The potential of Ojo de Valjunquera cave (NE of Iberia) sediments for paleoflood reconstructions

El potencial de los sedimentos de la cueva del Ojo de Valjunquera (NE de Iberia) para la reconstrucción de paleoinundaciones

Bartolomé, M. ^(1)*, Benito, G. ⁽¹⁾, Luetscher, M. ⁽²⁾, Badules-Iglesias, J. ⁽³⁾, Pérez-Villar, G. ⁽³⁾, Edwards, R.L. ⁽⁴⁾, Moreno A. ⁽⁵⁾

(1) Departamento de Geología, Museo Nacional de Ciencias Naturales-CSIC. C/José Gutiérrez Abascal 2, 28006, Madrid, España. mbart@mncn.csic.es
(2) Swiss Institute for Speleology and Karst Studies (SISKA). Rue de la Serre 68 2301. La Chaux-de-Fonds. Switzerland
(3) Departamento de Ciencias de la Tierra, Universidad de Zaragoza. C/ Pedro Cerbuna, 12, 50009, Zaragoza, España
(4) Isotope Geochemistry Laboratory, School of Earth and Environmental Sciences, University of Minnesota, John T. Tate Hall, 116 Church Street SE, Minneapolis, MN 55455, USA
(5) Departamento de Procesos Geoambientales y Cambio Global, Instituto Pirenaico de Ecología-CSIC. Avda/ Montañana, 1005, 50059, Zaragoza, España

Abstract:

Speleothems and detrital deposits in caves are excellent archives of past flood events but are still poorly exploited. In this study we evaluate, the potential of the Ojo de Valjunquera cave (Zaragoza, NE Spain) for the study of past floods based on geomorphological, topographical, hydrological, and chronological data. The cave comprises two subhorizontal levels. The lower level consists of a main horizontal conduit including six siphons. This level is connected to the upper one by shafts and ramps. That situation, together with the constrictions of the gallery in the lower level, favours the water rise during rainfall events. The upper level is characterized by a larger presence of speleothems and detrital sequences compared to the lower level. Current observations indicate that water can rise by ~9 m in some cave sectors during rainfall episodes >60 mm, although the hydraulic head rise is not homogeneous along the cave, depending on the section’s morphology. The stalagmites and detrital sequences hosted in the upper gallery most likely contain evidence of extreme events of rainfall. However, geomorphological and sedimentological evidences also suggest that the cave outlet could have been blocked in the past by sediments, favouring the water rise to high places usually not affected by regular floods. The detrital sequences located in lower positions with respect to the cave entrance show a higher proportion of sandy sediments than those located in the higher sectors related to the water energy during the flood. Stalagmites show clean carbonate alternating with well-defined detrital layers. These detrital layers vary in thickness: the thinner ones are related to small floods, whereas the thicker ones are connected to large floods. Two important historical floods (1709 and 1755 CE) occurred in the area that coincide with distinct detrital layers recorded in the stalagmites. All these observations suggest that Ojo de Valjunquera cave contains an important paleoflood archive based on speleothems and detrital deposits during the Holocene.

Resumen:

Los espeleotemas y secuencias detríticas de las cuevas contienen registros detallados de inundaciones del pasado, aunque han sido poco utilizadas para este fin. En este trabajo evaluamos, en base a observaciones geomorfológicas, topográficas, hidrológicas y cronológicas, el potencial e idoneidad de la cueva Ojo de Valjunquera (Zaragoza, NE de España) para el estudio de inundaciones pasadas. La cueva tiene dos niveles pseudo-horizontales. El nivel inferior presenta un río y seis sifones. Este nivel está conectado al superior mediante pozos y rampas. Esa situación, además de las constricciones en la galería inferior, favorecen la subida del agua durante importantes eventos de lluvia. El nivel superior presenta una mayor cantidad de espeleotemas y secuencias detríticas que el nivel inferior. Las observaciones actuales indican que el agua puede subir aproximadamente 9 m en algunos sectores de la cueva durante episodios de precipitaciones acumuladas superiores a 60 mm. Sin embargo, la subida del nivel de agua parece no ser homogénea a lo largo de la cueva, dependiendo de la morfología de las diferentes secciones. De acuerdo a estas observaciones, las estalagmitas y secuencias detríticas registradas en la galería superior se asocian a eventos extremos de lluvia. Por otro lado, las evidencias geomorfológicas y sedimentológicas también sugieren que la salida de la cueva pudo estar bloqueada en el pasado por sedimentos, favoreciendo fácilmente el ascenso del agua durante inundaciones regulares, a zonas altas no inundadas frecuentemente. Las secuencias detríticas ubicadas en posiciones más bajas respecto a la entrada de la cueva muestran un mayor porcentaje de arena que las ubicadas en los sectores más altos, en relación a la energía de las aguas durante la crecida. Las estalagmitas presentan una alternancia de carbonato limpio y capas detríticas bien definidas. Las capas detríticas comprenden capas delgadas y gruesas, que parecen estar en relación con pequeñas y grandes inundaciones respectivamente. Dos importantes inundaciones históricas (1709 y 1755 DC) que ocurrieron en el área, parecen estar registradas en las estalagmitas. Todas estas observaciones hacen del Ojo de Valjunquera una cueva idónea y con alto potencial para la reconstrucción de paleoinundaciones y lluvias extremas a partir de espeleotemas y depósitos detríticos durante el Holoceno.