Tierra y Tecnología nº 57 | DOI http://dx.doi.org/10.21028/aat.2021.03.11 Autores: A. Arasa-Tuliesa1 y L. Cabrera2
 | 1 Alvaro Arasa Tuliesa. Dr. en Ciencias Geología por la Facultad de Geología, Universidad de Barcelona. Colegiado nº 1.342. Grup Ebre Recerca. C/ Rosa Molas 25A, 2B, 43500 Tortosa, Catalonia, Spain. E-mail: arasa44 |
 | 2 Lluis Cabrera. Catedrático de Estratigrafía del Departamento de Dinámica de la Tierra y del Océano. Facultad de Ciencias Geológicas.. Universitat de Barcelona. Facultat de Ciències de la Terra. Departament de Dinàmica de la Terra i de l’Oceà. Institut de recerca Geomodels. Grup de Recerca Consolidat de Geodinàmica i Anàlisi de Conques C/ Martí Franquès s/n 08028 Barcelona, Catalonia, Spain. E-mail: lluis.cabrera |
Resumen
La evolución de las cuencas sedimentarias endorreicas hacia la apertura de sus redes de drenaje al mar abierto es uno de los procesos geológicos de mayor interés, debido a que está relacionado con la evolución del relieve. Este relieve, a su vez, es el resultado de la estrecha interacción entre procesos tectónicos y dinámicos superficiales de erosión, transporte y sedimentación. La apertura de la red de drenaje del río Ebro al Mediterráneo ha sido objeto de un intenso debate al cual han contribuido estudios realizados tanto en las zonas actualmente emergidas como en la vecina plataforma continental. La zona del Bajo Ebro, caracterizada por la repetida incisión de los sucesivos paleovalles del Ebro, se sitúa en una zona crítica para esta evolución, entre el dominio de la cuenca del Ebro y el Mediterráneo NW. El conocimiento geológico de esta zona es significativo para la resolución de este tema. El proceso de apertura del drenaje del Ebro estuvo controlado y modulado por la convergencia de factores regionales y locales entre los que destacan: el levantamiento isostático del NE de Iberia desde el Oligoceno superior-Mioceno inferior, la estructuración extensional de las Cadenas Costeras Catalanas en la zona del tramo final del Bajo Ebro y los cambios del nivel del mar Mediterráneo desde el Mioceno a la actualidad. Entre estos últimos, cabría destacar los asociados al tránsito Serravaliense-Tortoniense inferior y a la crisis del Messiniense que reconfiguraron el antiguo drenaje del Ebro, capturado por procesos de erosión remontante.
Introducción
La evolución del drenaje de la cuenca del Ebro ha sido objeto de especial atención debido, principalmente a dos motivos: en primer lugar debido a la relación genética de esta cuenca final de antepaís con el orógeno pirenaico; en segundo lugar, porque una parte de la evolución de la apertura de su drenaje al Mediterráneo NW, después de una larga etapa de endorreísmo desde el Eoceno superior (Costa et al. 2010), se solapó con cambios muy acusados del nivel marino durante el Mioceno medio y el superior.
La apertura de la cuenca del Ebro hacia el Mediterráneo ha sido objeto de debate, tanto en cuanto a la determinación de los procesos que la causaron como por su cronología. Para explicar el paso de cuenca endorreica a exorreica se han propuesto procesos de desbordamiento de zonas lacustres por encima de la cadena Prelitoral; la captura de la cuenca endorreica del Ebro por erosión remontante de cursos inicialmente modestos a través de la Cordillera Costero Catalana (CCC); o una combinación de ambos procesos.
Para precisar la cronología de estos procesos de apertura de las cuencas fluviales, se intenta establecer la antigüedad de los depósitos endorreicos más modernos de la cuenca. De este modo, en la cuenca del Ebro, las unidades deposicionales más jóvenes preservadas en los sectores centrales con características sedimentológicas indicativas de condiciones endorreicas, no superan el Mioceno medio (Azanza, 1986; Barberà et al., 2001; Pérez-Rivarés et al., 2002, 2004; Larrasoaña et al., 2006; Vázquez-Úrbez, 2008; Valero et al., 2014; Pérez- Rivarés, 2016), siendo el relleno sedimentario más reciente registrado en la cuenca del Ebro el descrito en la Muela de Borja atribuido a la transición del Vallesiense-Turoliense (equivalente al tránsito Tortoniense inferior a superior), por Vázquez-Úrbez et al., 2002, 2012). Otras aproximaciones, desde la perspectiva de la plataforma continental, se han centrado en el análisis de perfiles de sísmica de reflexión que han permitido establecer una estratigrafía más precisa, analizar las características del paleodrenaje y analizar la progradación del sistema plataforma talud (Urgeles et al., 2011). En lo que respecta a los indicios de exorreismo más antiguos, no hay un acuerdo total sobre la época de la formación del primer paleovalle que recibiera aportes desde la cuenca del Ebro y/o desde el Pirineo; tampoco sobre la apertura de la cuenca del Ebro a la cuenca mediterránea (Riba et al., 1983; Arasa-Tuliesa, 1990; Serrat, 1992; García-Castellanos et al., 2003; Babault et al., 2006; Arche et al., 2010).
De este modo, hasta ahora buena parte de las propuestas más recientes sobre los procesos que gobernaron la apertura de la cuenca del Ebro y su evolución neógena y cuaternaria se han basado en el estudio del registro estratigráfico en los sectores oriental y central de la cuenca del Ebro y de la plataforma continental vecina al delta del Ebro. En cambio, el registro estratigráfico terrestre desarrollado en el tramo final del valle inferior del río Ebro apenas ha sido revisado a pesar de que, aunque fragmentario y discontinuo, merece ser tenido en cuenta dado que se desarrolló a través de la CCC, en un sector crítico entre la cuenca del Ebro y su salida mediterránea. La hipótesis de trabajo inicial es que la abertura del drenaje exterior de la cuenca del Ebro al Mediterráneo ha quedado registrada por la existencia en ese segmento de depósitos fluviales o de abanicos aluviales equivalentes que rellenaron los sucesivos paleovalles erosionados en la CCC, aguas abajo de la cuenca del Ebro. Estos depósitos incluyen, desde los más antiguos a los actuales, una variedad creciente de clastos derivados de la erosión de rocas paleozoicas, mesozoicas y paleógenas que constituían las CCC, la cuenca del Ebro y finalmente el orógeno pirenaico.
En esta contribución se divulgan los datos del registro estratigráfico neógeno-cuaternario del valle inferior del Ebro que aportan información sobre los procesos de incisión de los sucesivos paleovalles reconocidos desde la actual desembocadura del Ebro, en la fosa de Tortosa, a la cubeta de Móra y la zona marginal vecina de la cuenca del Ebro. A partir de los datos disponibles se analiza su relleno y el registro actualmente conocido en las zonas emergidas del proceso de apertura del drenaje de la cuenca del Ebro hacia el Mediterráneo. Este proceso está registrado en las sucesivas etapas de incisión y relleno de paleovalles reconocidas (Arasa-Tuliesa y Cabrera, 2018).
Contexto geológico
El rio Ebro y su red de drenaje se han desarrollado desde el Mioceno a la actualidad en la zona NE de Iberia. En esta zona, se edificaron, por compresión, los orógenos, sobre todo paleógenos, del Pirineo y la Cadena Ibérica-Catalánide (Beamud et al., 2011; Teixell, 1988; Guimerà y Alvaro, 1990; López Blanco, 2002). (Fig. 1).
En las Cadenas costeras catalanas (CCC), se han desarrollado, además, cuencas de semi-graben, resultantes de la inversión de estructuras compresivas corticales del Eoceno y Oligoceno. Estas estructuras extensionales, han configurado el actual margen continental catalán y fueron generadas por los procesos de hiper-extensión, producidos en una región de tras-arco, que dieron lugar al Mediterráneo NW (Granado et al., 2016). Ambos orógenos, con su cuenca de antepaís común y el sistema extensional del margen continental catalán han experimentado reequilibrio isostático y erosión desde su origen (García-Castellanos et al., 2003; García Castellanos y Larrasoaña, 2015).
El Pirineo y la Cadena Ibérica-Catalánide alcanzaron su máximo relieve y altitud, en relación a las culminaciones de las estructuras compresivas, en el Oligoceno-Mioceno inferior, momento en el que la cuenca del Ebro también alcanzó su máximo nivel de colmatación (Coney et al., 1996; Beamud et al., 2011). La extensión que afectó al margen catalán, desde el Mioceno inferior al superior, dio lugar a un relieve dominado por las culminaciones extensionales y semigrabens.
El suave alzamiento isostático de esta región ha causado el encajamiento de las redes de drenaje, entre ellas la del río Ebro. Por otra parte, la descarga litostática producida por la erosión ha favorecido la persistencia del alzamiento isostático, al erosionar tanto los relieves tectónicos como los rellenos sedimentarios de las cuencas (García Castellanos y Larrasoaña, 2015).
Registro estratigráfico (Mioceno inferior-Cuaternario) en el valle inferior del Ebro: Superficies erosivas, unidades deposicionales y su correlación con la plataforma continental
Dado que las unidades estudiadas corresponden a sucesivas etapas de incisión y depósito fluvial, están delimitadas por discontinuidades erosivas. Por ello, se han caracterizado y definido como unidades aloestratigráficas. Las unidades diferenciadas fueron denominadas con referencias alfanuméricas. (Fig. 2; Arasa-Tuliesa y Cabrera, 2018, versión electrónica disponible en www.geologica-acta.com).
Las discontinuidades erosivas S1 a S6 y las unidades aloestratigráficas neógenas (M1, M2 y P) y cuaternarias (Q1-2, Q3 y Q4) constituyen el registro de sucesivos paleovalles incididos de los ciclos de erosión-sedimentación en el tramo inferior del actual río Ebro. En ellos, cuando se reinstauraban temporalmente las condiciones necesarias, como un aumento del nivel de base o, mayor aporte de sedimento, tuvieron lugar episodios de acumulación. Las sucesivas incisiones se encajaron, en grados distintos, en los propios depósitos fluviales, en los depósitos de abanicos aluviales coalescentes desde los márgenes de los paleovalles y en el substrato rocoso, fundamentalmente calizas mesozoicas y depósitos terrígenos paleógenos y miocenos.
Las discontinuidades observadas tienen distinta importancia y registran diversas situaciones (Figs. 2 y 3). La superficie S1, posiblemente polifásica, debió formarse durante el tránsito desde las últimas etapas compresivas (Oligoceno terminal) a las primeras de extensión (Mioceno inferior) en este sector de la CCC. Afectó de forma extensa tanto la cobertera mesozoica como los depósitos paleógenos relacionados con la edificación compresiva de la CCC.
La superficie S2 se observa extensamente en el valle del Ebro inferior e incidió indistintamente en materiales de la cobertera mesozoica (Mz), sucesiones paleógenas (Pg) y la unidad M1. Esta superficie, que pudo experimentar una larga evolución antes de ser recubierta por los sedimentos de la unidad M2 es la primera evidencia preservada de la incisión de un paleovalle del Ebro, que llega hasta 70 km de la costa actual hasta la zona de Flix en el margen de la cuenca del Ebro. S2 se correlaciona con el reflector M del Messiniense en la plataforma continental, registrando la mayor caída del nivel del mar durante el Messiniense superior (en torno a 1200 m; Urgeles et al., 2011). Sin embargo, esta correlación con la superficie M, propuesta como la más obvia, no implica descartar su relación con etapas erosivas previas, durante el tránsito Serravalliense-Tortoniense o el Tortoniense inferior en el offshore (superficie S, Fig. 3) que también se habrían extendido hasta la zona continental actualmente emergida. De este modo la superficie S2 sería el resultado de la superposición de varias etapas erosivas cuyo registro aparece desdoblado y mejor preservado en el offshore (superficies S y M).
La superficie S3 también se extiende hasta unos 70 kilómetros aguas arriba de la costa actual, hasta la zona de Flix, en la zona marginal de la cuenca del Ebro. A pesar de esta extensión no muestra el grado de encajamiento reconocido en S2, S-3 podría extenderse hasta el offshore y relacionarse con superficies erosivas menores previas a la sedimentación pliocénica (superficie m, Fig. 3; Urgeles et al., 2011).
La superficie S4 se corresponde a la superficie de erosión que afecta el techo de las unidades marinas y transicionales pliocénicas y las continentales quizá ya pleistocénicas, sobre la que se depositaron materiales ya claramente pleistocénicos. Erosionó principalmente las unidades del Mioceno y Plioceno más antiguas y es correlacionable tentativamente con el reflector «G» en la plataforma continental (Arasa-Tuliesa, 1994). Sobre ella se depositó el sistema de terrazas Q1-2.
La superficie S5 es la base del conjunto de tres terrazas Q3 del Ebro, que erosionan principalmente unidades del Mioceno, Plioceno y las terrazas Q1-2 más antiguas.
Finalmente, S6, afectó a los materiales de terraza anteriores del Ebro principalmente los depósitos de la terraza Q3 y Q1-2 Estas superficies serían relacionables con algunos reflectores menores reconocidos en la plataforma (por ejemplo, J; Farrán y Maldonado, 1990).
La sedimentación durante los episodios de agradación se concretó, tanto en los ejes fluviales axiales de los valles, como en conjuntos de abanicos aluviales coalescentes transversales que se expandían desde los márgenes de los valles hacia sus zonas centrales.
La penetración en los sucesivos paleovalles de la influencia marina, concretada en el desarrollo de sistemas de bahía-estuario, sólo fue significativa durante el Plioceno. De manera más restringida, durante el Pleistoceno y Holoceno las zonas más próximas al actual delta del Ebro registran una influencia marina menor a la pliocénica, debido al descenso relativo de los niveles marinos cuaternarios y a la progradación del delta del Ebro.
Evolución
La evolución registrada por las discontinuidades y los depósitos a ellas asociados fue controlada esencialmente por la evolución tectónica, las variaciones del nivel relativo marino (Fig. 2) y los cambios de los aportes de sedimento. Así, desde el Mioceno superior al Holoceno se han diferenciado tres etapas evolutivas principales (Figs 2 y 3):
1) Serravaliense superior (?) – Tortoniense – Messiniense (desde 11,63(?)-9 a 5,3 Ma).
Considerando el contexto regional y los registros de estratigrafía sísmica en la vecina plataforma (superficie S en el offshore, Fig. 3), los antecedentes más tempranos de la erosión del paleovalle del Baix Ebre podrían remontarse al tránsito Serravalliense-Tortoniense (11,63 ma) aunque es más plausible que ésta se iniciara en el Tortoniense (9 Ma) momento en el que se han reconocido tasas de exhumación relativamente elevadas en el Pirineo y la acumulación de sedimento en el Grupo Castellón está bien registrada (Arasa-Tuliesa, 1990; García Castellanos et al., 2003; Arche et al., 2010; Beamud et al., 2011; García Castellanos y Larrasoaña, 2015). Esta etapa netamente erosiva se desarrolló en la actual zona emergida durante buena parte del Tortoniense, mientras que en el offshore los cambios de condiciones permitieron el reinicio de la sedimentación y el depósito del Grupo Castellón sobre la superficie S.
En el actual onshore, los estadios evolutivos tempranos de incisión del paleovalle, en el tránsito Serravalliense-Tortoniense o en el inicio del Tortoniense, fueron dominados por el encajamiento y erosión remontante de la red fluvial y la transferencia de sedimento hacia la plataforma continental. La erosión se ejerció sobre los materiales mesozoicos, paleógenos y del Mioceno inferior-medio de la CCC, desde la costa hasta el SE de la zona marginal de la cuenca del Ebro. Estas fases iniciales de evolución de la superficie de erosión desarrollada en las zonas emergidas (S2) estuvo relacionada con la red de drenaje que alimentó la progradación del sistema de plataforma-talud del Grupo Castellón.
Los registros mejor preservados de esta etapa en la zona emergida del Baix Ebre son, en primer lugar, el retoque, con posible sobre excavación en el onshore durante el Messiniense de la superficie erosiva S-2, en segundo lugar, el depósito sobre ella de la unidad M-2 durante una etapa de agradación y finalmente el desarrollo de una nueva superficie de discontinuidad (S-3) El registro sedimentario de la unidad M2 entre las superficies S2 y S3 se correspondería en la vecina plataforma continental, con la acumulación de depósitos lenticulares y discontinuos entre la superficie erosiva principal M y otra menor (m). Todos estos elementos serían previos al inicio del desarrollo en la plataforma continental del prisma de sedimentación de plataforma-talud del Grupo Ebro (Figs. 2 y 3; Urgeles et al. 2011) y al depósito de la unidad P en la zona emergida del Baix Ebre (Figs. 2 y 3).
Las superficies S3 y m (Urgeles et al., 2011) de menor encajamiento y desarrolladas sobre los depósitos lenticulares que iniciaron el relleno de la superficie erosiva S2-M, se habrían generado debido a oscilaciones menores del nivel del mar durante primera la etapa de ascenso del nivel marino en el Messiniense (Arasa-Tuliesa y Cabrera, 2018).
La composición de los clastos reconocidos en la unidad M2, que incluye litologías de procedencia claramente pirenaica, indicaría que cuando se depositó esta unidad la expansión de la red de drenaje del Ebro habría alcanzado zonas ya internas de la cuenca de antepaís del Ebro y quizá el propio Pirineo, erosionando al menos las formaciones de conglomerados poligénicos sintectónicos depositadas al pie del orógeno.
2) Plioceno-Pleistoceno inferior (?) (desde 5,3 a 2 Ma).
El paleovalle, finalmente configurado por la acentuación del encajamiento durante el evento messiniense, fue invadido por el mar como consecuencia del proceso de reinundación excepcional del Mediterráneo debido al restablecimiento de la comunicación con el Atlántico (Bache et al., 2012). Este proceso tuvo lugar simultáneamente en varios sectores del margen continental catalán (Fleta et al., 1990; Corregidor et al., 1997).
Durante el Plioceno se depositó en el Baix Ebre una secuencia transgresiva-regresiva (unidad P) por encima de la discontinuidad erosiva S3 con el resultado de la colmatación de la bahía causada por el ascenso marino y la retención de sedimento. Aguas arriba hasta el SE de la cuenca del Ebro sólo se registra sedimentación detrítica continental. El depósito de esta unidad pudo ser relativamente rápido y la transferencia de sedimento a la plataforma se mantuvo lo suficientemente eficaz y elevada como para iniciar el desarrollo del sistema progradante del Grupo Ebro.
3) Pleistoceno-Holoceno (desde 2 Ma al presente).
Durante esta etapa, el paleovalle volvió a verse afectado por superficies erosivas (S4 a S6), con encajamientos de menor entidad, que fueron recubiertas por nuevas unidades deposicionales escalonadas (Q1-2 a Q4). Esta etapa se caracteriza por la reimplantación de un balance sedimentación/erosión claramente favorable a la degradación y una transferencia intensiva de sedimento hacia la plataforma. Durante esta etapa el paleovalle evolucionó a su fisiografía actual y tuvo lugar la evolución desde un dispositivo sedimentario de bahía-estuario al deltaico que se estableció en tiempos históricos (Arasa-Tuliesa y Cabrera, 2018). La evolución del Grupo Ebro, afectado por algunas superficies erosivas relacionadas con cambios glacioeustáticos del nivel marino, ha continuado hasta la actualidad.
Resumen y conclusiones
El valle del Baix Ebre se caracteriza por una diversidad de situaciones de excavación e incisión desarrolladas sobre los propios depósitos fluviales y/o sobre el substrato dominado por depósitos de cobertera mesozoicos y depósitos silicilásticos paleógenos y neógenos relacionados con la evolución estructural de la Cordillera Costero Catalana y el sector oriental de la cuenca del Ebro.
El segmento inferior del curso del río Ebro muestra, en su conjunto, una arquitectura dominada por la incisión durante la mayor parte de su evolución. Es pues, el resultado de una degradación erosiva persistente, quizá iniciada en el tránsito Serravalliense-Tortoniense o en el Tortoniense inferior y activa hasta la actualidad. Si bien, en breves etapas, destaca la importante acumulación de sedimentos durante el Plioceno.
Es así destacable el escaso volumen de sedimento acumulado en las unidades descritas (M2, P y Q1-2 a Q4) y la muy baja continuidad del registro en comparación con lo observado en los sistemas de progradación de plataforma talud del grupo Castellón (Serravalliense-Messiniense inferior) y en especial del grupo Ebro (Plioceno-Holoceno), ambos desarrollados sucesivamente en la plataforma continental con la interrupción causada por el evento messiniense.
La evolución de los sucesivos paleovalles excavados en el tramo final del Ebro muestran reducidos depósitos y escasa continuidad, en contraste a la mayor acumulación de los sistemas terrígenos progradantes del margen continental del Ebro. Consecuentemente, el Baix Ebre se ha configurado, desde al menos el Mioceno superior (Tortoniense), como un eje muy eficiente para el transporte y transferencia de sedimentos desde el Pirineo y sus áreas meridionales de antepaís próximas hasta los sistemas deposicionales que alimentan las zonas de acumulación del surco de Valencia y las cuencas de Menorca y Provenzal.
El contexto y la evolución tectónica de la región, así como su evolución paleogeográfica sugieren que esta eficacia de transferencia entre las áreas fuente y las de cuenca, concretadas, está relacionada con el desarrollo de un gradiente topográfico significativo y persistente entre la zona NE de Iberia y las cuencas del Mediterráneo NW. Este gradiente pudo deberse, en las primeras etapas evolutivas de apertura de la cuenca endorreica del Ebro, con su nivel de colmatación final, ya que éste alcanzó altitudes relativas apreciables en relación a los relieves circundantes. Adicionalmente, el exorreísmo de la cuenca del Ebro favoreció la erosión remontante y la descarga litostática desde el Tortoniense. Consecuentemente favoreció su mayor y más persistente alzamiento isostático en relación a la CCC y la vecina plataforma continental del Ebro. Todo ello mantuvo o incrementó la diferencia de gradiente y favoreció la erosión del orógeno pirenaico y del relleno de su cuenca final de antepaís. Situación que posibilitó una intensa contribución de sedimento a las zonas de acumulación mediterráneas a través de los sucesivos paleovalles incididos por el río Ebro en la CCC.
Bajo esta situación general, los descensos del nivel de base marino acentuaron a veces en extremo el gradiente topográfico entre las áreas fuente y de transferencia respecto al nivel de base en la cuenca, como durante el gran descenso relacionado con el evento del Messiniense. Por el contrario, ascensos igualmente dramáticos atenuaron este gradiente y amortiguaron durante un tiempo el aporte y distribución de sedimento en la cuenca, como durante el gran ascenso relacionado con el evento de la re-inundación del Mediterráneo en el Plioceno inferior. Sin embargo, bajo cualquier situación, las condiciones generales de gradiente de relieve favorecieron la erosión de la región emergida y mantuvieron el aporte de sedimento hacia el Mediterráneo.
Agradecimientos
A. Arasa-Tuliesa agradece al ICOG y grupo EbreRecerca su apoyo incondicional en la difusión de este trabajo. L.Cabrera ha recibido el soporte del proyecto SEROS (CGL 2014-55900-P) del Ministerio de Economía, Industria y Competitividad (MINECO) y del Grup de Recerca Consolidat 2014-SGR467 de la Generalitat de Catalunya. También se agradecen las aportaciones de Alejandro Robador y las de un revisor anónimo por su cuidadosa revisión y sugerencias.
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