. Se han realizado cálculos de temperaturas, fraccionamientos isotópicos y valores isotópicos originales del agua y el CO2, mediante el uso de ecuaciones de fraccionamiento isotópico en función de la temperatura. Los resultados arrojan señales isotópicas de δ13CCO2 y δ18OW similares a las descritas en las aguas subterráneas actuales de la isla. Las temperaturas fueron en general superiores a los 20 °C, llegando excepcionalmente a 40 °C o más en algunas zonas proximales del depósito.

Las facies, las morfologías cristalinas, las composiciones mineralógicas y geoquímicas, así como las señales isotópicas de carbono, oxígeno y estroncio sugieren que estos depósitos se formaron con un nivel piezométrico más alto que el actual, a partir de aguas con temperaturas superiores a 20-25 ˚C, pH inferiores a 7, altos contenidos de CO2 disuelto de origen endógeno, sobresaturadas en CaCO3 y con contenidos importantes de Mg, Mn, Fe, Na, Cl y Si. La precipitación se produjo bajo condiciones de fuerte desequilibrio químico, que disminuía en senƟ do proximal-distal, guiado principalmente por desgasifi cación mecánica de CO2. Dichas aguas emergían en la zona a través de una fractura que sigue la traza del barranco y que afecta a los materiales más anƟ guos de la isla. Si bien el nivel piezométrico del acuífero más alto que el actual se podría deber a un corto período más húmedo, la presencia de estos depósitos podría estar en relación con la evolución del acuífero insular desde el cambio climáƟ co a condiciones de mayor aridez del Holoceno Medio.