The eastern Betic Cordillera, south-eastern Spain, is one of the most seismically active area within the Iberian Peninsula. The Eastern Betic Shear Zone (EBSZ) in the Betic Cordillera absorbs part of the convergence between the Eurasia and African (Nubia) plates, stretching for aprox. 250 km from Alicante to Almeria. The EBSZ is a NE-SW transpressive left-lateral trending fault-system that is composed by several individual faults. Listed from south to north: Carboneras, Palomares, Alhama de Murcia, Carrascoy and Bajo-Segura. The CuaTeNeo GPS network was installed in 1996 in the eastern Betics with the main goal of determining the ongoing activity of the EBSZ (specifically of the Carboneras, Palomares and Alhama de Murcia faults). The network consists of 15 highly stable monuments, covering an area of 120x50 km in Murcia and Almeria. The network has been observed five times in 1997, 2002, 2006, 2009 and 2011. The results presented here are based on the analysis of the data of these five campaigns, spanning 15 year long time period and the data from continuous GPS stations of various public networks, such as REGAM, MERISTEMUM, IGN and RAP. In addition, several stations specially designed to detect tectonic crustal deformations have also been included: GATA station from Cabo de Gata and four Topo-Iberia network stations located within the study area. The most prominent feature of the GPS velocity field is the NW oriented motion of the majority of the stations at rates ranging from 0.5 to 3 mm/yr in a western Europe reference frame. This type of deformation indicates that the main driving force responsible for the observed velocities is related to the on-going convergence between Nubia and Eurasia plates. The calculated deformation field shows evidence for localized deformation related to active faults within the area. Most of the observed deformation is concentrated in the area delimited by the Alhama de Murcia (AMF) and Palomares (PF) faults. Here the maximum shear strain rates are observed. An estimated geodetic slip rate of the AMF-PF fault system is 1.5±0.3 mm/yr, oriented obliquely to the strike of the fault and indicating a combination of reverse and sinistral type of motion. We attribute this maximum slip rate to AMF since PF is currently either inactive or is slipping very slowly, at rates that are undetectable by the current GPS station spatial-temporal coverage. The installation of the GATA GPS station at Cabo de Gata has enabled us to obtain continuous observations from both sides of the Carboneras fault zone (CFZ) in the southern part of the study area. For the first time, it was possible to quantify the slip rate of the CFZ: a maximum left-lateral strike slip motion of 1.3±0.2 mm/yr. The coincidence of the geologic and geodetic strike-slip rates along the CFZ, illustrate that during Quaternary the northern segment of the CFZ has been tectonically active and has been slipping at a constant rate ranging from 1.1 to 1.5 mm/yr. GPS velocities and the derived strain rate field suggest a dominant NW-SE oriented compression, with a SW-NE extension in the south-western part of the study area, west of Almeria. In this SW sector the dominance of Erna., indicate a presence of a thinning or extensional kinematics, related to the block escape tectonics and possibly a slab rollback. This work demonstrates the current continuing tectonic activity of the eastern Betics and determines that Alhama de Murcia and Carboneras left-lateral faults are the most active faults. These two faults play an important role in the regional plate convergence kinematics. / La serralada de les Bètiques orientals, al sud-est d'Espanya, és una de les àrees sísmicament més actives de la península ibèrica. El sistema de Cisalla de les Bètiques orientals (EBSZ) absorbeix part de la convergència entre les plaques Eurasiàtiques i Africana (Nubia). L'EBSZ és un sistema de falles transpressives senestres format per diverses falles, que de sud a nord són: Carboneras, Palomares, Alhama de Murcia, Carrascoy i Bajo-Segura. La xarxa de GPS CuaTeNeo es va instal•lar l'any 1996 a les Bètiques orientals amb l'objectiu de determinar l'activitat tectònica de l'EBSZ (específicament de les falles de Carboneras, Palomares i Alhama de Murcia). La xarxa està formada per 15 monuments altament estables localitzats a les províncies de Murcia i Almeria. La xarxa s'ha observat cinc vegades: en el 1997, 2002, 2006, 2009 i 2011. Els resultats presentats en aquesta tesi es basen en l'anàlisi de les mesures d'aquestes cinc campanyes (per un període de 15 anys) així com mesures d'estacions GPS contínues de diverses xarxes públiques com la xarxa REGAM, MERISTEMUM, IGN i RAP. A més, s'han inclòs algunes estacions dissenyades especialment per a la detecció de deformacions corticals: l'estació GATA, emplaçada al Cabo de Gata i quatre estacions de la xarxa Topo-Iberia. El tret més important del camp de velocitats GPS obtingut és l'orientació cap al NW de la majoria d'estacions, amb unes taxes de desplaçament de 0,5 a 3 mm/a (respecte Europa occidental). Aquest tipus de deformació indica que la principal força responsable de les velocitats obtingudes està relacionada amb l'actual convergència entre les plaques de Nubia i Euràsia. El camp de deformació obtingut mostra evidències de deformació relacionada amb falles actives dins l'àrea d'estudi. La major part de la deformació es concentra en l'àrea delimitada per les falles d'Alhama de Murcia (AMF) i Palomares (PF), on s'han observat les màximes deformacions per cisalla. La taxa de lliscament horitzontal geodèsica estimada d'1,5±0,3 mm/a pel sistema AMF-PF i orientat oblic a la traça de la falla, indica una combinació de moviment invers i levògir. Aquesta taxa de lliscament màxima s'atribueix a AMF degut a que PF és actualment inactiva o presenta taxes de lliscament molt lentes, imperceptibles en aquest estudi GPS. La instal•lació de l'estació GATA ens ha permès disposar d'observacions continues als dos costats de la zona de falla de Carboneras (CFZ). Per primera vegada, ha estat possible la quantificació geodèsica de la taxa de lliscament de CFZ: una taxa màxima en direcció senestra d'1,3±0,2 mm/a. La coincidència de les taxes geològiques i geodèsiques al llarg de la CFZ, posen de manifest que durant el Quaternari el segment nord de la CFZ ha estat tectònicament actiu i ha estat lliscant a una taxa constant d'1,1 a 1,5 mm/a. Les velocitats GPS obtingudes i el camp de deformació derivat d'aquestes suggereixen una compressió dominant orientada NW-SE, amb una extensió SW-NE en la part SW de l'àrea d'estudi. En aquest sector del SW, prop d'Almeria, la predominança d'émax indica la presència d'una cinemàtica d'aprimament o extensional, relacionada a una tectònica d'escapament de blocs i possiblement a un slab rollback. Aquest treball posa de manifest l'activitat tectònica continua en l'actualitat a les Bètiques orientals i determina que les falles senestres d'Alhama de Murcia i Carboneras són les més actives. Ambdues falles juguen un paper important en la cinemàtica de la convergència de plaques regional.

En esta tesis se ha llevado a cabo el monitoreo de diferentes escarpes rocosos, que ha permitido la caracterización y la predicción de los desprendimientos de rocas. Esta caracterización y predicción han sido realizadas a partir de la comparación de nubes de puntos LiDAR obtenidos mediante un instrumento del tipo terrestre (ILRIS- 3D, Optech). La principal ventaja del uso de este tipo de instrumentos es la posibilidad de adquirir datos relativamente precisos (+/- 1 cm) a una distancia considerable (+/- 400 m) sin tener que alterar el comportamiento natural de la pared rocosa y sin que exista ningún riesgo por la instalación de instrumentos en el propio escarpe. En primer lugar se eligió un área de estudio piloto en la cual no existiera riesgo por caídas de rocas y poder de esta manera observar la evolución natural de las zonas inestables de la pared rocosa. Este hecho permitió el desarrollo de metodologías para la caracterización y predicción de los desprendimientos de rocas a partir de los datos LiDAR. La zona elegida fue el área de estudio piloto de Puigcercós, que consiste en el escarpe de coronación de un antiguo deslizamiento ocurrido en el año 1881. Dicho enclave ya estaba siendo monitoreado por el grupo RISKNAT desde el año 2007, y esta tesis supone la continuación del monitoreo y de las investigaciones que se estaban llevando a cabo. Las diferentes metodologías desarrolladas y aplicadas satisfactoriamente en el área de estudio piloto, fueron aplicadas posteriormente en un área con un alto riesgo por desprendimientos de rocas tanto para edificios como para vehículos y personas, la Montaña de Montserrat. En concreto se eligieron dos enclaves críticos, las paredes que se sitúan justo detrás del recinto del Monasterio de Montserrat, cuyo monitoreo comenzó en el año 2011, y las paredes de Degotalls, situadas por encima del aparcamiento de dicho monasterio, y cuyo monitoreo comenzó en el año 2007. El análisis de los datos LiDAR del escarpe de Puigcercós después de 2506 días de monitoreo arroja importantes resultados en el ámbito de la caracterización e inventario de los desprendimientos de rocas, permitiendo la obtención de un listado muy detallado de los eventos ocurridos. Este detallado inventario supone un gran avance para los análisis de la relación M-F de los desprendimientos. Los datos LiDAR también han mostrado resultados relevantes en el ámbito de la predicción de los desprendimientos de rocas de mayor magnitud. En este caso la detección y posterior análisis de la evolución de las deformaciones precursoras han sido claves para la predicción espacial y temporal de los eventos de mayor volumen. Por otra parte, se ha avanzado de manera importante en cuanto a la detección y seguimiento de los denominados desprendimientos precursores, que son otro tipo de indicador precursor de desprendimientos de gran magnitud y que necesitan ser investigados aún en mayor profundidad. En cuanto al monitoreo LiDAR de las mencionadas paredes de la Montaña de Montserrat, la aplicación de las metodologías desarrolladas en Puigcercós ha proporcionado resultados muy satisfactorios. El monitoreo ha permitido obtener un inventario de desprendimientos con un detalle sin precedentes en las paredes analizadas, y la continuación de esta investigación permitirá conocer con un mayor detalle el comportamiento geomorfológico de las paredes de conglomerados. Además, las metodologías aplicadas han permitido la detección de movimientos precursores en dos bloques inestables. El análisis de la evolución de estos desplazamientos en uno de los bloques ha demostrado que se encuentra en un estado crítico cercano al momento de la caída. En conclusión, todos los resultados obtenidos en esta tesis suponen un gran avance hacia la mejor caracterización de los desprendimientos de rocas, y hacia la posible implementación de un instrumento LiDAR Terrestre en un sistema de alerta temprana de desprendimientos. / In this thesis we have carried out the monitoring of different rock scarps that have allowed rockfall characterization and prediction. This characterization and prediction has been performed using the comparison of LiDAR point clouds obtained with a ground-based instrument (ILRIS-3D, Optech). The main advantage of this remote sensor is the possibility to acquire relatively accurate data (circa 1 cm) at a great distance (circa 400 m), without changing the natural behavior of the rock slope and without assuming any risk derived from the installation of instruments in the scarp. First, we chose a pilot study area without rockfall risk and which allowed us the observation of the natural evolution of instabilities. This lets the development of methodologies to characterize and predict rockfall events using the LiDAR datasets. The chosen place was the pilot study area of Puigcercos, which consists on the main scarp of an ancient landslide occurred in 1881. This rock face was already being monitored by the RISKNAT group since 2007, and this thesis involves the continuation of this monitoring and this research. The different methodologies developed and successfully applied in the pilot study area, were employed then in an area with a high rockfall risk for both buildings and vehicles and people, Montserrat Mountain. Specifically two critical sites were chosen, the cliffs located just behind Montserrat Monastery, whose monitoring started in 2011; and Degotalls rock face, located behind the parking of the Monastery, whose monitoring started in 2007. a very detailed rockfall list. This detailed inventory is a great improvement in the analysis of M-F relation of rockfalls. Also, the detection of pre-failure deformation and the analysis of its evolution have allowed a great improvement in the spatio-temporal prediction of high magnitude rockfalls. On the other hand, we have improved the detection and monitoring of precursory rockfalls, which is another kind of precursory indicator of high magnitude rockfalls that needs to be further investigated. Regarding the LiDAR monitoring of the Montserrat Mountain rock faces, the application of the processes developed in Puigcercós scarp has provided satisfactory results. This monitoring has allowed obtaining a rockfall inventory with an unprecedented level of detail. Therefore, the continuation of this research will allow improving our comprehension of the geomorphologic behavior of these conglomerate cliffs. Furthermore, the methodologies applied have allowed the detection of pre-failure deformation in two unstable blocks. The analysis of this pre-failure deformation in one of these instabilities has demonstrated its critical condition close to the rockfall. In conclusion, the results obtained in this thesis are a major contribution in rockfall characterization and prediction. These results also provide initial knowledges in order to implement a Terrestrial LiDAR instrument in an early warning system of rockfalls.

The Central Asia region is dominated by the Zagros orogen in the western sector and the Himalaya-Tibetan orogen in the eastern sector, which resulted from the subduction of the Tethys oceanic lithosphere towards the NNE and the subsequent collision of the Arabia and India plates with the Eurasia plate during the Cenozoic. The collisions produced tectonic escapes toward lateral regions (in Anatolia and south-eastern Tibet), oblique convergence in the Zagros fold-and-thrust belt, the formation of the Makran subduction zone and shortening in Himalaya, Karakorum and Tibetan Plateau. Different mountain belts also developed far into the continent interiors, e.g. Caucasus, Alborz, Kopet Dagh, Pamir and Tian Shan. The lithosphere structure plays an important role in controlling the surface deformation and its propagation inside the continent. The compositional and strength heterogeneities within the lithosphere directly affect the tectonic behaviour of the region and, hence, the evolution of the orogenic systems. This Thesis focalizes on the characterization of the lithospheric structure of the Zagros and the Himalayan-Tibetan orogens and on the role of the lithospheric structure and rheology in the accommodation of the deformation related to the Arabia and India convergence against Eurasia. The lithospheric structure of the Zagros and the Himalaya-Tibetan orogens has been characterized from the thermal, compositional and seismological viewpoint using an integrated geophysical-petrological modelling approach. The models make compatible seismic, density and thermal modelling findings, and allow quantifying the effect of mineral physics on previous results from integrated thermal models. The results obtained in the Zagros orogen reveal that the transition from the Arabian to the Eurasian lithosphere is characterized by a thinning of the lithospheric mantle extending from the suture zone beneath the Zagros range to the Alborz in the North and the Central Iran. The lithospheric mantle composition is compatible with a Proterozoic peridotitic mantle-type beneath the Arabian Platform, the Mesopotamian Foreland Basin and the accreted terrains of the Eurasia plate, and with a more depleted Phanerozoic harzburgitic mantle-type below the frontal parts of the Zagros range. In the Himalaya-Tibetan orogen, the results suggest that the present-day lithospheric mantle structure is laterally-varying within the Tibetan Plateau in the east-west direction. The lithospheric mantle is thicker and more buoyant in the western sector than in the north-eastern sector. The lherzolitic mantle-type is the dominant mantle composition, but it changes to a more fertile composition beneath the Tarim Basin, to a Fe-Mg-rich mantle beneath Tian Shan, Junggar and Altai regions, and to highly MgO-depleted mantle in the north-eastern Tibetan Plateau. The results on the present-day lithospheric structure of the Zagros and the Himalaya-Tibetan orogens have been combined with the present-day kinematics, geodetic observations and stress data to characterize the current deformation patterns in the Central Asia region related to the tectonic convergence of the Arabia and India plates with Eurasia. The thin-sheet approach allowed investigating the effect of the lithospheric structure, rheology, boundary conditions, and friction coefficient on the predicted velocity and stress fields. The models reproduce the main directions of the velocities in Central Asia by only imposing the convergence of Arabia and India plates respect to the fix Eurasia, and varying the rheology parameters. The models simulate the observed kinematics including the counter-clockwise rotation of Arabia and Iran triggering the westward escape of Anatolia, and the eastward extrusion of the northern Tibetan Plateau structural domains. Besides the large scale, the models offer a coherent result in regions with little or no data coverage, as in the case of the Arabia-India inter-collision zone, over large areas of Pakistan and entire Afghanistan. The study has been supported by the project ATIZA (CGL2009-09662-BTE), and the FPI grant associated to. / Asia Central está dominada por dos importantes orógenos, el orógeno del Zagros y el sistema Himalaya-Tibet, resultantes de de la colisión de las placas Arábiga e India con el margen meridional de la placa Eurasiática. Esta Tesis se focaliza en: 1) la caracterización del manto litosférico a través de un metódo de modelización geofísico-petrológico integrado y 2) el estudio del efecto de la estructura litosférica y de la reología en la deformación neotectónica relacionada con la convergencia de Arabia y de India respecto a Eurasia utilizando una metodología basada en la aproximación de lámina delgada (thin-sheet). En el caso del orógeno del Zagros, los resultados revelan que el manto litosférico se adelgaza debajo de Irán Central, del Alborz y parcialmente debajo de la cordillera del Zagros. En el caso del sistema Himalaya-Tibet, los resultados indican una litosfera engrosada en el sector occidental, debajo de la cordillera Himalaya, Meseta del Tibet, Kunlun Shan y Tian Shan, y un adelgazamiento debajo de las cuencas de Tarim y de Junggar. En el sector oriental los resultados confirman que la Meseta del Tibet está suportada por una litosfera más adelgazada y caliente en el norte que en el sur. Ha sido necesario introducir variaciones laterales de composición mantélica, relacionadas con procesos del manto litosférico superior, en todos los perfiles modelados evidenciando la presencia de diferentes dominios litosféricos. El estudio de la deformación neotectónica ha revelado el rol clave de la reología en la reproducción del campo de esfuerzos y de velocidades en Asia Central, sugiriendo una litosfera menos rígida en la Meseta del Tibet que en la meseta de Irán. En conjunto, la deformación es más rápida en la zona de colisión India-Eurasia que en la zona de colisión Arabia-Eurasia. Finalmente, la presencia de un manto adelgazado en el noreste del Tibet y la consecuente disminución de viscosidad debida al aumento de temperatura explicarían la presencia de fallas extensionales en la Meseta del Tibet y reconciliarían el modelo con los datos de flujo de calor elevado y bajas velocidades sísmicas registrados en la región. Esta tesis ha sido financiada por el proyecto ATIZA (CGL2009-09662-BTE) y la beca FPI asociada.

El delta de Haslital (12 km de largo, 1 km de ancho), en los Alpes Berneses, ha progradado en el lago Brienz tras la retirada progresiva del glaciar Aare después del Último Máximo Glacial. Los deltas formados en cubetas de sobreexcavación glaciar pleistocenas constituyen cuencas sedimentarias de gran efectividad. El estudio de los registros sedimentarios en estas formaciones, así como la reconstrucción del proceso de agradación aluvial, proporcionan información sobre la dinámica fluvial, y los cambios ambientales y antropoinducidos ocurridos en las cuencas hidrográficas alpinas. Se reconstruye la litoestratigrafía de la llanura deltaica mediante cuatro secciones transversales a la dirección general del delta, formadas cada una de ellas por más de 25 sondeos someros (2 m de profundidad) y dos sondeos profundos (profundidad variable, hasta 9 m). El modelo cronológico de las secciones se calcula por medio de dataciones AMS 14C, en combinación con datos históricos de paleoinundaciones y migración de los canales (Schulte et al., 2015), lo que permite establecer una interpretación cronoestratigráfica precisa de la dinámica aluvial más moderna. La identificación de diferentes facies sedimentarias propias de la arquitectura fluvial aporta información sobre los cambios en los procesos de acreción vertical y lateral (Houben, 2007). La localización y geometría de facies sepultadas de canal-levée (unidades de gravas y arenas gruesas) muestran la posición del lecho del Aare en la llanura de inundación. Los resultados indican una notable movilidad del lecho (siguiendo un patrón oscilatorio) durante el Holoceno Tardío. Asimismo, facies de depósitos finos, con alto contenido de materia orgánica, y niveles turbosos denotan la existencia de áreas estables, en las que las inundaciones presentan una baja incidencia. Se analiza la textura (por difracción láser), la geoquímica (por fluorescencia de rayos X), y el contenido de carbono orgánico (método LOI) de las facies sedimentarias, que corresponden a los diferentes ambientes deposicionales internos de la llanura aluvial: depósitos de canal, de levée y crevasse splay, de overbank (e.g. Hoffmann, 2006; Houben, 2007; Erkens, 2009), y de depresión interdistributaria (Schulte et al., 2009), con el fin de establecer las propiedades físico-químicas distintivas de cada uno de ellos. Los resultados sugieren una vinculación entre el carácter textural y geoquímico de las distintas unidades, cuya estructura está definida por la clasificación granulométrica, la litología de las áreas fuente y los procesos postsedimentarios (Schulte et al., 2015). Una vez caracterizados los ambientes deposicionales, se estudian las tasas de agradación y el nivel de representatividad (cuantificación volumétrica) de cada uno de ellos en el conjunto de la llanura de inundación, con el fin de determinar la variabilidad espacial del proceso de agradación. La reconstrucción de alta resolución de la disposición de las facies permite expresar los resultados en términos de masa de material almacenado, por medio de la aplicación de coeficientes de densidad aparente (Brown et al., 2009). La tasa de agradación desciende longitudinalmente desde al ápice hacia el sector distal de la llanura deltaica; e indica también un descenso proporcional a la distancia del canal, que revela la mayor o menor interconexión de los ambientes deposicionales con los eventos de inundación. Ambos resultados apuntan a un crecimiento asimétrico de la llanura de inundación. Finalmente, se ha realizado un modelo 3D en SIG para calcular el volumen de material fluvial almacenado según ventanas temporales de 300 años, y detectar así las posibles tendencias temporales en la agradación de la llanura aluvial. Los resultados del modelo se analizan en relación a los factores externos que controlan el proceso de sedimentación en el delta de Hasli. Las pulsaciones de agradación muestran su vinculación a forzamientos climáticos (variabilidad de baja frecuencia) y/o antrópicos (cambios en los usos del suelo, acciones de gestión hidráulica), y la reorganización interna local del sistema. Desde el punto de vista metodológico, se considera que el enfoque, basado en la modelización cronoestratigráfica de facies sedimentarias, proporciona una explicación tanto de la componente espacial como de la componente temporal del proceso de acumulación fluvial en la llanura deltaica; y genera información válida para la gestión local de riesgos de inundación, en relación al problema de la agradación en llanuras de inundación y cursos fluviales. / The Hasli delta (12 km long, 1 km wide), located in the Bernese Alps, has prograded on Lake Brienz during the last 16000 years, after the retreat of the Aare glacier at the end of the last glaciation. The deltas formed in Pleistocene glacial overdeepened valleys constitute highly effective sediment sinks, thus the study of sedimentary records in these formations, as well as the reconstruction of alluvial aggradation processes, provide information on river dynamics and environmental or human induced changes in alpine watersheds. This work performs a lithostratigraphycal reconstruction of the Hasli delta plain by analyzing four cross sections, wherein each is formed by more than 25 shallow boreholes (2 m deep) and two deep boreholes (variable depth up to 9 m). The chronological model of the cross sections is obtained by AMS 14C datings, together with information of paleofloods and channel migration compiled from historical sources (Schulte et al., 2015), which provides a precise chronostratigraphic interpretation of the most recent alluvial dynamics. The identification of different sedimentary facies associated with the fluvial architecture structures provides information on changes of vertical and lateral accretion processes (Houben, 2007). The location and geometry of buried channel-levee facies (gravel and coarse sand layers) indicate the past position of the Aare bed in the floodplain. Results show a significant mobility of the riverbed (following an oscillatory pattern) during the Late Holocene. Furthermore, fine sedimentary deposits and peat layers represent the existence of stable areas where floods have a low incidence. The analysis of texture (laser diffraction), geochemistry (XRF core scanner) and organic carbon content (LOI) is performed in different sedimentary facies that correspond to the distintc depositional environments of the floodplain, such as: channel, levee and crevasse splay, overbank (e.g. Hoffmann, 2006; Houben, 2007; Erkens, 2009), and interdistributary depressions (Schulte et al., 2009). This analysis allows the characterization of the physical and chemical properties of each facies. The results suggest a link between textural and geochemical properties of the different units, whose structure is defined by grain size sorting, lithology of source areas, and post sedimentary processes (Schulte et al., 2015). Once the depositional environments properties are established, their aggradation rates are analyzed, and a volumetric quantification is performed, in order to determine the spatial variability of the aggradation process derived from the different units. The high resolution reconstruction of the facies architecture also allows to estimate the stored material mass, by considering the bulk density coefficients of each unit (Brown et al., 2009). The analysis of aggradation rates shows a longitudinal decrease from the apex towards the distal section of the delta plain; and also indicates a proportional reduction with distance to the channel, which is related to the interconnection degree of depositional environments with flood events. Both results point to an asymmetrical growth of the floodplain. Finally, a GIS 3D model is executed in order to calculate the fluvial sediment storage, which is subdivided in 300-year time slices, thus contributing to identify temporal trends in floodplain aggradation. The results are analyzed in relation to external factors controlling sedimentation processes in the Haslital delta, and show the influence of climate and/or anthropogenic changes (land-use changes, hydraulic management), as well as the local internal system settings. From a methodological point of view, it is considered that the facies-based approach implemented in this work, based on the chronostratigraphical modeling of sedimentary units, provides an explanation of both the spatial and temporal components of delta plain sedimentary accumulation; and provides valid information for local flood risk management, concerning the problem of floodplain (and fluvial systems) aggradation

Tesi realitzada a l'Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC) / La circulación oceánica de gran escala se encuentra relacionada con la pequeña escala a través de los procesos turbulentos, los cuales hacen posible el intercambio de energía cinética. Alrededor de la frecuencia de Coriolis, el efecto cinemático dominante es el campo de los giros geostróficos, mientras que a mayores frecuencias y especialmente cerca de la frecuencia inercial, los movimientos están dominados por la dinámica de las ondas internas, cuya propagación en el océano transfiere la energía a menores escalas a través de procesos de dispersión y de interacción onda-onda. Dependiendo de las condiciones oceanográficas, cuando las ondas internas rompen, generando como consecuencia, la transferencia de parte de su energía a las escalas más pequeñas mediante procesos de mezcla irreversible. Actualmente los mecanismos de transferencia de energía entre los distintos sub-rangos, se comprenden solo parcialmente. Esto es debido principalmente al vacío observacional existente en el rango espacial intermedio (-101 — 103 m). Esta falta de observaciones directas ha motivado que se hayan planteado diferentes modelos teóricos para explicar los mecanismos y rutas de transferencia, como por ejemplo los modelos de interacción onda-onda a nivel meso-escalar hasta escalas disipativas, las inestabilidades, y la interacción con la topografía. En este trabajo se presenta evidencia observacional indicando que la cascada energética en la termoclina del Mar de Alborán sigue la ruta de las inestabilidades. Esta se caracteriza por el intercambio de aguas Atlánticas y aguas Mediterráneas destacando su interfaz entre los 35 m y 110 m según datos hidrográficos registrados. En particular, se muestra que el rompimiento de las ondas internas está causado por el desarrollo de inestabilidades de cizalla como las de Kelvin-Helmholtz (K-H) siendo consistentes con los valores de variables oceanográficas determinadas a partir de medidas directas (número de Richardson < —0.25). Estos resultados innovadores se basan en el análisis espectral del desplazamiento vertical de reflectores acústicos registrados por primera vez con un sistema de sísmica multicanal de alta resolución (HR-MCS), que proporciona una cobertura espectral completa entre escalas de 103 m y 10 m en dirección horizontal y una resolución de unos 2 m en dirección vertical. Para el análisis se han utilizado datos de HR-MCS adquiridos durante la campaña de prospección geológica IMPULS-2006. El espectro energético del desplazamiento vertical de los reflectores (El), se ha calculado de forma análoga a otros estudios previos obtenidos con equipos sísmicos de menor resolución. Un punto clave para comparar las pendientes espectrales con estimaciones teóricas de la energía es que las ondulaciones de los reflectores acústicos reproduzcan el desplazamiento vertical de las isopicnas. Se asume que esta condición es válida para la zona de estudio, ya que ésta no se encuentra afectada por intrusiones salinas o de temperatura. A nivel mesoescalar, el espectro energético de las ondulaciones de los reflectores sigue el modelo de Garrett-Munk (1979) para ondas internas, que predice una pendiente espectral con valor -2. De acuerdo a la teoría y a simulaciones numéricas de alta resolución, el sub-rango transicional es asociado a las inestabilidades de cizalla en general, y a las de K-H en particular, debe presentar pendientes espectrales entre los -2.5 y -3.0. Este rango de pendientes es consistente con la pendiente espectral calculada en el rango de escalas intermedio (100 – 35 m), donde se obtiene un valor promedio de -2.8. Finalmente el modelo de Batchelor, que describe el sub-rango inercial a menores escalas predice que la pendiente espectral en este rango debe ser - 5/3. El análisis espectral muestra pendientes próximas a este valor (-1.64), a partir de los ~35 m, lo que sugiere que a estas escalas los vórtices laminares ya han colapsado y la dinámica empieza a ser dominada por procesos turbulentos. A partir de los valores obtenidos en la caracterización espectral, se ha determinado el nivel de mezcla generado para cada uno de los rangos espaciales. Los valores obtenidos se ajustan a los niveles de mezcla medidos directamente en la cuenca de Alborán con equipos hidrográficos convencionales, confirmando la validez del sistema HR-MCS para la identificación y caracterización de estructuras y procesos oceanográficos a escalas intermedias. Los parámetros de mezcla obtenidos con el sistema de sísmica HR-MCS, pueden contribuir en la mejora de los modelos predictivos de procesos relacionados con la dinámica oceánica, debido a su alto nivel de sinopticidad, alta resolución lateral y amplio rango de escalas, abarcando desde la mesoescala hasta la estructura fina / This work presents observational evidence clearly indicating that the energy cascade in the Alboran Sea thermocline follows the instability route. In particular we show that the internal wave breaking is due to the development of shear instabilities, and in particular Kelvin-Helmholtz (K-H) like ones. These innovative results are based on the spectral analysis of the acoustic reflectors vertical displacement recorded for the first time with a high resolution multichannel seismic system (HR-MCS), which provides a full spectral coverage between 103 m and 10 m in horizontal direction, and 2 m in vertical direction. Our analysis is based on HR-MCS data recorded in the IMPULS-2006 geological survey. The vertical displacement energy spectra of reflectors were calculated following a similar approach to that of previous studies using lower resolution seismic data. A key point to compare the spectral slopes with theoretical energy estimations is that the acoustic reflectors undulations reproduce the isopycnals vertical displacement. This is a reasonable assumption in our study area, since the Alboran Sea not subject to salinity-temperature compensating intrusions. At mesoscale level, the energy spectra of the reflectors undulation follows the Garret-Munk (1979) model, which predicts a power law spectral density with value -2. The calculated spectra show this slope value at scales larger than circa 100 m, near to the buoyancy scale calculated from oceanographic measurements (l(nh) aprox. Equal to 93m). Thus, we deduce that this spectral range corresponds to the internal waves regime in the mesoscale range. According to theory and high resolution numerical simulations, the transitional sub-range is associated in general to shear instabilities, and particularly to K-H instabilities that should display steeper spectral slopes between -2.5 and -3.0. This spectral slope range agrees with the slope calculated at the intermediate scale range (100 - 35 m), where the mean value is -2.8. A feature of the K-H structures is the laminar vortex shape, with a horizontal scale an order higher than vertical (used to be a ratio of 7/1) which also agrees with the seismic observations. Finally the Batchelor model, which is the most accepted model to describe the inertial sub-range at the smallest scales, predicts a spectral slope of -5/3. Our spectral analysis show slopes at this value (-1.64), from wavelengths smaller than circa 35 m, which suggest that the laminar vortex have collapsed and the dynamics starts to be dominated by turbulent processes. The mixing parameters obtained from HR-MCS data, can contribute to the improvement of the oceanic dynamic modelling, thanks to their high level of sinopticity, high lateral resolution and wide range of scales, covering from mesoscale to finestructure.

Tesi realitzada a l'Institut de Ciències de la Terra Jaume Almera (CSIC) / In this thesis I present a geophysical and petrological study that aims to define the lithosphere structure and the chemical variations in the compositions in the lithosphere mantle in the Iberian plate, the western Mediterranean and North Africa. Also, the low Pn velocities measured in the western Mediterranean basins and the sub-lithospheric low-velocity anomaly imaged from tomography models in the Iberian plate and North Africa and the relationship with high mean topography are investigated. I present the crust and upper mantle structure along four transects, crossing the NE-Iberian Peninsula, the Western Mediterranean basin and the Algeria margin and ends at the Tell—Atlas Mountains, two profiles crossing the entire Iberian plate in N-S direction and another transect across the southern Central Iberian Zone, the Gibraltar Arc System and the Atlas Mountais. The modeling in the present work is based on an integrated geophysical-petrological methodology combining elevation, gravity, geoid, surface heat flow, seismic and geochemical data. Unlike previous models proposed for the region where the density of the lithospheric mantle is only temperature-dependent, the applied methodology allows inferring seismic velocities and density in the mantle down to 400 km depth from its chemical composition through self-consistent thermodynamic calculations. The crustal structure is mainly constrained by active-source and passive-source seismic experiments, whereas the upper mantle is constrained by tomography models. In lithospheric mantle composition, this methodology allows us to reproduce the main trends of the geophysical observables as well as the inferred P-, Pn- and S-wave seismic velocities from tomography models and seismic experiments available for the study region. The first geo-transect is a new model on the present-day lithospheric structure along a 1100 km crossing the NE-Iberian Peninsula, the Western Mediterranean basin and the Algeria margin and ending at the Tell—Atlas Mountains. Five lithospheric mantle compositions are considered including predominantly average Phanerozoic and lherzolitic Proterozoic in the continental mainland, and more fertile PUM (primitive upper mantle) compositions in the Western Mediterranean basin. The second profile running from the North-Iberian Margin to the Duero basin and is extended to the Alboran basin in the third profile. In this case I have considered four lithospheric mantle compositions: a predominantly average Phanerozoic in the continental mainland, two more fertile compositions in the Alboran Sea and in the Calatrava Volcanic Province, and a hydrated uppermost mantle in the North-Iberian Margin. In the fourth geo-transect, I defined three distinct chemical lithospheric mantle domains: a predominantly average Phanerozoic composition in the continental mainland, and two rather fertile mantle compositions beneath the Volcanic areas, close to the Calatrava Volcanic Province and the Atlas Mountains. Mantle petrology affects the resulting density distribution and LAB (lithosphere—asthenosphere boundary) geometry and allows a direct comparison with tomography models and seismic data. The obtained LAB geometries in lithosphere show large variations in lithospheric mantle thickness. Deepest LAB geometries are found below the Pyreenes, Cantabrian Mountains, Betics Range and Strait of Gibraltar while the shallowest LAB is reached in the Mediterranean basins (Valencia Through, Balearic Promontory, Algerian and Alboran basins). The LAB depth beneath the Iberia Meseta is deeper than in previous studies while in the Atlas Mountains the resulting LAB is relatively shallow as expect from others studies. Measured low Pn velocities in the Western Mediterranean basin can be explained by either serpentinization and/or seismic anisotropy and only partly by transient thermal effects whereas in the Bay of Biscay is explained by only by serpentinization. Also, the sub-lithospheric negative anomaly imaged in tomography models below the Iberian plate and the Atlas Mountains, is related to the high mean topography in these areas and can be partly consistent with a low-velocity/high- temperature/low-density modelled layer in the sublithospheric mantle. / En esta tesis se presenta un estudio geofísico y petrológico con el objetivo de definir la estructura litosférica y las variaciones laterales en composición del manto litosférico en Iberia, el Mediterráneo occidental y África del Norte. También se ha estudiado las bajas velocidades Pn registradas en las cuencas marinas del Mediterráneo occidental y en el golfo de Vizcaya, y la anomalía sublitosférica de baja velocidad detectada en los modelos tomográficos en Iberia y el norte de África además de su relación con la alta topografía encontrada en estas áreas. Para ello, se han realizado cuatro diferentes transectas litosféricas. La primera empieza en el NE de la Península Ibérica, cruzando el Mediterráneo occidental para terminar en la cordillera Tell-Atlas. El segundo perfil empieza en el golfo de Vizcaya, cruza la Cordillera Cantábrica y finaliza en la Cuenca del Duero. El tercero es una extensión del segundo cruzando el Sistema Central, la Cuenca del Tajo, las Béticas terminando en Alborán. Por último, el cuarto, comienza en la Cuenca del Tajo, cruza el estrecho de Gibraltar, el Rif y el Atlas para terminar en la Plataforma sahariana. Para realizar estos modelos hemos usado la metodología LitMod. Esta metodología combina observables geofísicos como elevación, gravedad, geoide, flujo de calor superficial, velocidades sísmicas y datos geoquímicos. La estructura cortical es construida a partir de datos de experimentos sísmicos y de cortes geológicos en la parte más superficial mientras que el manto superior es constreñido mediante modelos tomográficos. A lo largo de los perfiles encontramos variaciones composicionales y de espesor litosférico, engrosándose bajo Pirineos, la Cantábrica, Béticas y Rif fundamentalmente, y adelgazándose en las cuencas marinas del Mediterráneo, en la provincia volcánica de Calatarava y en el Atlas marroquí. Las bajas velocidades Pn registradas en el en el Mediterráneo occidental pueden explicarse por una combinación de serpentinización, anisotropía sísmica y por el efecto térmico transitorio, mientras en el golfo de Vizcaya sólo puede explicarse por serpentinización. Además, la alta topografía en Iberia y el Atlas, puede ser parcialmente explicada con una capa de baja velocidad/alta temperatura/baja densidad como se intuye de los modelos tomográficos.

Introducció La Crisi de Salinitat Messiniana (MSC) constitueix un esdeveniment excepcional que va tenir lloc a la Mediterrània ara fa entre 5.97-5.33 Ma i que es va caracteritzar principalment per un important aïllament de l’oceà Atlàntic, a conseqüència del que es van depositar gran quantitats d’evaporites (sals i guixos) als fons marins i es va produir una important erosió de les zones marginals, indicant que s’hauria pogut produir un descens del nivell de la Mediterrània de fins a 1000-1500 m sota l’actual nivell del mar. La MSC representa un esdeveniment de notable interès per il•lustrar canvis ambientals excepcionals, tractant-se d'un episodi que no té parangó en la història de la Terra i del qual no es disposen d'exemples similars en l'actualitat. La incògnita sobre la naturalesa de la major part de les evaporites i superfícies d'erosió de la Mediterrània encara resta per resoldre, constituint un repte i objecte de debat vigents per a la comunitat científica actual. Contingut de la investigació L’objectiu principal de la present tesi doctoral és establir quins trets van caracteritzar la sedimentació durant la transició Miocè-Pliocè i la posterior transgressió del Pliocè a l’illa de Mallorca per posteriorment definir com es relaciona aquest registre amb diferents models de MSC proposats pel conjunt de la Mediterrània. El registre de la MSC conservat a l’illa de Mallorca resulta especialment adequat per poder analitzar possibles escenaris, tenint en compte que el promontori Balear, a diferència d'altres conques de la Mediterrània, s’ha mantingut relativament estable en termes de moviments verticals, des del Miocè superior. Per a això, s'ha procedit a l'anàlisi estratigràfica d’un total de 100 afloraments i sondatges, molts d’ells totalment inèdits o poc estudiats fins ara, corresponents a les principals conques neògenes de l’illa de Mallorca. Així, les principals discontinuïtats, la geometria estratigràfica i els canvis de fàcies han estat caracteritzats en termes de majors superfícies d'erosió, correlacions laterals i organització vertical de fàcies, amb vistes a la reconstrucció de possibles escenaris. Conclusió Els resultats indiquen que a l’illa de Mallorca el desenvolupament de la MSC es més proper i coherent amb els models que defensen que la principal fase de dessecació es va produir desprès de la deposició de l’evaporita marginal i del Complex Carbonàtic Terminal. Segons aquests models, haurien existit dos episodis evaporítics. Durant el primer episodi (5,97-5,94 Ma) s’hauria produït una baixada del nivell de la Mediterrània de poc calat que hauria provocat la deposició de una unitat detrítica en els marges i dels guixos del depocentre de la conca de Palma. Entre els dos episodis evaporítics s’hauria produït una breu restitució del nivell del mar (5,94-5,77 Ma) que hauria provocat l’última deposició de carbonats a les zones marginals i fàcies Lago Mare. El segon episodi (5,77-5,33 Ma) correspondria a la principal davallada del nivell de la mar (1500-2000 m) que hauria provocat la deposició de les evaporites abissals de la Mediterrània i l’erosió (MES) dels depòsits marginals depositats durant el primer episodi o abans de la crisi. Complementàriament, l’anàlisi de la fauna insular messiniana-pliocena de les Illes Balears juntament amb les dades geoestructurals disponibles, ens permeten derivar conclusions sobre la magnitud de la dessecació mínima necessària per a que es pogués fer efectiva la colonització del promontori Balear per noves faunes terrestres-continentals a finals del Messinià. Un mínim de 1.000-1.200 m de reducció del nivell del mar Mediterrani s'hauria d'haver assolit per permetre la colonització de la fauna terrestre de les Illes Balears durant el màxim de la MSC, fet que constitueix clarament una nova i sòlida evidència a favor del paradigma o model de conca profunda dessecada a la Mediterrània durant la crisi. / Introducción La Crisis de Salinidad Messina (MSC) constituye un acontecimiento excepcional que tuvo lugar en el Mediterráneo hace 5.97-5.33 Ma que se caracterizó principalmente por un importante aislamiento del océano Atlántico. Como consecuencia se depositaron gran cantidades de evaporitas (sales y yesos) en los fondos marinos y se produjo una importante erosión de las zonas marginales, lo que nos indica que podría haberse producido un descenso del nivel del Mediterráneo de hasta 1000-1500 m bajo el actual nivel del mar. La incógnita sobre la naturaleza de la mayor parte de las evaporitas y superficies de erosión aún está pendiente de resolver, constituyendo todavía un reto y objeto de debate vigente para la comunidad científica. Contenido de la investigación El objetivo principal de la presente Tesis Doctoral es establecer qué rasgos caracterizan la sedimentación durante la transición Mioceno-Plioceno y la posterior transgresión del Plioceno en la isla de Mallorca, así como definir cómo se relaciona este registro con los diferentes modelos de MSC Propuestos para el conjunto del Mediterráneo. Para ello, se ha procedido al análisis estratigráfico de un total de 100 afloramientos y sondeos, muchos de ellos totalmente inéditos o hasta ahora poco estudiados, correspondientes a las cuencas neógenas de la isla de Mallorca. Así, las principales discontinuidades, la geometría estratigráfica y los cambios de facies han sido caracterizados en términos de mayores superficies de erosión, correlaciones laterales y organización vertical de facies, con vistas a la reconstrucción de posibles escenarios. Conclusión Los resultados obtenidos indican que en la isla de Mallorca el desarrollo de la MSC es más cercano y coherente con los modelos que defienden que la principal fase de desecación se produjo después de la deposición de la evaporita marginal, el Complejo Carbonatico Terminal y el Lago Mare. Por otra parte, un mínimo de 1.000 a 1200 m de reducción del nivel del mar Mediterráneo se debería haber alcanzado para permitir la colonización de la fauna terrestre de las Islas Baleares durante el máximo de la MSC, lo que constituye claramente una nueva y sólida evidencia a favor del paradigma o modelo de cuenca profunda desecada en el Mediterráneo durante la crisis. / Introduction The Messinian Salinity Crisis (MSC) is an event of great environmental importance that affected the evolution of all the Mediterranean and also global sea-level. In the Mediterranean, the crisis was mainly characterized by isolation with the Atlantic Ocean, resulting in a new hydrological budget the consequence of which was the deposition of large amounts of evaporites (salt and gypsum) and large-scale erosion of its margins. This indicates a significant sea-level fall and/or desiccation of the Mediterranean, which some authors consider to have been 1000-1500 m below present sea-level. The nature of the majority of the evaporites and erosional surfaces is still unknown and represents a challenge for, as well as a subject of, debate in the scientific community. Research content The main aim of this PhD thesis is to establish what features characterize sedimentation during the Miocene-Pliocene transition and the subsequent Pliocene transgression on the island of Mallorca in order to establish how it relates to the different proposed MSC scenarios for the whole of the Mediterranean. To this purpose, a stratigraphic analysis has been produced from a total of 100 exposures and boreholes corresponding to the main Neogene basins of Mallorca, many of which are completely unknown and others either little or not at all studied until now. In this way, the main discontinuities, the stratigraphic geometry and the changes of facies have been characterized in terms of the major erosional surfaces, lateral correlations and vertical organization of facies, in order to reconstruct and test possible scenarios. Conclusion The results indicate that on the island of Mallorca the development of the Messinian Salinity Crisis is nearer to and coherent with the models that represent the main phase of desiccation being produced after the deposition of the marginal evaporites, the Terminal Carbonate Complex and the Lago Mare event. On the other hand, a minimum of 1000-1200 m drawdown of the Mediterranean sea level should have been achieved to allow the continental-terrestrial faunal colonization of the Balearic Islands during the MSC peak, which clearly constitutes solid new evidence supporting the deep-basin shallow-water (also called deep desiccated basin) paradigm.

La tomografia elèctrica de resistivitat és una tècnica geofísica no intrusiva àmpliament utilitzada en la caracterització de les propietats elèctriques del subsòl i, més recentment, en el seguiment de processos dinàmics, tant amb elèctrodes en superfície com en fondària. Un dels aspectes clau en la seva utilització és l'elecció de la configuració més adient a cada context. Si s'utilitzen elèctrodes en fondària aquesta elecció no és fàcil, ja que les capacitats d'aquest tipus de configuracions no estan tan establertes com les de superfície. A més, en el cas d'estudis de seguiment de processos dinàmics pot ser necessari reduir el nombre de dades de les configuracions per a ajustar el temps d'adquisició a la durada del procés a seguir. La utilització de la tomografia elèctrica amb elèctrodes en fondària i la seva aplicació per al seguiment de processos dinàmics implica situar dels elèctrodes en pous i utilitzar noves tècniques d'inversió per a l'obtenció dels models de les variacions de la resistivitat en l'experiment. Els objectius principals d'aquesta tesi han estat cercar estratègies d'adquisició de dades que permetin simplificar l'elecció de la configuració més adient reduint alhora el temps de registre, i comparar diferents tipus d'instal.lacions d'elèctrodes en pous i diferents tècniques d'inversió per a l'obtenció dels models de variació de la resistivitat del subsòl en estudis de seguiment. En aquesta tesi es presenten dues estratègies d'adquisició i el disseny d'un experiment de seguiment de la perforació del túnel de la nova línia L9 del metro de Barcelona. La primera estratègia es va desenvolupar a partir de l'estudi de la llei d'addició del potencial, el teorema de reciprocitat i les relacions entre diferents configuracions. Aquesta estratègia es va centrar en estudis de caracterització amb elèctrodes en superfície i es va validar mitjançant simulacions i dades experimentals. Es va crear una nova configuració tetra-electròdica capaç de generar les dades dels dispositius Wenner-Schlumberger i dipol-dipol, però amb un menor temps d'adquisició. A més, es va introduir un control de qualitat de les dades, semblant al que s'obtindria comparant dades normals i recíproques, sense augmentar el temps de registre. En la segona estratègia es va quantificar la detecció d’anomalies i la simetria en el patró de sensibilitat de les configuracions d’elèctrodes. Aquesta estratègia es va centrar en les configuracions d’elèctrodes en pous i es va validar mitjançant la simulació d’un experiment de seguiment de la migració d’un plomall. A partir dels resultats obtinguts es va crear una configuració optimitzada utilitzant les combinacions d’elèctrodes amb els majors valors de detecció d’anomalies i amb la menor simetria en el patró de sensibilitat. Aquesta configuració optimitzada va permetre reduir d’una manera important el temps d’adquisició i mantenir la resolució espacial necessària per a resoldre l’experiment plantejat. L’experiment de seguiment de la perforació del túnel de la línia L9 del metro de Barcelona va incloure la fabricació i instal·lació dels elèctrodes en pous, i la comparació entre diferents tècniques d’inversió per a l’obtenció dels models de variació de la resistivitat durant la perforació. La construcció i instal·lació dels elèctrodes en els pous es va utilitzar per a establir els aspectes més importants a tenir en compte a l’hora d’escollir el tipus d’instal·lació desitjada, permanent o no permanent. La comparació entre les diferents tècniques d’inversió va permetre identificar la més adient i discriminar entre els canvis de resistivitat deguts a la perforació del túnel i els deguts al propi procés d’inversió. Aquesta tesi suposa una contribució important en tomografia elèctrica, tant per a estudis de caracterització com de seguiment de processos dinàmics. Les estratègies desenvolupades permeten postergar l’elecció de la configuració d’elèctrodes més adient a cada context inclús després de la interpretació dels models de resistivitat i optimitzar les combinacions a enregistrar amb la finalitat d’ajustar el temps d’adquisició a les exigències de cada experiment mantenint una resolució espacial adequada. L’experiment realitzat va permetre establir una metodologia d’actuació en estudis de seguiment de processos dinàmics amb elèctrodes entre pous. / Electrical resistivity tomography is a non-intrusive geophysical technique widely used for subsurface electrical properties characterization and, more recently, for dynamic processes monitoring, both using surface and deep electrodes. A key aspect is the choice of the most suitable configuration in each context. If deep electrodes are used this choice can be difficult because the capabilities of such configurations are not as well established as the surface ones. Besides, in the case of monitoring experiments may be necessary to reduce the data quantity to adjust the acquisition time to the length of the process to be followed. The use of electrical tomography with deep electrodes and its application for monitoring involves placing the electrodes into boreholes and to use new inversion techniques to obtain the resistivity variations models. The main objectives of this thesis is searching acquisition strategies to simplify the choice of the most suitable configuration while reducing the acquisition time, and evaluating different types of electrode installation into boreholes and different inversion techniques to obtain the resistivity variations models in monitoring experiments. In this thesis, two acquisition strategies and the design of an experiment which consisted of monitoring the tunnel drilling of the new metro line, L9, in Barcelona, are presented. The strategies developed here allow delaying the choice of the most suitable electrode configuration even after the interpretation of the resistivity models and optimizing configurations to adjust its acquisition time to the requirements of each experiment maintaining an adequate spatial resolution. The monitoring experiment of the tunnel drilling of the metro line, L9, in Barcelona included the manufacture and installation of the electrodes into boreholes, and the comparison between different inversion techniques to obtain the resistivity variation models. This experiment allowed us to establish a methodology in monitoring experiments with deep electrodes.

El present treball de Tesi doctoral es centra en l'estudi d'episodis de contaminació afectats principalment per cloroetens, solvents organoclorats que formen un dels grups de DNAPL (dense non-aqueous phase liquids) quantitativament més importants. La baixa solubilitat dels DNAPL i la seva elevada persistència en les matrius ambientals, expliquen que en el nostre país, gran nombre d'episodis de contaminació tinguin el seu origen en èpoques passades, en què la falta d'una conscienciació ambiental i la inexistència d'una legislació apropiada varen possibilitar una mala praxis en la gestió d'aquests compostos. Alhora, les seves característiques intrínseques expliquen la llarga vida de les fonts i plomalls de contaminació associats que afecten tant els aqüífers com els sòls. La present Tesi Doctoral té com a principals objectius la caracterització dels processos biogeoquímics i les comunitats microbianes en la zona de la font que succeeixen en un context de ventalls al•uvials. A més, es caracteritzen les zones d'especial activitat microbiana, en especial els ecotons, i l'extensió dels processos biogeoquímics al llarg del plomall. Un altre dels objectius és la integració qualitativa i quantitativa dels elements que defineixen les diferents heterogeneïtats, amb la finalitat de comprendre la complexitat del medi, així com analitzar la viabilitat de l'aplicació d'estratègies de remediació integrals que permetin la descontaminació de la zona de la font. Els estudis portats a terme a nivell de camp per a la caracterització de les heterogeneïtats geològiques, geoquímiques i microbiològiques de la zona de la font de contaminació s'han fonamentat en la realització de sondatges d'investigació amb recuperació de testimoni continu. L'anàlisi integrada de les heterogeneïtats geològiques, hidrogeològiques, biogeoquímiques i microbiològiques dels materials del subsòl ha permès determinar com aquestes heterogeneïtats controlen la distribució dels cloroetens, els processos de transferència de massa i els processos de degradació, alhora que condicionen també la diversitat, el grau de desenvolupament i l'estructura de les comunitats microbianes. La caracterització dels processos de deshalogenació s'ha estudiat tant en la matriu sediment com en la matriu aigua, a partir de quatre aproximacions diferents: 1) la quantificació del percloroetilè (PCE) i els seus metabòlits; 2) la determinació de la composició isotòpica del PCE a partir de l'anàlisi isotòpica de compostos específics (Compound Specific Isotope Analysis, CSIA) tant en l'aigua intersticial com en l'aigua de l'aqüífer; 3) la identificació de processos d'acceptadors finals d'electrons (com ara desnitrificació, reducció del Mn i del Fe i sulfato-reducció); i 4) l'anàlisi de les comunitats microbianes. S’han estudiat quatre estratègies de remediació diferents en experiments de microcosmos en condicions anòxiques: l’atenuació natural, la bioestimulació amb àcid làctic, la reducció química in situ (ISCR) amb ferro zero valent (ZVI) i una combinació de les dues darreres estratègies. A més, s’ha determinat l’evolució dels processos biogeoquímics i de les comunitats microbianes per aquestes quatre estratègies en els sediments de la part superior de l’aqüífer (caracteritzada per una elevada conductivitat hidràulica i una heterogeneïtat baixa) i de la zona inferior de l’aqüífer. Aquesta zona inferior de l’aqüífer es caracteritza com a zona de transició, amb una baixa conductivitat hidràulica i una elevada heterogeneïtat. L’anàlisi integrada dels resultats obtinguts a partir de l’ús de tècniques de camp i laboratori ha permès descriure les comunitats microbianes i els processos biogeoquímics que inhibeixen o estimulen la deshalogenació del PCE i els seus metabòlits en la zona de la font de contaminació. / The present PhD thesis focuses on the study of pollution episodes, mainly affected by chloroethenes, organochlorine solvents which form one of the groups of DNAPL (dense non-aqueous phase liquids) quantitatively most important. The low solubility of DNAPL and high persistence in environmental matrices, explain that in Catalonia, many episodes of pollution originating from the past, where a lack of environmental awareness and the absence of appropriate legislation enabled malpractice in the management of these compounds. Also, their intrinsic characteristics explain the long life of the sources and associated plumes affecting both groundwater and soil. This PhD thesis has as main objectives the characterization of the biogeochemical processes and microbial communities in the vicinity of the polluting source in a context of alluvial fans. In addition, areas of particular microbial activity, especially ecotones, and the extension of biogeochemical processes along the plume are characterized. Another objective is the qualitative and quantitative integration of the elements that define the various heterogeneities, in order to understand the complexity of the environment, and to analyze the feasibility of implementing comprehensive remediation strategies that allow decontamination area the source. The integrated analysis of geological, hydrogeological, biogeochemical and microbiological heterogeneities of the subsoil materials has allowed determining how these heterogeneities control the distribution of chloroethenes, processes of mass transfer and degradation processes, while also conditioning diversity, the degree of development and structure of microbial communities. Characterization of dehalogenation processes has been studied in the matrix sediment and matrix water from four different approaches: 1) quantification of perchlorethylene (PCE) and metabolites; 2) determination of the isotopic composition of PCE from compound specific isotope analysis (CSIA) in both porewater and groundwater; 3) the identification of terminal electron acceptor processes; and 4) the analysis of microbial communities.

Seismic, deformation, and gas activity (unrest) typically precedes volcanic eruptions. Successful volcanic event forecasting depends on the quality of the surveillance network for detecting any changes in volcano behaviour. To interpret the geochemical and geophysical precursors correctly it is important to understand the volcanic processes that occur prior and during volcanic eruptions. Detailed knowledge of the volcano internal structure, the rheology of the magmas, the time scales of the processes occurring at depth and the characteristics of past unrest episodes, must be combined with an adequate monitoring network to improve the volcanic hazard forecast. However, these aspects have received little attention in monogenetic volcanoes. The aim of my PhD Thesis is to improve our understanding on monogenetic volcanism, its causes and dynamics, and to help anticipating the volcanic activity. I have focused on three main aspects of this problem. The first one is the calculation of the rheological properties of magmas during mixing. The second aspect I have addressed are the processes and time scales that lead to monogenetic eruptions with the aim to better interpret volcanic unrest and improve eruption forecasts. Finally, I have investigated the seismic unrest periods of historical monogenetic eruptions from a compilation of historical accounts worldwide. The results provide a conceptual framework for better anticipating monogenetic eruptions and should lead to improved strategies for mitigation of their associated hazards and risks. / Las erupciones volcánicas están generalmente precedidas por la actividad sísmica, la deformación y la desgasificación (unrest). El éxito en la predicción del evento volcánico depende de la calidad de la red de vigilancia para detectar cualquier cambio en el comportamiento del volcán. Para interpretar los precursores geoquímicos y geofísicos correctamente es importante entender los procesos volcánicos que ocurren antes y durante las erupciones volcánicas. El conocimiento en detalle de la estructura interna del volcán, la reología de los magmas, las escalas de tiempo de los procesos que ocurren en profundidad y las características de los episodios pasados de unrest, debe combinarse con una red de vigilancia adecuada para mejorar el pronóstico de los eventos volcánicos. Sin embargo, estos aspectos han recibido poca atención en los volcanes monogenéticos. El objetivo de mi tesis doctoral es mejorar nuestra comprensión sobre el vulcanismo monogenético, sus causas y su dinámica, con el objetivo de mejorar la posibilidad de anticiparse a la actividad volcánica. Me he centrado en tres aspectos principales de este problema. El primero es el cálculo de las propiedades reológicas de los magmas durante los eventos de mezcla. El segundo aspecto es el estudio de los procesos, junto con sus escalas temporales, que llevan a erupciones monogenéticas con el fin de interpretar mejor la actividad volcánica y mejorar los pronósticos de una erupción. Por último, he investigado los períodos de unrest sísmico de erupciones monogenéticas históricas en todo el mundo mediante una compilación de documentos históricos. Los resultados proporcionan un marco conceptual que permite mejorar la predicción de erupciones monogenéticas y deberían conducir a mejores estrategias para mitigar sus peligros y riesgos asociados.