The following dissertation partially gathers the research carried out within two projects of the DGICyT (Dirección General de Investigación Científica y Técnica, Spanish Government Department for Scientific and Technical Research) in the National Park of Doñana. The main objectives of those projects were to establish a reference frame for positioning within the Park and to determine an accurate geoid. This would allow obtaining orthometric heights derived from GPS observations, which are very useful in those studies regarding the hydrology and geohydrology of the area. The absence of the geoid model would lead to errors when determining the orthometric heights through ellipsoidal ones, due to the great geoid undulation gradient in this zone.The National Park of Doñana is a protected area due to its great ecological value. It is located in the SW coast of Spain, between Huelva and Sevilla, and it has an extension of 500 km2 approximately. Almost half of its territory is a wetland, covered with water during the humid season. Additionaly, there are several restricted areas. These circumstances difficult the field observations. The first part of the work focuses on the analysis of geodetic and levelling networks already established in the area. It is important to know the conditions and accuracy of these networks, since they will become the base for the network instilled in the inner zone of the Park. The network was used initially when adjusting the different geoid models and later when computing a new model. The local network was linked to the Spanish national network (REGENTE) and to the highly precision levelling network (NAP). The adjustment of the gravimetric geoids IBERGEO95 and EGG97 in the zone was checked.Both were adjusted by means of GPS/levelling/gravimetric observations at some selected points, in two axis showing a N-S and E-W direction approximately, in order to control any directional variation.Checking the adjustment of IBERGEO95 and EGG97 allows to deduce that there is no guarantee of centimetre accuracy within the Park. Thus, a geometric geoid was computed by means of the remove-restore technique, using for that purpose: the global model CG01, obtained from the combined solution of earth data and data coming from space missions CHAMP and GRACE; and the digital terrain model obtained by merging the MDT25 model (from the Instituto Geográfico Nacional, National Geographic Institute of Spain) and the bathymetric data of the zone (from the Instituto Hidrográfico de la Marina, Marine Hydrogeographic Institute of Spain)The field data adquired within this work, as well as the geoid model obtained (namely Doñana 2005) will be of great help for the different studies regarding the superficial hydrology of the marshland and the tectonic and hydrogeological structure of the Park. These studies are currently being carried out and clearly show the inter-relationship among geodetic, geological and hydrogeological disciplines.

Wave storms and river inputs have been found to be the dominant forcing mechanism of sediment transport in continental shelves dominated by medium to large rivers around the world (e.g. Drake and Cacchione, 1985; Sherwood et al., 1994; Ogston and Stemberg, 1999; Traykovski et al., 2000; Wadman and McNinch, 2008) and in the northwestern Mediterranean Sea (Jiménez et al., 1999; Puig et al., 2001; Guillén et al., 2002, 2006; Palanques et al., 2002, 2011; Ferré et al., 2005; Roussiez et al., 2005; Ulses et al., 2008). However, the contribution of “small” Mediterranean river systems in fine-grained sediment dynamics is not well known. Flood and storm events redistribute not only sediment but also all the associated matter as well, such a heavy metals, which are indicators of the impact of industrial and urban activities. For these reasons, the present thesis project involves studying the dynamics of sediments and associated heavy metals across the inner continental shelf off the Besòs River (Barcelona), and in particular determining the effect of floods and storms in a littoral system affected by industrial and urban activities. To this end, several oceanographic surveys were carried out between 20 and 40 m water depths in the Barcelona continental shelf to obtain a variety of data: to register vertical hydrographical profiles (temperature, salinity and turbidity); to record time series of physical parameters (currents, salinity, temperature, turbidity and seabed variation) by deploying oceanographic equipment; and to take sediment samples (short cores and Van Veen grabs) and suspended and downward particulate matter from water samples and sediment traps for further sedimentological and geochemical analysis. The time period of the present study comprised three seasons, from autumn 2007 to spring 2008, which showed distinct features between them. The purpose of section 3 was to describe the main hydrographic and hydrodynamic conditions during the study period to support the interpretation of sediment transport processes. Three different periods in terms of storm and river activity matched the natural seasons of the year: The period comprised between end of September 2007 and December 2007 (autumn) was characterized by an intense frequency of northeastern-eastern storms mostly coupled with high but short river discharges and a convergence of the across-shelf current between 20 m and 30 m water depths; between January and early March 2008 (winter), the wave and river activity and frequency were reduced significantly with offshore currents dominating the across component; and finally, from March to mid June 2008 (spring), specially between May and June 2008, river discharges lasted more than one month and occurred under low wave energy conditions or in conjunction with S-SE and SW wave storms. The sediment response to the forcing conditions observed during the study period was analyzed in section 4. The grain size and porosity measurements taken in all the sediment samples collected during the experiment (sediment cores, sediment grabs and sediment traps) showed a high spatial and temporal variability of the bottom sediment properties, downward sediment fluxes and near-bottom sediment concentrations across the inner-shelf. Those changes were associated to periods of high wave shear stress, river and current energy and therefore, were more intense in autumn 2007 and spring 2008. However, an across shelf spatial variability was observed during this period which was associated to the sediment availability (i.e. critical shear stress gradients). As a result, the same storm produced larger nearbottom sediment concentration in deeper waters due to the limitation on the availability of resuspendable sediment in the near-shore. The resultant sediment dynamics across the inner shelf and results in sediment transport modeling during a resuspension event were then addressed in section 5. In the inner shelf off Barcelona, the general circulation of sediment transport was mainly directed towards the southwest (along-shelf) during the study period, however, the seaward component was considerably relevant and favored the segregation of coarse and fine sediment from the nearshore towards deeper areas. Nonetheless, noticeable differences in sediment transport patterns were observed across the inner shelf. Nearbottom sediment transport at 20 m water depth was mainly offshore, while in deeper parts of the inner shelf the along-shelf component dominated the sediment transport. The resulting sediment transport and its variability across the shelf, deposited riverine and storm-derived fine sediment in an along-shelf path towards the southwest between 20 m and 30 m water depth and only under the strong storms were transferred seaward toward the 40 m water depth site and to deeper areas. These differences had in turn a strong seasonal component related to the availability of fine sediments from river inputs and the energy of waves and currents. In this sense, autumn and spring registered events affected mostly at 20 m water depth and autumn and early winter months were more energetic at deeper waters reversing the sing of sediment transport gradients across the shelf. During this event, the sediment transport model captured adequately the transport rates across the inner shelf and allowed the estimation of the integrated vertical sediment flux in 10 meters of the water column above the seabed. Consequently with the observed and modelled pattern of sediment transport, the seabed variation was higher at 30 m than at 20 m water depth, with a total seabed erosion of about 10 cm and 4 cm, respectively. The implications of the sediment dynamics during the study period in the transference of heavy metals from the Besòs River across the shelf was analyzed in section 6. The Besòs River introduced heavy metal pollutants into the nearshore continuously associated with the regular regime and sporadically during increments in river discharge. Only during high wave and current energy the anthropogenic contamination, previously deposited in the shallow inner-shelf, reached deeper areas. As a result, the most contaminated sediment accumulated southwestward from the river and sewer mouths along the inner shelf decreasing offshore. The most affected area associated to the Besòs river influence was located around the tripod sites, especially between 20 m and 30 m water depths decreasing offshore.Finally, the main conclusions and proposals for future research of this thesis are discussed in section 7. In it, the importance of "small" Mediterranean river systems in the transfer of sediment across the continental shelf is highlighted from the sediment transport events observed during the study period. / El oleaje durante temporales y los aportes fluviales han sido considerados como los mecanismos de forzamiento dominantes del transporte de sedimento en las plataformas continentales afectadas por ríos medianos y grandes en todo el mundo (por ejemplo, Drake y Cacchione, 1985; Sherwood et al., 1994; Ogston y Stemberg, 1999; Traykovski et al., 2000; Wadman y McNinch, 2008) y en el Mediterráneo noroccidental (Jiménez et al., 1999; Puig et al., 2001; Guillén et al., 2002, 2006; Palanques et al., 2002, 2011; Ferré et al., 2005; Roussiez et al., 2005; Ulses et al., 2008). Sin embargo, la contribución de "pequeños" sistemas fluviales mediterráneos en la dinámica de sedimento está poco estudiada. El oleaje y las tormentas no solo redistribuyen sedimentos si no también toda la materia asociada, así como, metales pesados, que son indicadores del impacto de las actividades industriales y urbanas. Por estas razones, el presente proyecto de tesis implica el estudio de la dinámica de sedimento y metales pesados asociados a través de la plataforma continental del río Besòs (Barcelona), y en particular, determinar el efecto de los temporales y tormentas en un sistema litoral afectado por actividades industriales y urbanas. Para este fin, varias campañas oceanográficas se llevaron a cabo entre 20 y 40 m de profundidad en la plataforma continental de Barcelona donde se tomaron gran variedad de datos y muestras: perfiles verticales hidrográficos (temperatura, salinidad y turbidez); series temporales de parámetros físicos (corrientes, salinidad, temperatura, turbidez y la variación del fondo) mediante el anclaje de equipos oceanográficos, y muestras de sedimento (testigos cortos de sedimento y dragas Van Veen) y de partículas en suspensión (a partir de muestras de agua y trampas de sedimentos) para análisis sedimentológicos y geoquímicos. El período de estudio comprendió tres estaciones, desde otoño de 2007 a primavera de 2008, que mostraron características distintas entre ellas. En la sección 3 se describen las principales condiciones hidrográficas y la hidrodinámica durante el período de estudio para apoyar la interpretación de los procesos de transporte sedimentario. Se identificaron tres periodos diferentes en función de la actividad fluvial y la del oleaje que coincidieron con las estaciones naturales del año: El período comprendido entre finales de septiembre de 2007 y diciembre de 2007 (otoño) se caracterizó por una intensa frecuencia de temporales del noreste-este junto con incrementos en la descarga del río y una convergencia de la componente across-shelf de la corriente entre 20 m y 30 m de profundidad; entre enero y principios de marzo de 2008 (invierno), la actividad y la frecuencia del oleaje y del río se redujeron significativamente con predominio de la componente offshore de la corriente; y, por último, de marzo a mediados de junio de 2008 (primavera), especialmente entre mayo y junio de 2008, las descargas fluviales se intensificaron durante más de un mes produciéndose en condiciones de baja energía del oleaje o en combinación con temporales del S-SE o SW. La respuesta del sedimento del fondo a las condiciones de forzamiento observadas durante el período de estudio se analizó en la sección 4. El tamaño medio de grano y la porosidad de todas las muestras de sedimento recogidas durante el experimento (testigos, dragas y trampas) mostraron una alta variabilidad espacial y temporal. Los flujos verticales de sedimento y la concentración de sedimento en suspensión cerca del fondo también variaron a través de la plataforma interna durante el periodo de estudio. Estos cambios se asociaron a eventos de fuerte oleaje y corrientes y a descargas del río y, por tanto, fueron más intensas en otoño de 2007 y primavera de 2008. Sin embargo, se observó una variabilidad espacial a través de la plataforma interna durante estos eventos que se asoció a la disponibilidad de sedimento (es decir, a gradientes de “critical shear stress”). Como resultado, una misma tormenta produjo una concentración de sedimento cerca del fondo mayor en aguas más profundas debido a que la disponibilidad de sedimento fino era limitada en aguas someras. En la sección 5, se analiza la dinámica de sedimento resultante a través de la plataforma interna y los resultados obtenidos en el modelado del transporte de sedimento durante un evento de resuspensión. En la plataforma interna de Barcelona, la circulación general del transporte sedimentario se dirigió principalmente hacia el suroeste (along-shelf) durante el período de estudio, sin embargo, la componente onshore fue bastante relevante y favoreció la segregación de sedimento grueso y fino desde la costa hacia zonas más profundas. Sin embargo, se observaron diferencias notables en el transporte de sedimento a través de la plataforma interna. A 20 m de profundidad, el transporte de sedimento fue principalmente onshore, mientras que zonas más profundas de la plataforma interna la componente along-shelf dominó el transporte. Este patrón de transporte, depositó sedimentos del río y depositados previamente en una trayectoria along-shelf hacia el suroeste entre 20 m y 30 m de profundidad y sólo durante los temporales más fuertes fueron transportados hacia 40 m de profundidad y probablemente a zonas más profundas de la plataforma continental. Estas diferencias tuvieron a su vez una fuerte componente estacional relacionada con la disponibilidad de sedimentos fluviales finos y la energía del oleaje y las corrientes. En este sentido, en otoño y primavera los eventos registrados afectaron mayormente a 20 m de profundidad y a finales de otoño y comienzos del invierno fueron más activos en aguas profundas, cambiando el gradiente del transporte sedimentario a través de la plataforma. Durante este evento, el modelo de transporte sedimentario capturó adecuadamente las tasas de transporte a través de la plataforma y permitió estimar el flujo vertical integrado de sedimento en 10 metros de columna de agua sobre el fondo marino. En consecuencia con el patrón de transporte de sedimento observado y modelado, la variación del fondo marino fue superior a 30 m que a 20 m de profundidad, con una erosión de alrededor de 10 cm y 4 cm, respectivamente. Las implicaciones de la dinámica sedimentaria durante el período de estudio en la transferencia de metales pesados des del río Besòs a través de la plataforma se analizó en la sección 6. El río Besòs introdujo metales pesados cerca de la costa continuamente durante el régimen de descarga regular y esporádicamente en incrementos de caudal del río. Sólo durante las condiciones más altas de oleaje y corrientes la contaminación antropogénica, previamente depositada en la parte somera de la plataforma, alcanzó zonas más profundas. Como resultado, el sedimento más contaminado se acumuló hacia el suroeste del río y de las desembocaduras de los pluviales. La zona más afectada asociada a la influencia del río Besòs se localizó especialmente entre 20 m y 30 m de profundidad disminuyendo en profundidad. Por último, las principales conclusiones y propuestas de futura investigación de la presente tesis se abordan en la sección 7. En ella, se destaca la importancia de "pequeños" sistemas fluviales mediterráneos en la transferencia de sedimento a través de la plataforma continental que se manifiesta a partir de la secuencia de eventos de transporte sedimentario observada durante el periodo de estudio.

Els estudis que es presenten en aquesta tesi doctoral se centren en l’aplicació i millora de metodologies analítiques existents, relativament senzilles, i el desenvolupament de nous procediments que poden utilitzar-se per a l’estudi de materials del Patrimoni Cultural. La posada en pràctica i la modelització de la resposta analítica de les tècniques espectroscòpiques utilitzades en aquest treball s’ha dut a terme mitjançant l’anàlisi de materials antics de diferent tipus, començant amb materials de composició relativament senzilla com ara aliatges metàl·lics i passant, gradualment, a l’estudi de materials amb matrius més complexes tals com pigments minerals, papers i tintes. Els resultats obtinguts són de notable interès per a la conservació d’aquests materials, aspecte rellevant donada la seva fragilitat i elevat potencial d’alterabilitat. En aquest sentit, en primer lloc es va fer un estudi exhaustiu de monedes antigues de diversa cronologia, mitjançant l’ús de la fluorescència de raigs X per dispersió d’energies (EDXRF). Els resultats de les anàlisis van permetre determinar no només la composició química elemental de les monedes i donar resposta a algunes de les qüestions plantejades pels historiadors, sinó que també van permetre optimitzar al màxim les condicions experimentals de les anàlisis i fixar els límits de quantificació per aquest tipus de matrius. En segon lloc, es va dur a terme un estudi multi-espectroscòpic de pintures a l’oli sobre suports metàl·lics (coure i llautó) de diversa cronologia (una del segle XVII i l’altra de finals del segle XVIII). Els resultats de les anàlisis van esser útils, per una banda, per establir la distribució elemental en superfície a partir d’un mètode quantitatiu d’anàlisis EDXRF desenvolupat específicament per aquest tipus d’obres d’art i, per l’altra, identificar els compostos utilitzats en l’elaboració de les pintures (pigments i aglutinants) a partir de la utilització de difracció de raigs X (XRD) i espectroscòpies Raman (RS) i infraroja per transformada de Fourier (FTIR). En tercer lloc, es va realitzar un ampli estudi analític (tot emprant EDXRF, RS i FTIR) de cromolitografies del segle XIX amb l’objectiu de caracteritzar el material de suport i identificar-ne les tintes utilitzades per a la seva coloració. A més de les conclusions històriques, els resultats de les anàlisis posaven de manifest la necessitat de dur a terme una aproximació multi-analítica per a una complerta caracterització dels materials estudiats. Finalment, en quart lloc es va dur a terme un estudi arqueomètric (emprant EDXRF, XRD, FTIR, microscòpia òptica de polarització (PLM) i microscòpia electrònica de centelleig (SEM-EDS)) de pintura mural d’època clàssica. Els resultats de les anàlisis van permetre obtenir informació relativa a la naturalesa dels pigments utilitzats i la seva possible procedència per una banda, i per l’altra caracteritzar els materials de suport, descriure la qualitat dels estucs i determinar si seguien els models descrits pels autors clàssics. / Los estudios que se presentan en esta tesis doctoral se centran en la aplicación y mejora de metodologías analíticas existentes, relativamente sencillas, y el desarrollo de nuevos procedimientos que pueden ser utilizados para el estudio de materiales del Patrimonio Cultural. La puesta a punto y la modelización de la respuesta analítica de las técnicas espectroscópicas utilizadas se ha llevado a cabo mediante el análisis de materiales antiguos de distinta índole, empezando con materiales de composición sencilla tales como metales y pasando paulatinamente al estudio de materiales con matrices más complejas (pigmentos minerales, papeles y tintas). Los resultados obtenidos son de notable interés para la conservación de dichos materiales, aspecto relevante dada su fragilidad y elevado potencial de alterabilidad. De este modo, en primer lugar se hizo un estudio exhaustivo de monedas antiguas de diversa cronología mediante el uso de la fluorescencia de rayos X por dispersión de energías (EDXRF). Los resultados de los análisis permitieron determinar no solo la composición química elemental de las monedas y dar respuesta a algunos de los problemas planteados por los historiadores, sino que también permitieron optimizar al máximo las condiciones experimentales de los análisis y fijar los limites de cuantificación para este tipo de matrices. En segundo lugar se llevó a cabo un estudio multi-espectroscópico de pintura al óleo sobre cobre de dos ejemplares de distinta cronología (uno del siglo XVII y otro de finales del siglo XVIII). Los resultados de los análisis han sido útiles, por un lado, para establecer la distribución elemental en superficie a partir de un método semi-cuantitativo de análisis EDXRF desarrollado especialmente para este tipo de obras y, por el otro, identificar los compuestos empleados en la elaboración de las pinturas (pigmentos y aglutinantes entre otros) a partir de la utilización de la difracción de rayos X (XRD) y espectroscopías Raman (RS) e infrarroja por transformada de Fourier (FTIR). En tercer lugar se realizó un amplio estudio analítico (utilizando EDXRF, XRD, RS y FTIR) de papeles del siglo XIX con el fin de caracterizar el soporte e identificar las tintas empleadas. Además de las conclusiones históricas, los resultados de los análisis ponen de manifiesto la necesidad de un estudio multi-analítico para una completa caracterización de los materiales estudiados. Por último, en cuarto lugar se llevó a cabo estudio arqueométrico completo (empleando EDXRF, XRD, FTIR, microscopía óptica de polarización (PLM) y microscopía óptica de barrido (SEM-EDS)) de pintura mural de época clásica. Los resultados de los análisis permitieron obtener información relativa, por un lado, a la naturaleza de los pigmentos utilizados y su posible procedencia y, por otro lado, caracterizar los materiales de soporte, describir la calidad de los estucos y determinar si siguen los modelos propuesto por los autores clásicos. / The research presented in this thesis is focused on the application and improvement of analytical existing procedures and the development of new methodologies that can be employed for the study of Cultural Heritage materials. The starting up and modelling of the analytical response was fulfilled by the analysis of different type of ancient materials, starting with materials of relatively simply composition such as metallic alloys, and going through the analysis of materials with more complexes matrices, such as mineral pigments, ancient documents and inks). The obtained results are of considerable interest for the conservation of these materials, as they are usually fragile and have a high potential of alterability. In this sense, the first analytical experience was carried out on metallic artefacts. The study involved the characterization of ancient coins from diverse chronology by means of non-destructive energy dispersive X-ray fluorescence (EDXRF). The results of the analysis allowed determining the elemental composition of the coins and answer some of the questions presented by the historians. Moreover the optimization of the experimental parameters and quantification limits (LOQ) were carefully determined for this kind of matrices. In a second stage, a multi-spectroscopic study of two “oil on copper” paintings from different chronology (seventeenth and nineteenth centuries respectively) was carried out. The results allowed establishing, on one hand, the pigment mass distribution along the painting surfaces by using a semi-quantitative EDXRF method developed specifically for such kind of artworks. On the other hand, identifying the compounds employed to elaborate the paintings (pigments and binders amongst others) by using XRD, RS and FTIR spectroscopies. In a third stage, a full analytical approach of chromolithographs from the nineteenth century was done by using EDXRF, XRD, RS and FTIR instrumentation. The study was carried out in order to characterize the supporting material and identify the employed inks for colouring the lithographs. Apart of the historical explanations, results of the analysis highlighted the necessity of having a multi-analytical approximation for the proper characterization of such kind of materials. Finally, a complete archaeometric study of ancient wall-paintings was accomplished by employing EDXRF, XRD, FTIR, PLM and SEM-EDS. The results of the analytical campaign allowed not only obtaining information related to the nature of the employed pigments and their possible provenance but also characterizing the supporting materials (including their mineralogical and textural description), and determining whether they follow or not the procedures explained in the classical textual sources.

Esta tesis presenta un estudio de la interacción entre la tectónica y la red de drenaje y cómo esta interacción controla los patrones y las tasas de sedimentación. Esta tesis está dividida en dos partes, en la primera se presentan los resultados de una modelización experimental (Capítulo 1 y Capítulo 2), y en la segunda, se realiza un estudio de un caso natural sobre un sistema orógeno-cuenca ubicado en Irian Jaya (Indonesia), compuesto por la cordillera del Central Range y la cuenca de Cendrawasih (Capítulo 3). En el Capítulo 1 se investiga experimentalmente como la interacción entre la deformación y la red de drenaje controla las variaciones del flujo sedimentario a lo largo de los modelos experimentales, sometidos a acortamiento y erosión. Primero se muestra que el comportamiento (geométrico y cinemático) de los canales experimentales bajo condiciones de levantamiento es similar al de los ríos observados en la naturaleza. Se muestra también que variar la proporción entre la tasa de lluvia y la tasa de acortamiento controla la organización de la red de drenaje. Si esta proporción es alta, la red de drenaje está dominada por tramos transversales, resultando en un sistema deposicional lineal a lo largo del frente de la estructura activa. Por el contrario, si la proporción es baja, la red de drenaje está dominada por tramos longitudinales, resultando en sistemas deposicionales puntuales. Finalmente se muestra que este comportamiento está controlado por una relación no lineal entre el caudal de los canales y la tasa de levantamiento. En el Capítulo 2 se muestra experimentalmente que una red de drenaje dominada por canales longitudinales se reorganiza a una red de drenaje dominada por canales transversales mediante migraciones de divisorias de aguas y procesos de capturas. La reorganización de la red de drenaje tiene como consecuencia la modificación del tamaño de las áreas de drenaje y, por consiguiente, de las tasas de sedimentación en las partes externas de los modelos. Estas tasas parecen no solo estar controladas por las fuerzas externas al sistema geomorfológico, que son la Tectónica y el Clima, sino también por la dinámica intrínseca del sistema geomorfológico. Además esta reorganización de la red de drenaje por capturas hacia un estadio dominado por tramos transversales, más estables, modifica la distribución espacial de los cuerpos sedimentarios en las partes externas de los modelos. En el Capítulo 3 se realiza un estudio geomorfológico que sugiere que la red de drenaje del Central Range se está reorganizando desde un estado inicial dominado por un drenaje longitudinal, formado hace 12 Ma, a uno dominado por un drenaje transversal siguiendo el mismo patrón que en los modelos experimentales. Los resultados obtenidos han permitido realizar un balance de volúmenes erosionados y sedimentados por las principales cuencas del Central Range que desembocan a la bahía de Cendrawasih y estimar la composición del relleno sedimentario que muestra que la cuenca ha sido alimentada mayoritariamente por filitas negras con materia orgánica. El balance de volúmenes se basa en un análisis de imágenes sísmicas de la cuenca sedimentaria y en una síntesis en el área fuente de los datos de erosión precedentes de la literatura. Este estudio muestra que el sistema orógeno-cuenca, Central Range–Cuenca de Cendrawasih, es un sistema dinámico que está en un estado transitorio probablemente desde la emersión de la cadena montañosa en el Mioceno Superior. / This thesis studies the interaction between tectonics and the river network and how this interaction controls the patters and rates of sedimentation. This work is composed of two parts, the first one presents the results of the experimental modeling (Chapter 1 and Chapter 2), and the second one shows the study of a natural Source-To-Sink system located in Irian Jaya (Indonesia), composed by the Central Range and Cendrawasih Basin (Chapter 3). In Chapter 1 I investigate experimentally the interactions between tectonics and the drainage network and its control on along-strike sediment fluxes in wedges submitted to shortening and rainfall. We first show that the behavior (geometries and kinematics) of experimental channels evolving under uplifting conditions are similar to what is observed in natural landscapes. We show substantial differences in both the drainage organization and along-strike variations in sediment accumulations by varying the ratio of rainfall rate over shortening rate. If this ratio is high, transverse channels draining a wedge are not diverted and a line-source dispersal system develops in front of the active structure. At low ratio, the merger of drainage basins in the backlimb of frontal structures results in gridiron drainage patterns and in point-sourced depositional systems separated by areas fed only by small channels developed in the external limbs. We show that this behavior is controlled by a non-linear relation between the channel discharge and the uplift rate. In Chapter 2 experiments show that a longitudinal-dominated drainage network can be reorganized to a transverse-dominated drainage network by divide migration and captures. This reorganization of the drainage network implies variations in the size of drainage basins, and consequently, in the rates of sedimentation at the external parts of the models. The rates of sedimentation appear to be controlled not only by Tectonics and Climate, but also by the intrinsic dynamics of the geomorphic system. In addition, the drainage-network reorganization also modifies the spatial distribution of clastic bodies from point-sourced depositional systems to line-source dispersal systems. In Chapter 3 the Source-To-Sink system, made of the Central Range and the Cendrawasih basin, is analyzed. The geomorphic study the Central Range suggests that the drainage network is reorganizing following the same pattern as in the experimental modeling. A balance between the eroded volumes in the main drainage basins of the Central Range and the deposited volumes stored in the Cendrawasih basin allowed to estimate the infilling composition and it shows the basin has been mainly fed by graphitic black phyllites. The volume balance has been done using erosion rates extracted from the literature and the seismic lines of the Cendrawasih basin. This study shows that the Source-To-Sink system of the Central Range-Cendrawasih basin is a dynamic system that is in a transient state, probably since the beginning of the Central Range building in Late Miocene.

Los sucesivos gobiernos borbónicos de la segunda mitad del siglo XVIII desarrollaron programas destinados al fomento de la ciencia y la tecnología, con el objetivo de modernizar el país y estimular su crecimiento económico. Estas políticas favorecieron el desarrollo de las ciencias experimentales como la mineralogía y de técnicas como la minería. La necesidad de estos conocimientos estaba estrechamente relacionada con el interés mostrado por la Corona en la investigación y explotación de los recursos minerales, valorados como instrumento de modernización económica. La mineralogía que como otras muchas ciencias había surgido durante este siglo, vivió a finales del mismo un espectacular proceso en su desarrollo, facilitado por la protección oficial a su estudio. En el impulso dado a la mineralogía y la minería en nuestro país durante este periodo, se aplica de manera efectiva los medios propuestos por los sucesivos gobiernos borbónicos con el objetivo de fomentar el desarrollo científico y tecnológico: envío de pensionados al extranjero, creación de instituciones de investigación y enseñanza, formación de colecciones españolas, realización de expediciones mineralógicas al Nuevo Mundo y contratación de expertos extranjeros encargados de la enseñanza de estas disciplinas. En este contexto, diversos naturalistas recorrieron durante la segunda mitad del siglo XVIII el Reino de Valencia, con el objetivo de estudiar su geología y sus recursos minerales. Entre los más importantes destacan el botánico valenciano Antonio José Cavanilles (1745-1804) y el naturalista y militar murciano Juan Sánchez Cisneros (ca.1770-post.1838); además del mineralogista irlandés Guillermo Bowles (ca. 1714-1780), y el geólogo norteamericano William Maclure (1763-1840). De estos personajes el menos conocido es Juan Sánchez Cisneros que tuvo gran importancia tanto en la investigación como en la catalogación de los minerales del Reino de Valencia, así como en los primeros intentos de institucionalización ciéntifica, con la creación del Gabinete de Historia Natural de la Real Sociedad Económica de Amigos del País de Valencia; por este motivo se ha dedicado un esfuerzo especial a la elaboración y análisis de la biografía y bibliografía de este militar y naturalista. Sus trabajos y publicaciones son las primeras fuentes impresas con información de primera mano sobre la minería y mineralogía valenciana de la que disponemos, y han sido las principales referencias utilizadas por el resto de autores hasta la segunda mitad del siglo XIX. Durante sus excursiones todos ellos participaron del interés de la Corona por inventariar y explotar los recursos minerales, centrándose en los denominados minerales útiles: metales, carbón, mármoles, yeso, etc. Durante este periodo el desarrollo de la mineralogía y la minería en el Reino de Valencia estuvo fuertemente influenciado por las instituciones y las directrices establecidas por la Corona desde Madrid. Destacan los trabajos realizados en el seno de la Real Sociedad Económica de Amigos del País de Valencia, una institución que aunque de ámbito local, estaba sujeta al control del Gobierno central. Los proyectos mineros más importantes llevados a cabo en el territorio valenciano durante la segunda mitad del siglo XVIII, estuvieron relacionados con el interés de la Corona por la minería del mercurio. Éste fue el caso de las minas de cinabrio de La Alcoraya en Alicante y la Creu en Eslida; así como, las labores de investigación realizadas en otros yacimientos como el de Xàtiva. / At the second half of eighteen century different naturalists went over the Valencian Kingdom, with the aim of study the geology and its mineral resources. Among the more importants distinguish the Valencian botanical Antonio José Cavanilles (1745-1804) and the Murcian naturalist and military Juan Sánchez Cisneros (ca. 1770 - post. 1838), besides the Irish mineralogist William Maclure (1763-1840). About these characters the least know is Juan Sánchez Cisneros who was very important so research so documentation of Valencian Kingdom's minerals, well as the first attempts of scientific institutionalization, with the creation of the cabinet of natural history of the Royal Economic Society of Valencian County's friends; for this reason has devoted special efforts to the development and analysis of the biography and bibliography of this military and naturalist. His works and publications are the first printed sources with firsthand information about Valencia mining and mineralogy that we arrange and it had been the main references used by the rest authors until the second half of nineteen century. During his excursions all of them participated in the interest of the crown to be inventoried and exploit mineral resources, focusing in the usefull minerals: metals, coal, marble, gypsum, etc. During this period the development in Valencian Kingdom of mineralogy and mining was strongly influenced by the institutions and the established guidelines by the crown from Madrid. Highligt the works done within the Royal Economic Society of Valencian Country's friends, an institution that although local, was subject to the central government control. The most important mining projects carried out in the Valencia region during the second half of eighteen century, they were related to the interest of the crown by mercury mining. This was the case of the cinnabar mines of "La Alcoraya" in Alicante and "La Creu" in Eslida; well as the research work conducted in other fields like Xàtiva.

Aquest estudi es centra en temes clàssics de la geologia estructural com són el plegament de capes i la dinàmica de partícules aïllades; malgrat la gran quantitat de treballs sobre aquests temes, mai s'ha plantejat un estudi sobre la mecànica de la transició geomètrica entre capes de gruix homogeni i cossos aïllats. Aquesta transició pot ser visualitzada mitjançant capes amb distribució de gruix no homogeni. El focus principal d'aquest estudi és identificar els factors que controlen el plegament de capes amb gruix no homogeni i la relació entre l'asimetria d'aquests plecs i la cinemàtica de la deformació. La metodologia de treball consisteix en una combinació entre estudis de detall de camp d'aquestes estructures i la seva simulació mitjançant models teòrics, numèrics i analògics. Cadascun d'aquests mètodes té les seves avantatges i desavantatges, i en conjunt aporten dades diferenciades però compatibles entre elles. La definició original del treball neix per a donar una explicació coherent a un conjunt d'observacions de camp de la fase de deformació D2 del Varisc de Cap de Creus (Est dels Pirineus). En aquesta zona s'observa una aparent contradicció entre el sentit de cisalla deduït mitjançant els indicadors cinemàtics i l'inferit mitjançat l'evolució de les bandes d'elevada deformació i/o l'orientació dels marcadors planars. Un d'aquests indicadors cinemàtics són un conjunt venes de quars d'gruix molt irregulars i plegades durant la D2, anomenats sigmoidal quartz-rods. Quin és el significat d'aquestes estructures, i com reconciliar la contradicció entre els sentits de cisalla són uns dels darrers objectius de l'estudi. Primerament és fa una introducció dels aspectes principals de la mecànica de medis continus, juntament amb les teories de plegament i de dinàmica de partícules aïllades. Aquests conceptes són claus per a una comprensió correcte dels aspectes desenvolupats al llarg de tot el treball. Desprès, es realitza una descripció detallada tant de la geometria de les estructures de camp com del seu context estructural, que ens defineixen el marc d'inspiració de la modelització. Aquesta s'ha realitzat amb un increment progressiu de l'escala d'estudi: des de la geometria dels límits de capa fins a sistemes amb múltiples pertorbacions, passant per a situacions amb un única pertorbació aïllada.Les variables independents del sistema bàsicament es troben relacionades amb aspectes de la geometria inicial, aspectes lligats a les propietats mecàniques del medi i aspectes de la cinemàtica de les condicions de contorn dels models. La investigació s'ha basat en l'anàlisi tant de la variació de les geometries com de la distribució de les components de la cinemàtica dins i al voltant de les pertorbacions. Aquests resultats ens han permès establir la viabilitat de la transició mecànica entre estructures de plegament i dinàmica de partícules. Aquesta és abrupte i asimètrica, amb un domini pels processos de buckling de capes. Els resultats són utilitzats per a definir tres nous mètodes d'anàlisi de la deformació i del grau de no coaxilitat mitjançant dades de camp. Aquests es basen en la combinació de paràmetres geomètrics simples com són l'angle d'inclinació dels flancs, dels boudins o de la foliació externa. Els mètodes són aplicats a l'àrea d'estudi obtenint resultats similars per a tots ells. S'han contrastat els resultats mitjançant altres mètodes d'estimació basats en la geometria de plecs. Els resultats de camp són compatibles amb les interpretacions prèvies d'un règim transpressiu de la deformació D2, però s'observa un caràcter variable del grau de no coaxilitat de la deformació entre zones de baixa i alta deformació. Finalment, el conjunt de resultats obtinguts són un pas endavant cap una possible unificació de les teories de dinàmica de partícules aïllades i de plegament. / This study is concerning classical themes of structural geology as the folding of competent single-layers and the dynamics of isolated particles. However the large number of previous studies related to these topics, never has been investigated the mechanics of the geometrical transition between layers with homogeneous thickness and isolated inclusions. This transition can be visualized through layers with non homogeneous distribution of the thickness. The major focus of this study is addressed to recognize the mean factors that govern the folding mechanics of layers with unequal thickness. A second objective is to identify the relationship between fold asymmetry and the kinematics of the deformation. The working methodology consists in a combination between detailed field study of these structures and their simulation using theoretical, numerical and analogue modelling. These methods have advantages and disadvantages and altogether contribute to solve the problem with differentiated data but compatible among them. The initial definition of this work rise to provide a coherent interpretation to a set of field data associated to the main Variscan phase (D2) of the Cap de Creus (East of Pyrenees, Spain). In this zone, it is possible to observe an apparent contradiction between shear sense deducted from kinematics indicators and the shear sense inferred from the evolution of high strain bands and/or reorientation of structural planar markers (foliations). One of the kinematics indicators used are a set of quartz veins with irregular thickness layer and folded during the D2, called sigmoid quartz-rods. Which is the significance of these structures and how does it reconcile with the apparent contradiction between shear senses are the ultimate purposes of this study. First of all, the basic concepts of the continuum mechanics are introduced, following with a brief of layer folding and particle dynamic theories. These concepts are fundamentals for a correct acknowledgement of the mean features developed along this thesis. After, an introduction to the field structural geology and a detailed description of the geometry of sigmoidal quartz-rods structures are exposed. These observations represent the reference frame of the subsequent modelling. A progressive dimensional scale of the effects has been used in the simulations: from the geometry of the layer interfaces to systems with a central isolated perturbation, finishing in the interaction of multiple perturbations. The independent variables of the models are the initial geometry of the layers, the mechanical properties of the medium and the kinematics of the boundary conditions. The study is based on the analysis of variation of fold geometry and the variation of the distribution of the kinematics components inside and around flow perturbations. Results have validated the viability of a mechanical transition between folded structures and particle dynamics. This transition is sharp and asymmetric, and is widely dominated by buckling process. Three new methods for analysis of strain and kinematical vorticity number from field data have been proposed. These methods are based on the combination of simple geometrical parameters as the fold limb angle, the boudin angle or the orientation of the foliation. The methods have been applied to the field area, obtaining for all methods similar results. The validity of these results has been contrasted with other strain methods based on fold geometry. Field results are compatible with previous interpretation of D2 deformation as a transpressive strain regime with vertical extension, horizontal area reduction and NNW-SSE bulk shortening. But, deformation has a non-steady character, with variable degree of non-coaxility between low and high strain zones. Finally, these results represent a forward step to a viable unified theory between classical theories of folding and particle dynamics.

Este estudio esta centrado en la tectónica de los dominios mas profundos que afloran en el sector septentrional de la península del Cap de Creus, así como en el metamorfismo y el magmatismo asociados. La península del Cap de Creus constituye el afloramiento mas oriental del zócalo paleozoico que conforma la zona axial de los Pirineos, en la cual las foliaciones penetrativas, el metamorfismo y el magmatismo son de edad hercinica. Las rocas que afloran en el area objeto de estudio corresponden a una secuencia metasedimentaria que contiene intercalaciones esporádicas de rocas igneas metamorfizadas. La presencia de un gradiente metamórfico, con grado creciente hacia el norte evidencia un metamorfismo regional progrado de baja presión, iniciado durante los episodios deformativos tempranos, que se manifiesta por una zonación que abarca desde la zona de la clorita-moscovita al sur, hasta la zona de la silimanita-feldespato potásico, al norte. Localmente, en los dominios de grado medio y alto, aparecen areas migmatiticas junto con granitoides calco-alcalinos, emplazados secuencialmente desde los términos más básicos hasta los más ácidos. Un enjambre de diques de pegmatitas aparece en los dominios anatecticos y perianatecticos hasta la zona de la cordierita-andalucita. El metamorfismo retrógrado superpone heterogeneamente a la zonación prograda y es especialmente manifiesto a lo largo de las bandas miloniticas. Las estructuras tectónicas polifásicas se han interpretado como resultado de una historia deformacional progresiva, con una manifiesta continuidad desde los eventos en condiciones metamórficas progradas hasta aquellos desarrollados en condiciones retrogradas. A efectos de exponer la evolución tectónica se han distinguido tres episodios principales. El episodio temprano (d1) genera una foliación penetrativa (s1), presumiblemente en disposición original sub-horizontal. A continuación, una secuencia de episodios deformacionales da lugar a una sucesión de estructuras fuertemente inclinadas. Cada episodio es inhomogeneo en el espacio y esta caracterizado por una deformación progresiva no-coaxial, dando lugar a la formación de una compleja configuración estructural. El episodio d2 genera pliegues de trazado ne-sw que afectan en condiciones progradas a la foliación s1. Los gradientes ligados a este plegamiento definen una zonación estructural, con dominios de débil e intensa deformación y una geometría análoga a la de zonas de cizalla. Las zonas de mayor deformación se localizan preferentemente en el sector septentrional y se halla asociada a procesos de migmatización y de emplazamiento de granitoides. Un estadio transicional entre d2 y d3 (denominado d2-3) se caracteriza por el desarrollo de pliegues sub-verticales de dirección E-W. Este estadio deformacional se situa alrededor del climax metamorfico y presenta una gradación hasta situaciones de retrogradación a temperatura elevada en el norte (en donde el enjambre de pegmatitas se halla emplazado sintectonicamente). Este mismo estadio deformacional presenta condiciones claramente retrogradas en el centro y sur. La progresión de la deformación en condiciones retrógradas genera las estructuras d3, de direccion NW-SE, que en el sur conforman una faja de pliegues y en el norte una faja milonitica sobre las rocas de mayor cristalinidad. Esta circunstancia da lugar a una segunda zonación estructural. Las relaciones entre las estructuras de temperatura elevada (d2 y d2-3) en los metasedimentos y las estructuras de los granitoides y pegmatitas, evidencian el sincronismo entre los procesos deformativos y magmáticos. Además, a pesar de la manifiesta complejidad de las relaciones entre geometría y cinemática, el análisis de la deformación de estas estructuras muestra que la deformación responde a una situación de tectonica transpresiva, en la que estan implicadas una extensión subvertical y un acortamiento general NNW-SSE con un componente direccional dextro.

Aquesta tesi doctoral se centra en l'estudi de la localització de la deformació i la fracturació associada en medis dúctils i mecànicament anisòtrops. Malgrat la gran quantitat de treballs que es poden trobar a la literatura sobre els factors que controlen aquests fenòmens, encara no es comprèn satisfactòriament la influència que exerceix l'anisotropia de les roques en la seva resposta a la deformació. L'objectiu principal d'aquesta tesi consisteix en estudiar alguns dels factors que influeixen en la localització de la deformació, analitzar l'aparició i evolució de fractures en materials anisòtrops i aportar eines que facilitin l'estimació d'orientacions de nucleació de fractures, la deformació de les roques que les contenen i la relació d'aquestes estructures amb els camps d'esforços. Per tot això, s'ha fet servir una metodologia de treball que combina l'estudi de camp de fractures de petita escala amb la seva simulació mitjançant mètodes analítics i models analògics i numèrics. Al capítol 1 s'introdueixen els conceptes clàssics de localització de deformació i criteris de fracturació en materials isòtrops i anisòtrops. A partir d'aquí es plantegen una sèrie de qüestions que aquest treball pretén respondre i una explicació de la metodologia escollida. Basant-se en una zona de camp situada al Varisc del Cap de Creus (Pirineus orientals), en el capítol 2 s'analitza la gènesi de fractures de cisalla de petita escala amb plecs d'arrossegament associats dins d'una zona de cisalla dúctil. Fent servir paràmetres que es poden mesurar amb facilitat al camp en una població de fractures, es presenta un mètode analític per estimar l'angle inicial amb el que es formen les fractures, la vorticitat cinemàtica amb la que s'ha deformat la roca i la deformació interna mínima que ha enregistrat. El mètode s'ha validat amb models analògics de plastilina i simulacions numèriques d'elements finits. En els capítols 3 i 4 s'exposen els resultats de dos treballs experimentals sobre la deformació de models multicapa anisòtrops. El primer d'aquests estudis analitza les propietats mecàniques dels materials i les relaciona amb el grau de localització de la deformació i la gènesi de fractures en funció de la taxa de deformació aplicada i de la resistència del material. Els resultats evidencien que existeix una transició entre models en que la deformació es distribueix en tot el volum de material i sistemes on la deformació es altament localitzada en xarxes de fractures. El segon estudi (capítol 4) explora la influència de l'orientació inicial de l'anisotropia en la dels conjunts de fractures que es formen. La presència d'una forta anisotropia mecànica, que es pot quantificar, condiciona les orientacions dels sets de fractures i produeix una desviació del camp d'esforços a nivell local en relació amb el camp d'esforços aplicat. En el capítol 5 es presenten simulacions numèriques que combinen deformació amb elements finits amb una funció d'actualització de la viscositat. Així s'estudia la localització i la formació de shear bands en diverses sèries de simulacions variant el grau de no-linealitat del sistema, el grau d'anisotropia i la seva orientació en relació als eixos de deformació i les condicions de contorn. La localització de la deformació en aquests models està principalment condicionada per la no-linealitat del sistema i els conjunts de shear bands que es formen són coherents amb les condicions de contorn. Finalment, a partir de la combinació d'aquests estudis independents s'extreuen unes conclusions generals que ajuden a comprendre els factors que controlen la fracturació en materials anisòtrops, així com la millora de la seva interpretació al camp. / Esta tesis doctoral se centra en el estudio de la localización de la deformación y la fracturación asociada en medios dúctiles y mecánicamente anisótropos. A pesar de la gran cantidad de trabajos existentes en la literatura sobre los factores que controlan estos fenómenos, todavía no se comprende satisfactoriamente la influencia que ejerce la anisotropía de las rocas en su respuesta a la deformación. Los objetivos principales de esta tesis consisten en estudiar algunos de los factores que influyen en la localización de la deformación, analizar la aparición y evolución de fracturas en materiales anisótropos y aportar algunas herramientas que permitan estimar las orientaciones de nucleación de las fracturas, la deformación de las rocas que las albergan y la relación de estas estructuras con los campos de esfuerzos. Para ello se ha utilizado una metodología de trabajo que combina el estudio de campo de fracturas de pequeña escala con su simulación mediante métodos analíticos y modelos analógicos y numéricos. En el primer capítulo se realiza una introducción sobre los conceptos clásicos de localización de deformación y criterios de fracturación tanto en materiales isótropos como anisótropos. A partir de estos conceptos se presentan una serie de preguntas que el trabajo pretende responder, así como una explicación de la metodología escogida. A partir de una zona de campo situada en materiales variscos del Cap de Creus (Pirineos orientales), en el capítulo 2 se analiza la génesis de fracturas de cizalla de pequeña escala con pliegues de arrastre asociados a una zona de cizalla dúctil. Utilizando parámetros que se pueden medir fácilmente en el campo en una población de fracturas, se presenta un método analítico para estimar el ángulo inicial con el que se forman las fracturas, la vorticidad cinemática con la que se ha deformado la roca y la deformación interna mínima alcanzada. Este método queda validado mediante modelos analógicos de plastilina y simulaciones numéricas de elementos finitos. En los capítulos 3 y 4 se exponen los resultados de trabajos experimentales sobre la deformación de modelos multicapa anisótropos. El primero de estos estudios analiza las propiedades mecánicas de los materiales y las relaciona con el grado de localización de la deformación y la génesis de fracturas en función tanto de la tasa de deformación aplicada como de la resistencia del material. Los resultados muestran que existe una transición entre modelos en los que la deformación se distribuye en todo el volumen de material y sistemas en los que la deformación está altamente localizada en redes de fracturas. El segundo estudio explora la influencia de la orientación inicial de la anisotropía en la orientación de los conjuntos de fracturas que se forman. La presencia de una fuerte anisotropía mecánica, que puede ser cuantificada, condiciona las orientaciones de los sets de fracturas y produce una desviación del campo de esfuerzos a nivel local con respeto al campo de esfuerzos aplicado. En el capítulo 5, se presentan simulaciones numéricas que combinan deformación mediante elementos finitos con una función de actualización de la viscosidad. Así, se estudia la localización y la formación de shear bands en varias series de simulaciones con distinto grado de no-linealidad del sistema, grado de anisotropía y orientación de la misma con respecto a los ejes de deformación y las condiciones de contorno. La localización en estos modelos está principalmente condicionada por la no-linealidad del sistema y los conjuntos de shear bands formados son coherentes con las condiciones de contorno. Finalmente, a partir de la combinación de estos estudios independientes se extraen serie de conclusiones generales que ayudan a comprender los factores que controlan la fracturación en materiales anisótropos, así como a mejorar su interpretación en el campo. / This thesis studies deformation localisation and associated fracturing in ductile and anisotropic media. Despite the large amount of available publications analysing the fundamental controls on deformation localisation, the influence of mechanical anisotropy on localisation and facture development has not yet been completely understood. The aims of the thesis are to evaluate the influence of some factors on strain localisation, to analyse the onset and evolution of fractures and to present new methods to estimate strain, fracture orientations and stress fields in anisotropic materials. A combination of field analysis of small-scale fractures and their simulation using analytical methods, analogue models and numerical simulations have been used. The main questions that this study tries to answer arise from the uncertainties of previous publications about deformation localisation and classical failure criteria in anisotropic rocks. The first part of this work defines an analytical method to determine finite strain and the kinematics of deformation using discrete isolated small-scale faults and associated drag folds. This method has been based on a population of fractures from an outcrop in the Variscan of the Cap de Creus (Eastern Pyrenees) that are spatially associated to a ductile shear zone. By measuring a few parameters in the field, the method allows to estimate the angle at which fractures nucleate with regard to foliation, kinematic vorticity of deformation and minimum finite strain since first fault nucleation. The method has been validated by plasticine analogue models and finite element numerical simulations. Two experimental studies are described in chapters 3 and 4. In the first one plasticine multilayers are deformed in order to analyse the dependency of deformation localisation and fracture development on the mechanical properties of the experimental materials and strain rate. The results evidence that there is transition from models where deformation is distributed within the material and models controlled by a strong fracture network. The chapter 4 evaluates the influence of the orientation of a planar mechanical anisotropy on the nucleation and orientation of shear fractures. The presence of a strong initial anisotropy, which can be quantified using a simple analytical method, plays a crucial role on the orientation of fracture sets and causes a deviation of the local stress field relative to the stress field applied by the boundary conditions. The analysis of field structures and the results of these analogue models are complemented with numerical simulations that couple a process of finite element deformation with a non-linear one that updates viscosity. These models are used to analyse the influence of kinematic vorticity, non-linearity and the degree and orientation of anisotropy on strain localisation and shear band development. Localisation in these simulations is mainly related to the degree of non-linearity. Different sets of shear bands are formed or aborted with the increase of deformation according to the imposed stress field. Finally, the results of the four studies are gathered and analysed together to draw general conclusions that may improve the understanding of localisation and fracturing in anisotropic materials. The methods and results presented in this thesis may also be useful to interpret field structures.

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La cacería es una componente importante de las estrategias de subsistencia de los pueblos indígenas en la Amazonía, pero también una gran amenaza para la biodiversidad cuando alcanza niveles insostenibles. Los cambios en las condiciones de vida de los pueblos indígenas, a menudo relacionados con su adaptación a la sociedad nacional y a la economía de mercado, producen cambios en los patrones de subsistencia y en la forma de uso y manejo de los recursos. La literatura científica se ha centrado principalmente en la variación de los patrones de caza y de la gestión comunal de la fauna como consecuencia de la integración en la economía de mercado. Los procesos culturales, como la aculturación, o la pérdida de los conocimientos, creencias y valores, han recibido menos atención. Esta tesis doctoral tiene como principal objetivo llenar parte del vacío existente en la literatura sobre cómo la aculturación afecta los patrones de caza y la disponibilidad de fauna, mediante la presentación de un caso de estudio con un grupo indígena de la Amazonía Boliviana, los Tsimane'. A pesar de que la cultura Tsimane' está relativamente bien documentada, se carece de datos ecológicos fiables sobre los vertebrados de caza en relación a su diversidad y abundancia en el territorio habitado por los Tsimane’. Esta falta de información, hace difícil evaluar las interacciones entre los sistemas sociales y ecológicos. Esta tesis analiza (i) la composición y estructura de la comunidad de especies de caza disponibles en el territorio Tsimane’, así como, el perfil de la cacería en las comunidades Tsimane' (capítulo 1); (ii) la variación entre las comunidades Tsimane' en términos de aculturación, presión de la caza y disponibilidad de las especies animales, y la asociación entre estos fenómenos (capítulo 2); (iii) los factores culturales y socioeconómicos determinantes de la conducta de caza individual (capítulo 3); y (iv) el papel de las normas tradicionales de caza como reguladoras de la gestión comunal (capítulo 4). La investigación se llevó a cabo entre Marzo de 2008 y Julio de 2010 en 40 comunidades Tsimane', en la Amazonía Boliviana. Dada la complejidad de las interacciones entre la aculturación, los medios de subsistencia de las sociedades indígenas y la conservación de la fauna, este estudio utiliza un enfoque multidisciplinario basado en la recopilación de datos sociales y ecológicos, y el uso de herramientas geográficas y econométricas. Las encuestas se realizaron entre los cazadores para evaluar sus características culturales y socioeconómicas, así como su perfil de caza y las tasas de extracción de especies animales. Se llevaron a cabo transectos sobre las especies de caza para estimar la abundancia de los recursos animales en las zonas alrededor de las comunidades Tsimane' donde se recogieron los datos de las encuestas. Los resultados de esta tesis sugieren que la caza sigue siendo una actividad de subsistencia importante para la sociedad Tsimane', pero sus patrones y la importancia cultural están cambiando. Juntamente con los cambios en el sistema económico de los Tsimane' (p.e., la integración en la economía de mercado), los cambios en el sistema cultural (p.e., el proceso de aculturación) contribuyen a explicar la adaptación del comportamiento de caza entre los Tsimane'. En concreto, los resultados que se presentan a lo largo de los cuatro capítulos sugieren que: (i) la actual composición y estructura de la comunidad de especies de caza parece responder a la caza excesiva y a la degradación del hábitat. El perfil de cosecha de fauna de las comunidades sugiere que los Tsimane' cazan de acuerdo a la disponibilidad de recursos animales, a excepción de algunas especies, por lo que las preferencias culturales parecen prevalecer; (ii) la disminución de la presión de caza –que presenta un gradiente decreciente desde las comunidades más cercanas a la ciudad mercantil hasta las comunidades más lejanas - se asocia tanto a cambios en el sistema cultural tradicional como a la escasez de fauna; (iii) existe una relación negativa y estadísticamente significativa entre años de escolaridad de los individuos y la probabilidad de que uno se dedique a la actividad de la caza. La asociación también se encuentra cuando se considera la cosecha de animales silvestres recolectados durante las cacerías; y (iv) las normas tradicionales de caza se están erosionando entre la cultura de los Tsimane'. Se encontró una relación significativa en forma de U invertida entre el apego a las normas de caza y la cantidad de carne de caza cosechada, lo que sugiere que hay una desapego a la identidad cultural, que se manifiesta en el manejo comunal de la fauna. Los resultados de esta tesis demuestran que la viabilidad de la caza de subsistencia entre los Tsimane' y su importancia cultural se ven amenazados por la adquisición de nuevas formas de capital humano y de las nuevas oportunidades económicas que vienen con la aculturación. Además, los resultados sugieren que existe también un efecto de feedback; éste se expresa como la generación de cambios en los aspectos culturales del sistema de caza debido a los cambios en la abundancia de especies. Esta tesis aporta nuevas perspectivas a la discusión teórica acerca de los efectos de la aculturación en las actividades de subsistencia de las sociedades indígenas y en el modo de gestionar sus recursos naturales. Las implicaciones políticas y de gestión de este estudio incluyen la necesidad y importancia de crear un proyecto de manejo de la fauna por y para los Tsimane', que podría apoyar a la caza a través de cosechas sostenibles, y al mismo tiempo construir resiliencia en la sociedad Tsimane' al ofrecer un marco para el mantenimiento de su cultura y conocimiento ecológico tradicional. / Wildlife hunting is an important component of indigenous peoples’ subsistence strategies in Amazonia, but also a major threat to biodiversity when it reaches unsustainable levels. Changes in the livelihoods of indigenous peoples, often related to their adaptation to the national society and the market economy, produce changes in their subsistence patterns and in the way they use and manage wildlife. From the many socioeconomic changes that affect indigenous peoples way of life, previous researchers have mainly focused on how integration into the market economy drives changes in hunting behavior and communal management of wildlife. Cultural processes, such as acculturation, or the loss of traditional knowledge, beliefs and values, have received less attention. This PhD thesis aims at filling a gap in the literature on how acculturation affects hunting patterns and wildlife availability, by presenting a case study of a native group of the Bolivian Amazon, the Tsimane’. Although the Tsimane’ culture is relatively well documented, there is a general lack of reliable ecological data for game vertebrates diversity and abundance in the territory inhabited by the Tsimane’, making it difficult to analyze interactions between the social and the ecological systems. This dissertation examines (i) the composition and structure of the game community available in the Tsimane’ territory, as well as, the game harvest profile of Tsimane’ villages (chapter 1), (ii) the variation among Tsimane’ villages in terms of acculturation, hunting pressure, and wildlife availability, and the association between those phenomena (chapter 2), (iii) the cultural and socioeconomic determinants of individual hunting behavior (chapter 3), and (iv) the role of traditional hunting norms regulating communal game management (chapter 4). Research was conducted between March 2008 and July 2010 in 40 Tsimane’ villages, in lowland Bolivia. Given the complexity of the interactions among acculturation, the livelihood of indigenous societies, and wildlife conservation, this study uses a multidisciplinary approach that relies on the collection of social and ecological data and its analysis using geographical and econometric tools. Surveys were conducted among hunters to evaluate their cultural and socioeconomic characteristics, as well as their game harvest profile and rates of game extraction. Wildlife transects were conducted to estimate game abundances in areas surrounding the Tsimane’ villages where survey data were collected. The results of this dissertation suggest that wildlife hunting continues to be an important subsistence activity for the Tsimane’ society, but its patterns and cultural importance are changing. Together with changes in the Tsimane’ economic systems (i.e., integration into the market economy), changes in the cultural system (i.e., the acculturation process) help explain changes in Tsimane’ hunting behavior. Specifically, the results presented along the four chapters suggest, that: (i) current game community composition and structure seem to respond to overhunting and habitat degradation. Villages’ harvest game profile suggest that Tsimane’ hunt according to game availability, except for some species, for which cultural preferences seem to prevail; (ii) the diminishment of hunting pressure -observed over a decreasing gradient from close to market-town to remote villages- is associated to both changes in the traditional cultural system and wildlife scarcity; (iii) there is a negative and statistically significant association between years of schooling and the probability that a hunter engages in hunting activity. The association is also found when considering the returns of wild meat harvested during the hunting excursions; and (iv) traditional hunting norms are eroding among the Tsimane’ hunters culture. The finding of a significant inverse U-shaped relation between attachment to hunting norms and the amount of game harvested suggests that there is a disruption in the cultural identity that manifests on the communal wildlife management. Therefore, this work highlights that the viability of subsistence hunting among the Tsimane’ and its cultural importance are threatened by the acquisition of new forms of human capital and new economic opportunities that come with acculturation. Moreover, results suggest that there is also a feedback loop, so changes in wildlife abundance and diversity, in turn, generate changes in cultural aspects. This thesis brings in new insights to the theoretical discussion about the effects of acculturation in the way indigenous societies manage their natural resources. Results from this work can inform local wildlife management policies. Specifically, this dissertation stresses the importance of creating a wildlife management project by, and for the Tsimane’, which could support sustainable harvesting, and at the same time built resilience among the Tsimane’ society by providing a framework for the maintenance of their culture and traditional ecological knowledge.