L’anàlisi de la sedimentologia, geometria i trajectòria de diverses clinoformes deltaiques successives en estudis d'aflorament o en bases de dades de sísmica de reflexió han estat àmpliament utilitzats com una eina per a (1) inferir canvis en el nivell del mar i per a (2) interpretar els factors de control a curt i llarg termini sobre la evolució dels marges de conca, així com en la durada i tipus de transport de sediment groller des dels continents fins als oceans. Els models deposicionals, majoritàriament enfocats en la influència de l’eustatisme (acomodació) i l‘aport de sediment, principalment a partir de dades sísmiques de gran escala, mostren un menor interès/focus en l’anàlisi de fàcies i els procesos deposicionals que s’en infereixen, els quals operen en diferents posicions al llarg dels clinotemes individuals, i en l’estudi de com aquests procesos canvien amb la trajectòria i el temps. Les seqüències deposicionals de Castissent, de l’Eocè inferior (alogrup de Castissent, Pirineus sud-centrals, Espanya) consisteixen principalment, a la conca d’Ainsa, en dipòsits de barra de desembocadura i lòbuls sorrencs de front deltaic en transició a turbidites de talús, formats en un sistema de river-delta dominat per avingudes. La deposició d’aquests cossos sedimentaris va estar fortament controlada per la interacció entre fluxos hiperpícnics d’origen continental, la influència dels processos litorals sobre aquests fluxos, i l’activitat tectònica, tant local com regional, la cinemàtica sinsedimentària de la qual encara no ha estat explicada en suficient detall. La cartografia i correlació de cicles sedimentaris d’alta freqüència evidencia que aquests poden ser considerats clinotemes deltaics limitats per les seves relatives superfícies límit o clinoformes (discordances sigmoïdals), la formació de les quals estaria estrictament controlada per l’activitat tectònica. Per altra banda, els perfils sísmics d’alta resolució vinculats a dades de pou i sondejos proporcionen els mitjans necessaris per a lligar l’arquitectura deposicional (trajectòria de clinoformes) amb els processos i patrons de dispersió de sediment. L’Expedició 313 de l’IODP (Integrated Ocean Drilling Program) va perforar un grup de clinotemes del Miocè a l’offshore de Nova Jersey per tal de capturar un registre complet de varacions del nivell del mar a través de la integració d’estratigrafia sísmica, dades de pou i sondejos, i cronostratigrafia. En la base de dades de l’Expedició 313, aquesta valoració es pot efectuar a través de diferents clinotemes successius, amb els respectius anàlisis de facies i interpretacions de processos i ambients deposicionals al llarg d’un mateix clinotema (Poyatos-Moré and Hodgson, 2012; Hodgson et al., in prep.). No obstant, estudis d’aflorament com el de les seqüències de Castissent o de subsòl com el de Nova Jersey tracten sovint l’acomodació i l’aport sedimentari com un problema bidimensional, mitjancant l’anàlisi d’un perfil de marge de conca paral·lel a la direcció principal de l’aport. Els resultats d’aquests estudis han estat comparats amb la part inferior de la Formació Waterford (Conca de Karoo, Sud-àfrica), un cas d’estudi d’aflorament tridimensional d’un sistema de talús-plataforma exhumat, que permet la identificació de la posició del rollover de la clinoforma i de les associacions de fàcies al llarg de tres perfils deposicionals paral·lels a l’aport (Jones, 2013; Jones et al., 2013a and b). Aquests perfils de marge de conca de la Fm Waterford mostren tots ells trajectòries similars, tot i que amb una significativa variabilitat lateral pel que fa a la presencia de sorra al talús. D’aquesta manera, aquest estudi demostra que la variabilitat lateral en la fisiografia dels marges de conca afecta significativament a la dispersió de sediment entre ambients de plataforma, talús i fons de conca, i ha de ser per tant considerada, juntament amb el règim de processos, com a factor de control clau quan s’intenten elaborar prediccions de bypass de sediment en successions de marge de plataforma. / The analysis of sedimentology, geometry and trajectory of successive deltaic clinoforms in outcrop-based studies or in high-resolution reflection seismic datasets has been widely employed as a tool to (1) infer relative sea-level changes and (2) to interpret short and long-term factors controlling basin margin evolution and timing of coarse-grained sediment delivery from continents to oceans. Sea-level (accommodation) and sediment supply-driven models have been developed mainly on large-scale seismic data, with less focus on sedimentary facies analysis and inferred depositional processes in operation at different positions along individual clinothems, and how these process change with trajectory and time. The Lower Eocene Castissent depositional sequences (Castissent Group, South-Central Pyrenees, Spain) mainly consist, in the Ainsa basin, in mouth-bar deposits and delta front sandstone lobes in transition to slope turbidites, deposited in a flood-dominated river-delta system. Deposition of these bodies was strongly controlled by the interaction between continental-derived hyperpycnal flows, the influence of shoreline processes over these flows and the local and regional tectonic activity, whose syn-sedimentary thrust-and-fold kinematics has not been explained in enough detail yet. Field mapping and correlation of high-frequency cycles show that they can be considered deltaic clinothems bounded by clinoform surfaces (their sigmoid bounding unconformities) whose formation is strictly controlled by tectonics. Moreover, high resolution seismic profiles tied to cored and dated boreholes data provide a means to link the depositional architecture (clinoform trajectory) to sediment dispersal processes and patterns. IODP Expedition 313 cored a set of Miocene clinothems offshore New Jersey to capture a complete record of sea-level change through integration of seismic stratigraphy, core and well logs, and chonostratigraphy. In the Expedition 313 dataset, this analysis can be performed over successive clinothems, with the assessment of sedimentary facies and process-based interpretations of environments of deposition down a single clinothem (Poyatos-Moré and Hodgson, 2012; Hodgson et al., in prep.). However, some outcrop-based studies like the Castissent sequences or subsurface-based studies like the New Jersey margin commonly treat accommodation and sediment supply as a 2D problem, by analyzing a margin profile parallel to the main sediment route. The results of these works have been compared with the lower Waterford Formation (Karoo basin, South-Africa), which provides a 3D outcrop-based case study of an exhumed shelf-to-slope system that allows the identification of clinoform rollover positions and depositional facies associations along three depositional dip profiles (Jones, 2013; Jones et al., 2013a and b). These parallel basin margin profiles of the lower Waterford Formation show all broadly similar trajectories, although with a significant along-margin variability. Thus, strike variability in basin margin physiography strongly affects sediment dispersal between shelf, slope and basin floor settings and it must be therefore considered together with process regime as a key controlling factor when attempting stratigraphic predictions of sediment bypass in shelf-margin successions.

El Alto Atlas de Marruecos se formó por la inversión durante el Cenozoico de un rift continental que se formó durante el Triásico-Jurásico. El Alto Atlas de Marrakech, donde afloran principalmente materiales del basamento y del Triásico sinrift, había sido considerado como un alto o zona poco subsidente durante el rifting Triásico-Jurásico. El estudio multidisciplinario presentado en esta tesis, que integra análisis estructural y termocronología de baja temperatura, revela que el rifting Triásico-Jurásico tuvo un desarrollo completo en el Alto Atlas de Marrakech (con espesores de materiales Triásico-Jurásicos de hasta 4.5-6 km) y por tanto, sugiere que el rift del Tethys y del Atlántico estaban conectados durante el Triásico hasta el Jurásico medio-superior. El estudio de las principales cuencas Triásicas y sus fallas limitantes indican un mecanismo de apertura en extensión, siendo los movimientos direccionales menores, lo que difiere de previas interpretaciones que sugerían un modelo de apertura con movimientos direccionales importantes, incluyendo la zona de falla de Tizi n’Test. La buena exposición de las fallas y cuencas Triásicas proporciona buenos análogos de campo para la exploración en el subsuelo de sistemas extensionales de pre-sal. El análisis estructural también muestra que el rift del Alto Atlas de Marrakech fue estrecho, muy segmentado y que se desarrolló en una dirección ortogonal a la dirección de extensión regional de la época (~NW-SE), a diferencia del Alto Atlas central que desarrolló de forma oblicua. Esta diferencia en la orientación del rift la atribuyo a la indentación del macizo precámbrico del Ouzellarh (parte del Cratón Africano), que desvió la dirección general del rift evidenciando el marcado rol que ejerce la anisotropía litosférica heredada en la dirección y evolución del rift. En cuanto a los resultados de termocronología de (U-Th)He, las edades de enfriamiento de zHe del Jurásico medio-superior a Cretácico inferior obtenidas en el Alto Atlas de Marrakech indican que la subsidencia relacionada con el rift cesó en el Jurásico medio tardío, seguida por un periodo de exhumación en el que se erosionaron 2-3 km de roca. Este resultado, conjuntamente con resultados similares obtenidos por autores previos en la Meseta y el Anti-Atlas muestran una amplia área de exhumación durante esa época, siguiendo la orientación del margen Atlántico. Los modelos térmicos basados en los datos de termocronología de zHe y aHe indican que la orogenia Atlásica en las zonas internas de la cordillera empezó en el Cretácico superior. Los modelos muestran que la exhumación relacionada con la compresión se aceleró en el Oligoceno o en el Mioceno, lo cual es coherente con depósitos sinorogénicos datados anteriormente en las cuencas de antepaís periféricas. El acortamiento orogénico en el Alto Atlas de Marrakech se acomodó por pliegues de gran longitud de onda donde el basamento está involucrado, y por la creación de cabalgamientos de tipo shortcut o by-pass. Los indicadores de movimiento direccional en dichos cabalgamientos son menores. Tanto las evidencias estructurales de campo como los datos de termocronología indican que les fallas activas durante la extensión Triásico-Jurásico no fueron reactivadas en la etapa compresiva, actuando como butresses. La comparación entre las secciones estructurales actuales y la reconstrucción de las cuencas Triásicas-Jurásicas apoyada en la termocronología sugiere acortamientos mínimos totales para el Alto Atlas de Marrakech de entre 13 y 14.2 km (21% y 17% respectivamente). / The High Atlas of Morocco is an aborted continental rift developed during the Triassic-Jurassic and moderately inverted during the Cenozoic. The Marrakech High Atlas, with large exposures of basement and Triassic early syn-rift deposits, has been viewed as a morphologic high or a poorly subsiding domain during the Triassic-Jurassic rifting. The multidisciplinary approach presented in this thesis that integrates structural analysis and low-temperature thermochronology reveals that the Triassic-Jurassic rift was well developed in the Marrakech High Atlas (4.5-6 km thickness of Triassic-Jurassic deposits) and suggests that the Tethys and Atlantic rifts were connected in Triassic to Mid-Late Jurassic times. The main Triassic basins and basin-margin faults show a dominant dip-slip opening kinematics with strike-slip playing a minor role, at variance to models proposing a major strike-slip component, including faults belonging to the Tizi n’Test fault zone. Well-exposed fault and graben structures provide good analogues for the exploration of pre-salt systems in the subsurface. This multidisciplinary study also shows that the Marrakech High Atlas was a narrow and highly segmented orthogonal rift (sub-perpendicular to the main regional extension direction which was ~NW-SE), in contrast to the central and eastern segments of the Atlas rift which developed obliquely. This difference in orientation is attributed to the indented Ouzellarh Precambrian salient, part of the West African Craton, which deflected the general rift trend in the area evidencing the major role of inherited lithospheric anisotropies in rift direction and evolution. The Mid-Late Jurassic to Early Cretaceous zHe cooling ages obtained in certain areas indicate that rift-related subsidence in the Marrakech High Atlas finished in late Mid Jurassic times and was followed by a period of exhumation where nearly 2-3 km of rock were eroded. This, together with previous results in the Moroccan Meseta and Anti-Atlas, define a Mid-Late Jurassic to Early Cretaceous exhuming high following the orientation of the current Atlantic margin. Thermal models based on thermochronologic data indicate that Atlas orogeny in the inner parts of the High Atlas started in the Late Cretaceous, and compression-related exhumation accelerated since the Oligocene or Miocene, consistent with dated tectonics-sedimentation relationships elsewhere. Shortening appears accommodated by basement-involved large-scale folding, and by newly formed shortcut or by-pass thrusting, with rare left-lateral strike-slip indicators. Field structural evidence and thermochronology show that Triassic faults were mostly not reactivated, acting as buttresses. The Triassic-Jurassic basins reconstruction assisted by thermochronology and on the constrained tectonic structures, when compared with present-day cross-sections, suggests minimum values of total shortening in the Marrakech High Atlas of 13 to 14.2 km (21% to 17%).

La hidrologia històrica quantitativa és una branca emergent de les ciències de la Terra que es basa en l’ús d’informació històrica (és a dir, informació produïda per les persones: documents, imatges, limnimarques) per a reconstruir el cabal pic de riuades antigues. Aquesta ciència multidisciplinària (molt propera, en concepte, a la paleohidrologia) utilitza mètodes d’historiografia, hidràulica, hidrologia, meteorologia, climatologia, estadística i, fins i tot, de les ciències socials, i té moltes aplicacions útils, no només en la planificació del risc d’inundacions, sinó també en la recerca hidrològica bàsica. Malgrat tot plegat, la hidrologia històrica quantitativa no s’ha convertit, de moment, en una eina d’ús general a Catalunya i a la conca de l’Ebre. Aquesta tesi desenvolupa algunes de les grans possibilitats de la hidrologia històrica quantitativa tot aplicant-la en diversos casos d’estudi en diferents conques de Catalunya i la conca de l’Ebre. La conclusió final és que l’ús de la hidrologia històrica millora la prevenció i la gestió del risc de riuades, tant en conques aforades com no aforades de la zona estudiada. / Era idrologia istorica quantitativa ei ua branca emergenta des sciéncies dera Tèrra que se base en emplec d’informacion istorica (ei a díder, informacion produsida pes persones: documents, imatges, limnimarques) entà rebastir eth cabau pic d'aiguats ancians. Aguesta sciéncia multidisciplinària (fòrça propèra, en concèpte, ara paleoidrologia) emplegue metòdes d’istoriografia, idraulica, idrologia, meteorologia, climatologia, estadistica e, autaplan, des sciéncies sociaus, e a fòrça aplicacions utiles, non sonque ena planificacion deth risc d’inondacions, mès tanben ena recèrca idrologica basica. Maugrat tot aquerò, era idrologia istorica quantitativa non s’a convertit, de moment, en un utís d’emplec generau en Catalonha e ena conca der Ebre. Aguesta tèsi desvolòpe bères ues des granes possibilitats dera idrologia istorica quantitativa en tot aplicar-la en diuèrsi casi d’estudi enes diferentes conques de Catalonha e dera conca der Ebre. Era conclusion finau ie qu’er emplec dera idrologia istorica melhore era prevencion e era gestion deth risc d’inondacions, tant en conques aforades coma no aforades dera zòna estudiada. / La hidrología histórica cuantitativa es una rama emergente de las ciencias de la Tierra que se basa en el uso de información histórica (es decir, información producida por las personas: documentos, imágenes, limnimarques) para reconstruir el caudal pico de riadas antiguas. Esta ciencia multidisciplinaria (muy próxima, en concepto, a la paleohidrología) utiliza métodos de historiografía, hidráulica, hidrología, meteorología, climatología, estadística e, incluso, de las ciencias sociales, y tiene muchas aplicaciones útiles, no sólo en la planificación del riesgo de inundaciones, sino también en la investigación hidrológica básica. A pesar de todo ello, la hidrología histórica cuantitativa no se ha convertido, de momento, en una herramienta de uso general en Cataluña y en la cuenca del Ebro. Esta tesis desarrolla algunas de las grandes posibilidades de la hidrología histórica cuantitativa aplicándola en varios casos de estudio en diferentes cuencas de Cataluña y la cuenca del Ebro. La conclusión final es que el uso de la hidrología histórica mejora la prevención y la gestión del riesgo de inundaciones, tanto en cuencas aforadas como no aforadas de la zona estudiada. / Quantitative historical hydrology is an emerging branch of Earth sciences that is based on the use of historical information (that is, man-made pieces of information: documents, pictures, flood marks) to reconstruct the peak flows of long-past floods. This multidisciplinary science (which is very close in concept to paleohydrology) uses methods from historiography, hydraulics, hydrology, meteorology, climatology, statistics, and even social sciences, and is full of possible useful applications, not only in flood risk management but also in basic hydrological research. However, quantitative historical hydrology is not being generally used in Catalonia or the Ebro River basin so far. This thesis develops some of the huge possibilities of quantitative historical hydrology by applying it to several study cases in different catchments in Catalonia and the Ebro River basin. The final conclusion is that the use of historical hydrology improves flood risk prevention and management, both in gauged and ungauged catchments within the studied area.

El Océano Ártico está caracterizado por la presencia de una cobertura de hielo marino, cuya extensión varía entre verano e invierno. El hielo marino incorpora material particulado y especies químicas asociadas (nutrientes, metales, contaminantes, etc.) durante su formación en las plataformas continentales. A lo largo de su ciclo de vida, diversos procesos físicos, químicos y biológicos determinan la concentración tanto de sedimentos del hielo marino (SIS) como de las especies químicas atrapados a ellos. Durante su deriva desde la costa a la cuenca ártica, el hielo intercepta/acumula especies químicas procedentes de la atmosfera, aunque SIS también puede incorporar especies químicas disueltas del agua superficial. Finalmente, durante el deshielo las especies químicas y SIS transportados son liberados al agua. Así, el hielo marino se convierte en un importante agente de transporte y distribución. Sin embargo, se desconoce cual es la eficiencia de intercepción de flujos atmosféricos, el origen tanto de SIS como de los radionúclidos incorporados, el tiempo de transito del hielo en el Océano ártico, así como la importancia del transporte de especies químicas y SIS y su liberación en las zonas de ablación. Para responder a dichas preguntas, un grupo de radionúclidos naturales (7Be, 210Po-210Pb y 234Th) y artificiales (137Cs, 239,240Pu), caracterizados por tener sus fuentes bien definidas y diferente vidas medias, fueron analizados en muestras de precipitación, hielo marino, agua superficial y por debajo del hielo, SIS muestreadas durante ARK XXII/2 (2007) a lo largo de la Cuenca ártica central. La distribución de 7Be muestra un enriquecimiento en el hielo marino con respecto al agua superficial. Puesto que todo 7Be incorporado el hielo durante su formación se ha desintegrado durante su deriva, el flujo atmosférico aparece como la fuente más importante de 7Be en el hielo. Mediante un balance de masa se estimó que el hielo intercepta aproximadamente 30% del flujo atmosférico de 7Be. Esta estimación podría ser extrapolada para otras especies químicas atmosféricas, como nutrientes o contaminantes. Dado que el hielo intercepta/acumula 7Be y 210Pb durante su deriva, éstos también podrían ser arrastrados por SIS, y por tanto ser utilizados para estimar su tiempo de transito. La presencia de radionúclidos artificiales en SIS (240Pu/239Pu ratio atómica, en combinación con las actividades de 137Cs y 239,240Pu) permiten delimitar su origen geográfico. SIS procedentes del mar de Laptev y Kara tienen 240Pu/239Pu ratios atómicas inferiores al global fallout (0.18), mientras que SIS procedentes de las plataformas de Alaska presentan 240Pu/239Pu ratios atómicos superiores al global fallout. Los datos muestran que la mayoría de SIS en la Cuenca Euroasiática vienen de las plataformas siberianas, en concordancia con los análisis de retro-trayectorias y los principales patrones de deriva. El uso de radionúclidos en SIS como trazadores para estimar el tiempo de transito y el origen del hielo, juntamente con el hecho que SIS no contenga 234Thxs o que sólo una pequeña fracción del 7Be en SIS sea explicada por el arrastre del agua superficial si todo 210Pb en SIS viene de esta fuente, hace que la deposición atmosférica sea la principal fuente de radionúclidos en SIS. La relevancia del hielo como agente de transporte y fuente de radionúclidos en las áreas de deshielo, como el Estrecho de Fram, se demuestra en que los flujos anuales de 7Be disuelto en hielo (67±55Bq·m-2·y-1) son comparables a los input atmosféricos en esta región (113-131Bq·m-2·y-1). Además, el flujo anual de SIS en este área, calculado usando el balance de masa de 7Be y el flujo promedio anual de área de hielo a través éste, es de media 240(4.5-1700)·106 toneladas, comparable descargadas anualmente por los ríos árticos (115·106 toneladas). / The Arctic Ocean is characterized by being covered by sea ice with a large variability between summer and winter. Sea ice incorporates particles and associated chemical species (metals, nutrients, contaminants, etc.) during its formation mainly in the continental shelves, while dissolved solutes are excluded. Along the whole life cycle of sea ice, diverse physical, chemical and biological processes determine the concentration of the sea-ice sediments (SIS) and chemical species entrapped in it. During its drifts offshore to the central Arctic Basin, sea ice also intercepts/incorporates chemical species from the atmosphere although, SIS may also incorporate some chemical solute compounds from the surface waters. Eventually, transported chemical species and SIS, are released to the underlying water column during melting process. Thus, sea ice becomes an important transport and distribution agent. However, the interception efficiency of atmospheric fluxes by sea ice, the origin of the entrapped SIS and radionuclides, the transit times of sea ice in the Arctic Ocean, as well as the importance of the transport of chemical species and SIS and its release in the ablation area are all poorly understood. To address these questions, a suite of natural (7Be, 210Po-210Pb and 234Th) and artificial (137Cs, 239,240Pu) radionuclides, characterized to have well-known sources and different half-lives, were analysed in samples from precipitation, sea ice, surface water, water beneath ice and SIS collected during the ARK XXII/2 expedition in 2007 along the central Arctic. The distributions of 7Be showed enrichment in sea ice (129±90Bq·m-3) with respect to surface water (7.1±1.3Bq·m-3). Since any 7Be incorporated to sea ice during its formation has decayed during drift, the direct atmospheric flux appears as the most important source of 7Be in sea ice. A mass balance was used to calculate that sea ice intercepts about 30% of the 7Be atmospheric flux. This estimation may be extrapolated to other atmospheric chemical species, such as nutrients or contaminants. Given that 7Be and 210Pb are intercepted and accumulated during sea ice transit and may also scavenge by SIS, both radionuclides can be used to assess sea ice transit time. The presence of SIS indicates that ice floes are formed in continental shelves. The presence of artificial radionuclides in SIS (240Pu/239Pu atom ratio, in combination with 137Cs and 239,240Pu activity) allow constraining their geographical origin. SIS originating in the Laptev and Kara Seas has 240Pu/239Pu atom ratios lower than those imprinted by global fallout (0.18), while SIS originating from the Alaskan shelf present 240Pu/239Pu atom ratios greater than global fallout. Data showed that most of the SIS in the Eurasian Basin originated from the Siberian shelves, in agreement with back-trajectory analyses and main drift patterns. The evidence of using 7Be/210Pb ratio, 137Cs and 239,240Pu in SIS as tracers to estimate sea ice transit time and origin, and the fact that SIS did not contain 234Thxs or that a small fraction of 7Be activity in SIS is explained by scavenging of seawater if all 210Pb in SIS does, make the atmospheric deposition the main source of radionuclides in SIS. The relevance of sea ice as a significant transport and source of radionuclides in melting areas, such as the Fram Strait, is reflected in the annual fluxes of dissolved 7Be carried by sea ice (67±55Bq·m-2·y-1), which are comparable to atmospheric inputs in this region (113-131Bq·m-2·y-1). In addition, the annual mass flux of SIS at the Fram Strait, assessed using a 7Be mass balance and the mean annual ice area efflux through it, is on average 240 (4.5-1700)·106 tons, value comparable to 115·106 tons discharged annually by Arctic rivers.

L’estudi integrat de la hidrologia subterrània, la geologia i l’estratigrafia del ventall deltaic fòssil del massís de Sant Llorenç del Munt (Eocè, província Barcelona) ha permès definir el model hidrogeològic conceptual. Aquest contribueix a la comprensió del funcionament hidrodinàmic d’aquest tipus de sistemes, condicionats directa o indirectament per l’estratigrafia. Per a la caracterització hidrogeològica s’han realitzat diversos assajos de bombeig, s’ha estudiat l’evolució piezomètrica, s’han definit les fàcies hidroquímiques i s’han analitzat isòtops ambientals (δ2H i δ18O). A nivell geològic s’ha realitzat una cartografia a escala 1:25.000, s’han definit les unitats estratigràfiques i les seves relacions, s’ha correlacionat el registre litològic de pous i s’han elaborat 4 talls geològics del massís. S’han reconegut 10 unitats lito-hidroestratigràfiques, corresponents a diversos ambients sedimentaris. La part al·luvial esta formada per bretxa de clasts paleozoics (Bp), conglomerat clast-sostingut poligènic (Cp), conglomerat clast-sostingut carbonàtic (Cc), conglomerat matriu-sostingut poligènic (Cmp), conglomerat matriu-sostingut carbonàtic (Cmc) i gres i lutita vermells (GLv). La part marina està constituïda per conglomerat gris (Cg), gres gris (Gg), lutita gris (Lg) i calcària i marga (CM). La disposició estratificada del conjunt pren un cabussament general cap al NO. A nivell hidrogeològic s’ha constatat una permeabilitat per fracturació que desenvolupa aqüífers en conglomerat (Cp, Cc, Cg) i gres gris (Gg) classificats com a pobres, quelcom permeables. S’han establert 5 grups hidroquímics que han permès explicar l’evolució del flux al llarg del ventall deltaic, juntament amb les dades isotòpiques i estratigràfiques que han determinat les principals zones de recàrrega. El flux evoluciona des d’hidrofàcies bicarbonatades càlciques a la zona de ventall al·luvial cap a composicions enriquides en sodi i empobrides en calci cap a les parts profundes del mateix ambient. Aquests nivells aqüífers es recarreguen per precipitació directe al massís conglomeràtic. Els nivells més superficials tendeixen a ser drenats per les rieres mentre que els aqüífers més profunds es troben relativament confinats per litofàcies de gres i lutita vermells (GLv). Localment trobem conglomerats progradants que arriben fins a la part marina i recarreguen els nivells de gresos grisos de front deltaic (Gg). Les dades isotòpiques indiquen que els nivells aqüífers del front deltaic també es recarreguen a partir dels cursos d’aigua superficial. Al llarg d’aquesta unitat l’aigua s’enriqueix progressivament en magnesi i sulfat procedent de les mateixes litofàcies marines. En profunditat l’aigua subterrània es van enriquint en sodi i clor, a mida que perd calci, fins arribar als nivells aqüífers més profunds confinats per les litofàcies de lutita gris (Lg). Així, l’arquitectura sedimentària condiciona la hidrodinàmica del sistema, de manera que existeixen 4 unitats hidrogeològiques ben diferenciades. La primera unitat és un sistema aqüífer format per conglomerat de ventall al·luvial proximal (principalment litofàcies Cp, Cc). La segona unitat està formada pel cinturó de fàcies del ventall al·luvial distal (GLv) funcionant com aqüitard, tot i que puntualment hi apareguin conglomerats progradants. La tercera unitat és sistema aqüífer constituït per les fàcies de front deltaic (Cg, Gg), molt condicionada pel relleu i l’encaixament de les rieres. La darrera unitat està constituïda per les fàcies de prodelta (Lg) i funciona com aqüitard. Els principals sistemes aqüífers estan desenvolupats pel confinament de les litofàcies més permeables interdigitades amb els materials menys permeables. Aquest model hidroestratigràfic permet entendre com els principals elements estratigràfics i geològics condicionen la hidrodinàmica subterrània, permetent una millor gestió dels recursos hídrics en aquest tipus de sistemes. / El estudio integrado de la hidrogeología subterránea, la geología y la estratigrafía del abanico deltaico fósil del macizo de Sant Llorenç del Munt (Eoceno, provincia de Barcelona) ha permitido definir el modelo hidrológico conceptual. Éste contribuye a la comprensión del funcionamiento hidrodinámico de este tipo de sistemas, condicionados directa o indirectamente por la estratigrafía. Para la caracterización hidrogeológica se han realizado diversos ensayos de bombeo, se ha estudiado la evolución piezométrica, se han definido las facies hidroquímicas y se han analizado isótopos ambientales (δ2H i δ18O). A nivel geológico se ha realizado una cartografía a escala 1:25.000, se han definido las unidades estratigráficas y sus relaciones, se ha correlacionado el registro litológico de pozos y se han elaborado 4 cortes geológicos del macizo. Se han reconocido 10 unidades lito-hidroestratigráficas, correspondientes a varios ambientes sedimentarios. La parte aluvial está formada por brecha de clastos paleozoicos (Bp), conglomerado clasto-sostenido poligénico (Cp), conglomerado clasto-sostenido carbonático (Cc), conglomerado matriz-sostenido poligénico (Cmp), conglomerado matriz-sostenido carbonático (Cmc) y arenisca y lutita rojos (GLv). La parte marina está constituida por conglomerado gris (Cg), arenisca gris (Gg), lutita gris (Lg) y caliza y marga (CM). La disposición estratificada del conjunto toma un buzamiento general hacia el NO. A nivel hidrogeológico se ha constatado una permeabilidad por fracturación que desarrolla acuíferos en conglomerado (Cp, Cc, Cg) y arenisca gris gris (Gg) clasificados como pobres, algo permeables. Se han establecido 5 grupos hidroquímicos que han permitido explicar la evolución del flujo a lo largo del abanico deltaico, junto con los datos isotópicos y estratigráficos que han determinado las principales zonas de recarga. El flujo evoluciona desde hidrofácies bicarbonatadas cálcicas en la zona de abanico aluvial hacia composiciones enriquecidas en sodio y empobrecidas en calcio hacia las partes profundas del mismo ambiente. Estos niveles acuíferos se recargan por precipitación directa en el macizo conglomerático. Los niveles más superficiales tienden a ser drenados por los arroyos mientras que los acuíferos más profundos se encuentran relativamente confinados por litofacies de arenisca y lutita rojos (GLv). Localmente encontramos conglomerados progradantes que llegan hasta la parte marina y recargan los niveles de areniscas grises del frente deltaico (Gg). Los datos isotópicos indican que los niveles acuíferos del frente deltaico también se recargan a partir de los cursos de agua superficial. A lo largo de esta unidad el agua se enriquece progresivamente en magnesio y sulfato procedente de las mismas litofacies marinas. En profundidad el agua subterránea se va enriqueciendo en sodio y cloro, a medida que pierde calcio, hasta llegar a los niveles acuíferos más profundos confinados por las litofacies de lutita gris (Lg). Así, la arquitectura sedimentaria condiciona la hidrodinámica del sistema, de manera que existen 4 unidades hidrogeológicas bien diferenciadas. La primera unidad es un sistema acuífero formado por conglomerado de abanico aluvial proximal (principalmente litofácies Cp, Cc). La segunda unidad esté formada por el cinturón de facies de abanico aluvial distal (GLv) funcionando como acuitardo, a pesar que puntualmente esté atravesado por conglomerados progradantes. La tercera unidad es el sistema acuífero constituido por las facies de frente deltaico (Cg, Gg), muy condicionada por el relieve y el encajamiento de los arroyos. La última unidad está constituida por las facies de prodelta (Lg) y funciona como acuitardo. Los principales sistemas acuíferos están desarrollados por el confinamiento de las litofácies más permeables interdigitadas con los materiales menos permeables. Este modelo hidroestratigráfico permite comprender como los principales elementos estratigráficos y geológicos condicionan la hidrodinámica subterránea, permitiendo una mejor gestión de los recursos hídricos en este tipo de sistemas. / A conceptual hydrogeologic model of the fossil alluvial fan of the Sant Llorenç del Munt massif (Eocene, Barcelona province) has been defined after the integration of groundwater hydrology, geology and stratigraphy. This conceptual model contributes to a better understanding of the hydrodynamic behavior this kind of systems directly or indirectly controlled by the stratigraphy. For the hydrogeological characterization several pumping tests were conducted, the evolution of piezometric evolution has been studied, hydrochemical facies have been defined and environmental isotopes (δ2H and δ18O) have been analyzed. In terms of geology, a 1:25.000 scale mapping has been carried out, the stratigraphic units and their relations have been defined, the lithological record of wells has been correlated and four geological cross sections have been built up. 10 lito-hidroestratigraphic units have been recognized, which correspond to different sedimentary environments. The alluvial part is build up by: brecchia of Paleozoic clasts (Bp), clast-supported polygenic conglomerate (Cp), clast-supported carbonate conglomerate (Cc), matrix-supported polygenic conglomerate (Cmp), matrix-supported carbonate conglomerate (Cmc) and red sandstone and mudstone (GLv). The marine part consists of gray conglomerate (Cg), gray sandstone (Gg), gray mudstone (Lg) and limestone and marl (CM). The stratified set dips towards the NW. In terms of hydrogeology, hydraulic conductivity due to fracturing provide aquifers in conglomerates (Cp , Cc , Cg) and gray sandstone (Gg) classified as poor, somewhat permeable. 5 hydrochemical groups have been established which allow explaining the evolution of the flow throughout the fan delta. Together with isotopic and stratigraphic data the main recharge areas have been determined. The flow evolves from calcium bicarbonate hydrofacies in the area of alluvial fan to compositions enriched in sodium and reduced in calcium into the deep parts of the same environment. These aquifers levels are recharged by direct precipitation in the conglomeratic massif. The most superficial levels tend to be drained by streams while deeper aquifers are relatively confined by red sandstone and mudstone lithofacies ( GLv). Prograding conglomerates locally reach the marine levels and recharge gray sandstones of the delta front (Gg) levels. The isotopic data indicate that the aquifer levels of the delta front are also recharged by surface water. Throughout this unit water gets progressively enriched in magnesium and sulfate from the same marine litofacies. Groundwater gets progressively enriched in sodium and chlorine, as they lose calcium until reaching deeper aquifer levels that are confined by the grey mudstone litofacies (Lg). Thus, the sedimentary architecture affects the hydrodynamics of the system giving as a result four distinct hydrogeological units. The first unit is a conglomerate aquifer system that consists of proximal alluvial fan (mainly litofacies Cp, Cc). The second unit is formed by the distal alluvial fan facies (GLv) that works as an aquitard, although occasionally prograding conglomerates cut it. The third aquifer system unit is constituted by the delta front facies (Cg, Gg), highly influenced by the relief and streams entrenchment. The last unit consists of prodelta facies (Lg) that also works as an aquitard. The main aquifer systems are developed by confinement of the most permeable litofacies interfingering with less permeable materials. This hydrostratigraphic model allows understanding how the main stratigraphic and geologic elements condition groundwater flow and allow an enhanced water resource management in such systems.

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La descàrrega d’aigua subterrània al mar (SGD, en les seves sigles en anglès) es defineix com a qualsevol flux d’aigua a través del marge continental des del substrat marí cap a la columna d’aigua del mar. La SGD inclou, doncs, aigua dolça d’origen continental i aigua salada que recircula a través de l’aqüífer costaner. A banda de la seva importància en el cicle hidrològic, com a font d’aigua dolça que pot alimentar, per exemple, zones humides, la SGD és considerada una font important de diversos compostos dissolts d’origen terrestre (com ara nutrients, metalls traça o contaminants) cap a l’oceà costaner. Aquests fluxos d’elements dissolts associats a la SGD poden tenir una gran influència en els cicles biogeoquímics dels ambients costaners marins, especialment en zones oligotròfiques i regions semi-àrides, com ara el Mar Mediterrani. Malgrat la importància de la SGD pel desenvolupament dels cicles biogeoquímics marins, els estudis sobre el paper de la SGD com a font de compostos dissolts als ecosistemes costaners del Mar Mediterrani són escassos. A més, a escala de tot el Mar Mediterrani, no existeixen estimacions de la magnitud de la SGD ni dels fluxos de compostos químics associats. L’objectiu principal d’aquesta Tesi Doctoral és avaluar la importància de la descàrrega d’aigua subterrània al Mar Mediterrani, així com el paper que juga com a font de compostos dissolts al mar i la utilitat dels isòtops de radi (Ra) com a traçadors per quantificar la SGD. Amb aquesta finalitat, s’han estudiat tres ambients Mediterranis costaners amb característiques hidrogeològiques diverses: i) una zona humida litoral alimentada per aigua subterrània provinent de diversos aqüífers (Marjal de Peníscola, Castelló); ii) un port natural semi-tancat, amb descàrregues d’aigua subterrània provinents d’un sistema calcari carstificat, i influenciat per la resuspensió freqüent de sediments (Port de Maó, Illes Balears); i iii) una badia oberta al mar amb descàrrega difusa d’aigua subterrània a través d’un aqüífer detrític superficial (Badia de Palma, Illes Balears). A banda d’aquestes tres zones d’estudi, també s’ha dut a terme un estudi general a tota la conca amb la finalitat d’obtenir una primera estimació de la SGD a tot el Mar Mediterrani, així com dels fluxos de nutrients associats a aquesta descàrrega. Els resultats derivats d’aquests estudis aporten nous coneixements en l’aplicació dels isòtops de Ra com a traçadors de SGD i realcen la seva idoneïtat en un ampli ventall de sistemes amb característiques hidrogeològiques diverses. Els isòtops de Ra han estat utilitzats amb èxit per a quantificar fluxos de nutrients cap al mar i, per primera vegada al Mar Mediterrani, s’ha quantificat els fluxos de metalls traça associats a la SGD, evidenciant la rellevància de la SGD com a font d’aquests compostos en ambients marins. L’avaluació de la SGD a tota la conca ha permès estimar la descàrrega d’aigua subterrània a tot el Mar Mediterrani ((0.2 – 4.3)·1012 m3·yr-1), demostrant que la SGD és un procés rellevant a llarga escala i d’una magnitud, per exemple, superior a les entrades d’aigua fluvial. A més, s’ha estimat que la SGD representa una font important de nutrients dissolts a tot al Mar Mediterrani, d’una magnitud comparable a les fonts externes considerades tradicionalment (i.e. aportacions atmosfèriques i del rius). Aquesta nova concepció de la magnitud de la SGD i dels seus fluxos associats demostra la rellevància de la SGD en els cicles biogeoquímics del Mar Mediterrani, accentuant la necessitat d’incloure aquests procés en futurs estudis marins, tan costaners com globals. / Submarine groundwater discharge (SGD) is defined as any flow of water through the continental margin from the seabed to the coastal ocean, including fresh meteoric groundwater and seawater recirculating through coastal aquifers. SGD has been recognized as a major component of the hydrological cycle and a significant source of various dissolved terrestrial compounds (e.g. nutrients, trace metal, carbon, contaminants) to the coastal ocean. These fluxes of chemical elements via SGD may have a profound impact on the biogeochemical cycles of the receiving water bodies. This can be especially relevant in oligotrophic and semi-arid regions, such as the Mediterranean Sea. However, and despite the potential importance of SGD in regulating coastal biogeochemical cycles of the Mediterranean Sea, there is still a lack of detailed assessments on the relevance of SGD as a source of chemical constituents into this basin. Indeed, the magnitude of SGD to the entire Mediterranean basin and its associated fluxes of dissolved compounds have never been evaluated. The main objective of this PhD Thesis is to evaluate the importance of SGD in the Mediterranean Sea by using radium (Ra) isotopes, paying attention to the role that SGD plays as a source of dissolved chemical compounds to the sea and to the use of Ra isotopes as SGD tracers. To this aim, contrasting Mediterranean coastal environments were selected, including: i) a coastal wetland nourished by groundwater inflowing from several aquifers (Peníscola marsh, Castelló); ii) a semi-enclosed embayment highly influenced by bottom sediments (Port of Maó, Minorca, Balearic Islands); and iii) a detrital bay open to the sea (Palma Bay, Majorca, Balearic Islands). Aside from these three specific sites, the first appraisal of the magnitude of SGD into the entire Mediterranean Sea was also conducted, demonstrating its significance as a source of dissolved compounds in a basin-wide scale. Results from these studies provide new insights into the use of Ra isotopes as tracers to quantify SGD and underline their suitability in a wide range of Mediterranean hydrogeological settings. We successfully applied them to estimate SGD-driven fluxes of dissolved nutrients and, for the first time, trace metals to a coastal Mediterranean area, stressing the role SGD may play as a source of these constituents to the marine environment. We show that SGD is a volumetrically important process in the Mediterranean Sea, contributing up to (0.2–4.3)·1012 m3·yr-1, a magnitude that is significantly larger than riverine discharge. SGD also represents a major source of dissolved nutrients to the basin, rivaling the conventional external sources (i.e. atmospheric deposition and river discharge). This new understanding of the magnitude of SGD and its associated chemical fluxes demonstrates the profound implications of SGD in the biogeochemical cycles of the Mediterranean Sea, emphazising the need for its consideration in coastal and basin-wide studies.

Esta tesis presenta un estudio sobre la neotectónica y la dinámica de la red fluvial en dos cuencas de antepaís de las cordilleras del Atlas de Marruecos, la cuenca de Ouarzazate, situada al sur del Alto Atlas, y la cuenca de Missour, al sur del Medio Atlas. Las cuencas de Ouarzazate y Missour acumularon sedimentos durante el Neógeno, pero actualmente presentan un drenaje externo, y por tanto están en erosión. La reciente incisión fluvial ha creado un paisaje dominado por extensos depósitos fluviales y aluviales encajados, formados por sedimentos gruesos depositados durante el Pleistoceno por los ríos que drenan las montañas adyacentes. Las estructuras más frontales del frente sur del Alto y Medio Atlas emergen en el interior de las cuencas de antepaís estudiadas, deformando toda la serie del relleno sedimentario, incluso los depósitos cuaternarios, que actúan como marcadores tectónicos. Las dataciones de depósitos fluviales encajados (edades de abandono), ya existentes en la cuenca de Ouarzazate, y realizadas a propósito de este trabajo en la cuenca de Missour, constituyen un marco geocronológico para el cálculo de las tasas de deformación tectónica e incisión fluvial en las dos cuencas estudiadas. En la cuenca de Ouarzazate, donde estudios previos habían propuesto un control esencialmente climático sobre la dinámica de encajamiento de la red fluvial, se demuestra que el proceso de formación y abandono de niveles de depósitos fluviales encajados (glacis y terrazas) está frecuentemente controlado por capturas fluviales favorecidas por el “cover effect” que afecta a los ríos principales. Por otro lado, la medición de las flexiones que las estructuras tectónicas producen en los marcadores datados permite calcular tasas de deformación tectónica reciente. La comparación entre las tasas de acortamiento recientes (~0.1 mm/a) con las tasas a largo plazo (~0.04 mm/a desde el Mioceno), calculadas mediante la restitución de secciones geológicas, ha constatado un incremento de la velocidad de deformación en el frente Subatlásico. Este incremento, reconocido en una sola estructura, no representa un incremento general de la convergencia, sino el desplazamiento de la actividad tectónica hacia el antepaís probablemente debido a la variación en el campo de esfuerzos inducida por la descarga isostática causada por el vaciado erosivo de la cuenca. Además, se ha constatado la posibilidad de un terremoto de magnitud 6 en la zona de Ouarzazate, aunque con un largo periodo de recurrencia (~10 ka). En la cuenca de Missour, el estudio geomorfológico de la cuenca hidrográfica del río Moulouya desvela que la red fluvial está ajustándose a un nuevo régimen desde que la antigua cuenca endorreica conectara con el Mediterráneo. Los perfiles longitudinales de los principales cauces presentan knickpoints de dimensiones destacables, tanto en los ríos que drenan el Jebel Bou Naceur (Medio Atlas), como en los que drenan los Hauts Plateaux (margen distal de la cuenca). El salto vertical de los knickpoints que drenan el Jebel Bou Naceur, estimado en de 800-1000 metros, corresponde a suma de la incisión fluvial derivada del descenso general del nivel de base en la red fluvial principal, (500-600 metros), más el levantamiento tectónico del Medio Atlas respecto a la cuenca de Missour (300-400 metros). Los depósitos aluviales datados en la cuenca de Missour también han sido utilizados cómo marcadores para determinar las tasas recientes de deformación tectónica e incisión fluvial, dando como resultado valores equiparables a los obtenidos en la cuenca de Ouarzazate. Los nuevos datos aportan información sobre cómo fueron los primeros estadios de erosión en la cuenca de Missour / This thesis presents a thorough study about the neotectonics and the dynamics of the Quaternary river network in two foreland basins of the Atlas Mountains of Morocco, the Ouarzazate basin and the Missour Basin. These basins are located to the south of the High and Middle Atlas respectively, and accumulated terrestrial sediments during the Neogene. Now they show an external drainage, and therefore are in a state of erosion. The recent fluvial incision has created a landscape dominated by extensive and embedded (terrace) levels of fluvial and alluvial deposits of Pleistocene age, consisting of coarse sediments deposited by rivers draining the adjacent mountains. The tectonic structures of the southern front of the High and Middle Atlas emerge within the foreland basins, deforming the entire sedimentary series, even the Quaternary deposits, which act as markers for neotectonic deformation. Cosmogenic dating of embedded fluvial deposits (abandonment ages), which were previously available in the Ouarzazate basin, and acquired in this work in the Missour Basin, provide a geochronological framework for calculating rates of tectonic deformation and fluvial incision in both foreland basins. In the Ouarzazate basin, where previous studies have proposed a climatic control on the dynamics of the river network, it is shown that the aggradation and abandonment of the embedded levels of fluvial deposits (glacis and terraces) is often controlled by fluvial piracy, which is favored by the "cover effect" that affects trunk streams. On the other hand, the measurements of tectonic flexures affecting dated surfaces (tectonic markers) allow obtaining reliable values of recent tectonic rates of individual structures. The comparison between the recent (~0.1 mm/yr) and long-term shortening rates (~0.04 mm/yr since the middle Miocene), calculated by restoring geological sections, attests an increase of deformation rates in the frontalmost structure of southern High Atlas, emerging in the Ouarzazate basin. This increase is local and does not necessarily represent a general increase in convergence rates at the plate scale, but the displacement of tectonic activity toward the foreland is probably due to variation in the stress field induced by the isostatic discharge caused by the erosional emptying of the basin. In addition, I note the possibility of an earthquake of magnitude 6 in the region of Ouarzazate, albeit with a large quiescence period (~10 ky). In the Missour Basin, a geomorphological study reveals that the Moulouya basin river network is adjusting to a new regime since the basin became externally drained and connected to the Mediterranean. There are knickpoints of remarkable large dimensions in the longitudinal profiles of both the main rivers draining the Middle Atlas and the ones draining the Hauts Plateaux (distal margin of the basin). These knickpoints are preserved in lithological contrasts and have been created by two different mechanisms: incision in the lower reaches of rivers induced by the base level drop, estimated at 500-600 meters, and tectonic uplift of the Jebel Bou Naceur (Middle Atlas) with respect the Missour Basin, estimated at 300-400 meters. The alluvial deposits dated in the Missour Basin have been used to determine recent fluvial incision and tectonic rates of tectonic deformation, which are comparable to the ones calculated in the Ouarzazate basin. The new data acquired provide information about the first stages of erosion in the Missour basin, which were controlled by a fast base level drop.

The detailed 3D hydrogeological modelling of sedimentary media that form important aquifers is very complex because of: (1) the natural intrinsic heterogeneity of the geological media, (2) the need for integrating reliable 3D geological models that represent this heterogeneity in the hydrogeological modelling process and (3) the scarcity of comprenhensive tools for the systematic management of spatial and temporal dependent data. The first aim of this thesis was the development of a software platform to facilitate the creation of 3D hydrogeological models in sedimentary media. It is composed of a hydrogeological geospatial database and several sets of instruments working within a GIS environment. They were designed to manage, visualise, analyse, interpret and pre and post-process the data stored in the spatial database. The geospatial database (HYDOR) is based on the Personal Geodatabase structure of ArcGIS(ESRI) and enables the user to integrate into a logical and consistent structure the wide range of spatio-temporal dependent groundwater information from different sources and different formats. A set of applications in the database were established to facilitate and ensure the correct data entry in accordance with existing international standards. The set of analysis tools was developed as an extension of ArcMap environment (ArcGIS).This set of tools was separated into three main modules represented by different toolbars. The first toolbar, termed HEROS, allows the user to exploit the geological data stored in the database and facilitate the generation of 3D geological models. Detailed stratigraphic columns of the selected boreholes can be generated using customized queries. The automatic creation of a geological profile is possible by displaying the borehole lithological columns, the geophysical and geotechnical field-test results, and the defined stratigraphic units.The second toolbar, which is known as QUIMET, is composed of a set of instruments for analysis that cover a wide range of methodologies for querying, interpreting and comparing groundwater quality parameters. They include, among others, chemical time-series analysis, ionic balance calculations, correlation of chemical parameters, and calculation of various common hydrogeochemical diagrams. Moreover, it is also possible to perform a complete statistical analysis of the data including descriptive statistical univariate and bivariate analyses.The last toolbar (HYYH) was designed to analyse and visualise different hydrogeological measurements and hydraulic field test results. Contour maps and further spatial operations of the depth or thickness of the aquifers could be generated using customized queries. Likewise, piezometric maps can be created for the selected points and for the selected period of time with another command included in this toolbar. Additionally, multi-criteria query forms enable the user to analyse and visualise different data and interpretations derived from hydraulic tests. The interpreted data and calculations can be easily stored and consulted in the same platform and can be used to build an updatable model database for further interpretations. Thus, each new study does not have to start from scratch. The second aim of this thesis is to implement this modelling platform in the urban area of Barcelona (NE, Spain) to structure all the available data and to set up a working framework of groundwater resources in terms of both quantity and quality. Concretely, in the Besòs Delta area (NE Barcelona), the integration of the available data into the HYDOR database and the use of the aforementioned instruments and methods allowed us to: 1) delimit the geological units by means of sequence stratigraphic subdivision, 2) generate the 3D facies belt-based model of the Delta built on the basis of this geological characterisation and 3) use this model to constrain the distribution of hydraulic parameters and thus obtain a consistent hydrogeological model. / La modelización hidrogeológica tridimensional de los medios sedimentarios (p.ej. sedimentos aluviales, deltas) que suelen constituir acuíferos importantes es compleja debido principalmente a tres factores: (1) la heterogeneidad natural intrínseca del medio, (2) la necesidad de integrar un modelo geológico tridimensional que represente dicha heterogeneidad adecuadamente en los procesos de modelización hidrogeológica y (3) la escasez de herramientas apropiadas para gestionar grandes cantidades de datos hidrogeológicos espacio- temporales. El primer objetivo de esta tesis ha sido el desarrollo de una plataforma software en un entorno GIS que facilite la realización de modelos hidrogeológicos 3D. Está compuesta por una base de datos geoespacial y un conjunto de herramientas que permiten al usuario gestionar, visualizar, analizar, interpretar y pre-post procesar los datos almacenados en dicha base de datos. El modelo de bases de datos propuesta en esta tesis (HYDOR) se ha implementado en una base de datos geoespacial del tipo Personal Geodatabase (ArcGIS, ESRI) y permite la integración en una estructura coherente y lógica de un amplio rango de tipos de información hidrogeológica procedentes de diversas fuentes y con diferentes formatos. Los diferentes instrumentos desarrollados para explotar los datos almacenados en la base de datos se han creado como una extensión de ArcMap (ArcGIS; ESRI) y se reagrupan formando tres barras de herramientas. La primera barra de herramientas (HEROS) además de facilitarnos el análisis y la interpretación de los datos geológicos almacenados en la base de datos, nos permite generar modelos geológicos tridimensionales. Entre las funciones de dichas herramientas, está la de poder visualizar la información geológica aportada por los sondeos en forma de columna estratigráfica así como la generación automática de perfiles geológicos que muestran las diferentes columnas estratigráficas de los sondeos seleccionados. Información útil como los resultados de los ensayos geofísicos así como las unidades geológicas definidas aparecen también en la pantalla del mismo perfil geológico. Este entorno es óptimo para que el usuario analice y defina las superficies de correlación, las diferentes unidades geológicas y las posibles fallas. Estos elementos espaciales se pueden visualizar en tres dimensiones. Finalmente, otra herramienta nos proporciona la parametrización hidráulica inicial (para el modelo hidrogeológico) de las diferentes unidades geológicas partiendo de las características texturales de las mismas. La segunda barra de herramientas, QUIMET, cubre un amplio rango de metodologías para consultar, interpretar y comparar diferentes parámetros hidroquímicos. Además nos permite desarrollar un análisis estadístico completo en el que se incluyen entre otros, análisis estadísticos univariante, bivariante y generación de matrices de correlación de diferentes compuestos químicos. La última barra de herramientas (HYYH) se ha diseñado para visualizar y analizar los datos hidrogeológicos entre los que se incluyen los procedentes de ensayos hidráulicos. Usando estas herramientas se pueden generar mapas de isolineas y otras representaciones espaciales que nos permitan visualizar la profundidad o el espesor de los acuíferos. Del mismo modo, se pueden obtener mapas piezometricos de los puntos seleccionados para un intervalo de tiempo determinado por el usuario. Finalmente, otra herramienta nos permite consultar las interpretaciones procedentes de ensayos hidráulicos. La información obtenida usando todas estas herramientas, también se almacenan en la base de datos constituyendo de este modo una base para futuras interpretaciones. El segundo objetivo de esta tesis ha sido la aplicación de esta plataforma software en la gestión de los datos disponibles del área urbana de Barcelona (NE de España) obteniendo con ello una herramienta apropiada de gestión de los recursos hídricos de esta zona tanto en términos de calidad como de cantidad. Concretamente en la zona del Delta del Besòs (NE de Barcelona), la aplicación de esta plataforma de gestión nos ha facilitado lo siguiente: (1) la delimitación de unidades geológicas basadas en criterios de estratigrafía secuencial, (2) la generación de un modelo geológico tridimensional de facies basado en dichos criterios estratigráficos, (3) el uso del modelo geológico obtenido par establecer la distribución espacial de los parámetros hidráulicos que nos han servido para generar un modelo hidrogeológico consistenete del complejo deltaico. Este modelo se ha calibrado además con datos incluidos también en la base de datos y que proceden de diversos puntos tanto de gestión como de producción durante de los últimos 100 años. Todo esto ha supuesto una mejora significativa en la caracterización geológica del Delta del Besòs lo que nos ha llevado a mejorar su caracterización hidrogeológica. / La modelització hidrogeològica tridimensional dels mitjans sedimentaris que solen constituir aqüífers importants (p.ex. sediments al·luvials, deltes) és complexa. Això es deu principalment a tres factors: (1) l'heterogeneïtat natural intrínseca del medi, (2) la necessitat d'integrar un model geològic tridimensional que representi adequadament l’heterogeneïtat en els processos de modelització hidrogeològica i (3) l'escassetat d'eines apropiades per gestionar grans quantitats de dades hidrogeològiques espai-temporals. El primer objectiu d'aquesta tesi ha estat el desenvolupament d'una plataforma software en un entorn GIS que faciliti la realització de models hidrogeològics 3D. Està composta per una base de dades geoespacial i un conjunt d'eines que permeten que l’usuari gestioni, visualitzar, analitzi, interpreti i pre-post processi les dades emmagatzemades en la base de dades. El model de bases de dades proposada en aquesta tesi (HYDOR) s'ha implementat en una base de dades geoespacial de tipus Personal Geodatabase (ArcGIS , ESRI), que permet la integració d'un ampli rang de tipus d'informació hidrogeològica procedents de diverses fonts i formats en una estructura coherent i lògica. Les diferents eines desenvolupades per l’explotació de les dades emmagatzemades a la base de dades s'han implementat com una extensió d’ArcMap (ESRI). Aquestes eines es reagrupen en tres barres diferents. La primera barra d'eines, HEROS, ens permet analitzar i interpretar les dades geològiques emmagatzemades a la base de dades, permetent alhora la creació de models geològics tridimensionals. També s'han desenvolupat eines que permeten visualitzar la informació geològica aportada pels sondejos en forma de columna estratigràfica, així com generar automàticament perfils geològics per mostrar diferents columnes estratigràfiques de sondejos preseleccionats. A la pantalla del mateix perfil geològic també apareix informació útil com són els resultats dels assaigs geofísics o les unitats geològiques definides. Aquest entorn és òptim perquè l'usuari analitzi i defineixi les superfícies de correlació, les diferents unitats geològiques i les possibles falles. Els elements espacials definits es poden visualitzar en tres dimensions. Finalment, una altra eina ens proporciona la parametrització hidràulica inicial de les diferents unitats geològiques (per al model hidrogeològic) partint de les seves característiques texturals. La segona barra d' eines, QUIMET, inclou un ampli rang de metodologies de consulta, interpretació i comparació de diferents paràmetres hidroquímics. A més a més, també ens permet desenvolupar un anàlisi estadístic complet en el que s'inclouen, entre altres, anàlisis estadístics univariant, bivariant i generació de matrius de correlació de diferents compostos químics. L'última barra d' eines, HYYH, s'ha dissenyat per a visualitzar i analitzar les dades hidrogeològiques, entre d’altres, els procedents d'assajos hidràulics. Amb aquestes eines es poden generar mapes d'isolínies i altres representacions espacials que permeten visualitzar la profunditat o l'espessor dels aqüífers. De la mateixa manera, es poden obtenir mapes piezomètrics per a un interval de temps i de punts determinats per l'usuari. Finalment, una altra eina ens permet consultar les interpretacions procedents d'assajos hidràulics. La informació obtinguda de totes aquestes eines s'emmagatzema a la base de dades, constituint d'aquesta manera una base per a futures interpretacions. El segon objectiu d'aquesta tesi és l'aplicació d'aquesta plataforma software a la gestió de les dades disponibles de l'àrea urbana de Barcelona (NE de Espanya), obtenint una apropiada eina de gestió dels recursos hídrics d’aquesta zona, tant en termes de qualitat com de quantitat. Concretament a la zona del Delta del Besòs (NE de Barcelona), l'aplicació d'aquesta plataforma de gestió ens ha facilitat (1) la delimitació d'unitats geològiques basades en criteris d’estratigrafia seqüencial, (2) la generació d'un model geològic tridimensional de fàcies basat en aquests criteris estratigràfics i (3) l'ús del model geològic obtingut per a establir la distribució espacial dels paràmetres hidràulics que ens han servit per generar un model hidrogeològic consistenet del complex deltaic. Aquest model s'ha calibrat amb dades incloses a la base de dades i que procedeixen de diversos punts, tant de gestió com de producció, durant els últims 100 anys. Tot això ha suposat una millora significativa de la caracterització geològica del Delta del Besòs, el que ens ha portat a millorar la seva caracterització hidrogeològica.

Changes in runoff from Greenland and Antarctica are often cited as one of the major concerns linked to anthropogenic changes in climate. The changes in mass balance, and associated changes in sea-level, of these two ice sheets are examined by comparing the predictions of the six possible combinations of two climate models and three methods for estimating melting and runoff. All models are solved on 20 and 40 km grids respectively for Greenland and Antarctica. The two temperature based runoff parameterizations give adequate results for Greenland, less so for Antarctica. The energy balance based approach, which relies on an explicit modelling of the temperature and density structure within the snow cover, gives similar results when coupled to either climate model. The Greenland ice sheet, for a reference climate scenario similar to the IPCC's IS92a, is not expected to contribute significantly to changes in the level of the ocean over the 21st century. The changes in mass balance in Antarctica are dominated by the increase in snowfall, leading to a decrease in sea-level of 4 cm by 2100. The range of uncertainty in these predictions is estimated by repeating the calculation with the simpler climate model for seven climate change scenarios. Greenland would increase the level of the oceans by 0 - 2 cm, while Antarctica would decrease it by 2.5 - 6.5 cm. The combined effect of both ice sheets lowers the sea-level by 2.5 - 4.5 cm over the next 100 years, this represents a 25% reduction of the sea-level rise estimated from thermal expansion alone. This surprisingly small range of uncertainty is due to cancellations between the effects of the two ice sheets. For the same reason, the imposition of the Kyoto Protocol has no impact on the prediction of sea-level change due to changes in Greenland and Antarctica, when compared to a reference scenario in which emissions are allowed to grow unconstrained. / Includes bibliographical references (p. 26-28). / Abstract in HTML and technical report in HTML and PDF available on the Massachusetts Institute of Technology Joint Program on the Science and Policy of Global Change website (http://mit.edu/globalchange/www/) / Supported by the Alliance for Global Sustainability, the MIT Joint Program on the Science and Policy of Global Change and NASA as part of the NASA GISS Interdisciplinary EOS Investigation NAG 5-7204