Extreme pointer years in tree-ring records of central Spain as evidence of climatic events and the eruption of the Huaynaputina Volcano (Peru, 1600 AD)

The study of pointer years of numerous tree-ring chronologies of the central Iberian Peninsula (Sierra de Guadarrama) could provide complementary information about climate variability over the last 405 yr. In total, 64 pointer years have been identified: 30 negative (representing minimum growths) and 34 positive (representing maximum growths), the most significant of these being 1601, 1963 and 1996 for the negative ones, and 1734 and 1737 for the positive ones. Given that summer precipitation was found to be the most limiting factor for the growth of Pinus in the Sierra de Guadarrama in the second half of the 20th century, it is also an explanatory factor in almost 50% of the extreme growths. Furthermore, these pointer years and intervals are not evenly distributed throughout time. Both in the first half of the 17th and in the second half of 20th, they were more frequent and more extreme and these periods are the most notable for the frequency of negative pointer years in Central Spain. The interval 1600–1602 is of special significance, being one of the most unfavourable for tree growth in the centre of Spain, with 1601 representing the minimum index in the regional chronology. We infer that this special minimum annual increase was the effect of the eruption of Huaynaputina, which occurred in Peru at the beginning of 1600 AD. This is the first time that the effects of this eruption in the tree-ring records of Southern Europe have been demonstrated.

Metáforas obsesivas e ideogramas: [entre las formas y las formulaciones en el pensamiento de Le Corbusier]

Como en toda reflexión humana desde el inicio de la modernidad, en la arquitectura se entrelazan las aspiraciones de racionalidad con las contaminaciones, errores e interferencias aleatorias propias de cualquier contexto real. De un lado, los modelos de pensamiento y control describen los hechos y los procedimientos, amplificando las pautas de una explicación coherente de los mismos; de otro, el contacto continuo con entornos reales distorsiona cualquier sistema de leyes internas, aumenta la complejidad de los modelos y abre la vía a la indeterminación y la aleatoriedad tanto en la producción como en el pensamiento. Este escenario de conflicto entre el orden abstracto y la singularidad de cada circunstancia real se reproduce reiteradamente en los problemas arquitectónicos, provocando que los mensajes no sigan pautas lineales. Por el contrario, estos se difunden siguiendo un modelo más parecido al de las ondas, en el que las respuestas obtenidas no son unívocas sino múltiples y deformadas, alteradas por las superposiciones y contaminaciones derivadas de este escenario. En la década de 1920 el movimiento Surrealista había detectado no solo la presencia de este conflicto, sino también su condición estructural en la naturaleza de lo contemporáneo y su permanente dilema entre la proyección hacia un futuro utópico predicado en el progreso tecnológico y el peso de la memoria de un pasado igualmente idealizado por la nostalgia. Un conflicto definitivamente magnificado por la Gran Guerra, capaz de poner en duda la existencia incluso de un futuro. La razón ilustrada y el desarrollo tecnológico se ven profundamente contaminados por la destrucción irracional y la mortal maquinaria bélica. Sus imágenes y experiencia directa constituyen, de hecho, uno de los detonantes de la reacción surrealista ante el ‘statu quo’, exacerbada por hechos circustanciales que se tornan intensamente significativos, como la prematura muerte de Apollinaire como consecuencia precisamente de las heridas recibidas en la guerra. “If reality’, Aragon writes in 1924,’ is the apparent absence of contradiction’, a construct that effaces conflict, then ‘the marvellous is the eruption of contradiction in the real’, an eruption that exposes this construct as such.” El shock traumático de la confrontación y las imágenes de una destrucción ajena a cualquier razón están en el origen de la pregunta que formula Aragon: enfrentados con lo absurdo e inexplicable de los hechos, de la destrucción irracional, debe existir necesariamente otro nivel de conciencia y comprensión bajo la apariencia de estabilidad y normalidad que facilite otra descripción de la realidad, por anormal e irracional que esta sea. Las actividades surrealistas en el París de entreguerras se centraron en el potencial de tales contradicciones, las cuales atravesaban, de medio a medio, las certezas de un futuro predicado en la razón objetiva y el avance tecnológico. Y, a pesar de su imprecisa relación con la arquitectura –no existe, de hecho, una arquitectura que pueda calificarse como ‘surrealista’-, identificaron en la construcción misma de la ciudad y de su experiencia diaria, a un tiempo rutinaria y desestabilizadora, los síntomas de tales conflictos.

Morphology and distribution of volcanic bombs in Caldera Quemada de Arriba (Lanzarote, Canary Islands): implications for volcanic hazard analysis

Análisis del riesgo volcánico. We show the preliminary results of the study of 561 volcanic bombs ejected from a pyroclastic cone during the 1730-1736 Timanfaya eruption (Lanzarote, Canary Islands). This cone displays the highest concentration of big bombs (major axis higher than 1 m) of Timanfaya. More than 560 bombs have been studied to calculate their reach. The results suggest that bombs of 1t have a reach of 409 m, while bombs up to 28 t have a reach of 248 m. These data may be used to define a security area once a vent has been opened, but also to calculate other data such the initial velocity of ejection. The geomorphological analysis and the study of the deposits also contribute to better understand an undocumented episode of the Timanfaya eruption and also provide important data for volcanic bombs modeling for volcanic hazard analysis.

Caracterización dinámica del glaciar Hurd combinando observaciones de campo y simulaciones numéricas

El objetivo fundamental de esta tesis es la caracterización de la morfología y del estado de deformaciones y tensiones del Glaciar Hurd (Isla Livingston, Archipiélago de las Shetland del Sur, Antártida), mediante una combinación de observaciones de campo, registros de georradar y simulaciones numéricas. La morfología y el estado de deformaciones y tensiones actuales son la expresión de la evolución dinámica del glaciar desde tiempos pretéritos hasta recientes, y su análisis nos dará las pautas con las cuales ser capaces de predecir, con el apoyo de las simulaciones numéricas, su evolución futura. El primer aspecto que se aborda es el estudio de las estructuras que pueden observarse en la superficie del glaciar. Describimos las distintas técnicas utilizadas (medidas de campo, fotointerpretación de ortofotografías, análisis geoquímico de cenizas volcánicas, etc.) y presentamos el análisis e interpretación de los resultados morfo-estructurales, así como la correlación, mediante análisis geoquímicos (fluorescencia de rayos X), entre las cenizas volcánicas que extruyen en la superficie del Glaciar Hurd y las del volcán Decepción, origen de las cenizas. Esto nos permite realizar una datación de las mismas como Tefra 1, correspondiente a la erupción de 1970, Tefra 2, correspondiente a las erupciones pre-1829, y el conjunto Tefra 3, asociado a las erupciones más antiguas. En segundo lugar nos ocupamos de las estructuras presentes en el interior del glaciar, cuya herramienta de detección fundamental es el georradar. Identificadas estas estructuras internas, las vinculamos con las observadas en la superficie del glaciar. También hemos estudiado la estructura hidrotérmica del glaciar, obteniendo una serie de evidencias adicionales de su carácter politérmico. Entre éstas se contaban, hasta ahora, las basadas en el valor del parámetro de rigidez de la relación constitutiva del hielo determinada por ajuste de modelos dinámicos y observaciones realizados por Otero (2008) y las basadas en las velocidades de las ondas de radar en el hielo determinadas con el método de punto medio común por Navarro y otros (2009). Las evidencias adicionales que aportamos en esta tesis son: 1) la presencia de estructuras típicas de régimen compresivo en la zona terminal del glaciar y de cizalla en los márgenes del mismo, y 2) la presencia de un estrato superficial de hielo frío (por encima de otro templado) en la zona de ablación de los tres lóbulos del Glaciar Hurd –Sally Rocks, Argentina y Las Palmas–, que alcanzan espesores de 70, 50 y 40 m, respectivamente. Este estrato de hielo frío está probablemente congelado al lecho subglaciar en la zona terminal (Molina y otros, 2007; esta tesis). Por último, nos ocupamos de la simulación numérica de la dinámica glaciar. Presentamos el modelo físico-matemático utilizado, discutimos sus condiciones de contorno y cómo éstas se miden en los trabajos de campo, y describimos el procedimiento de resolución numérica del sistema de ecuaciones parciales del modelo. Presentamos los resultados para los campos de velocidades, deformaciones y tensiones, comparando estos resultados con las estructuras observadas. También incluimos el análisis de las elipses de deformación acumulativa, que proporcionan información sobre las estructuras a las que puede dar lugar la evolución del estado de deformaciones y tensiones a las que se ve sometido el hielo según avanza, lentamente, desde la cabecera hasta la zona terminal del glaciar, con tiempos de tránsito de hasta 1.250 años, recogiendo así la historia de deformaciones en el glaciar. Concluyendo, ponemos de manifiesto en esta tesis que las medidas de campo de las estructuras y niveles de cenizas, las medidas de georradar y las simulaciones numéricas de la dinámica glaciar, realizadas de forma combinada, permiten caracterizar el régimen actual de velocidades, deformaciones y tensiones del glaciar, entender su evolución en el pasado y predecir su evolución futura. ABSTRACT The main objective of this thesis is to characterize the morphology and the state of strains and stresses of Hurd Glacier (Livingston Island, South Shetland Islands archipelago, Antarctica) through a combination of field observations, ground-penetrating radar measurements and numerical simulations. The morphology and the current state of strain and stresses are the expression of the dynamic evolution of the glacier from the past to recent times, and their analysis gives us the guidelines to be able to predict, with the support of numerical simulations, its future evolution. The first subject addressed is the study of structures that can be observed on the glacier surface. We describe the different techniques used (field measurements, photointerpretation of orthophotos, geochemical analysis of volcanic ashes, etc.) and we present the analysis and interpretation of the morpho-structural results, as well as the correlation with geochemical analysis (XRF) between the volcanic ashes extruded to the surface of Hurd Glacier and those of Deception Island volcano, from which the ashes originate. This allows us dating the ashes as Tephra 1, corresponding to the 1970 eruption, Tephra 2, corresponding to the pre-1829 eruptions, and the Tephra 3 group, associated with older eruptions. Secondly we focus on the study of the structures present within the glacier, which are detected with the help of ground-penetrating radar. Once identified, we link these internal structures with those observed on the glacier surface. We also study the hydrothermal structure of the glacier, getting a series of additional evidences of its polythermal structure. Among the evidences available so far, we can mention those based on the value of the stiffness parameter of the constitutive relation of ice, determined by fitting dynamic models to observations, as done by Otero (2008), and those based on the velocity of propagation of the radar waves through the glacier ice, measured using the common midpoint method, as done by Navarro et al. (2009). The additional evidences that we provide in this thesis are: 1) the presence of structures typical of compressive regime in the terminal zone of the glacier, together with shear at its margins, and 2) the presence of a surface layer of cold ice (overlying a layer of temperate ice) in the ablation zone of the three lobes of Hurd Glacier –Sally Rocks, Argentina and Las Palmas–, reaching thicknesses of 70, 50 and 40 m, respectively. This cold layer is probably frozen to the subglacial bed in the terminal zone (Molina and others 2007; this thesis). Finally, we deal with the numerical simulation of glacier dynamics. We present the physical-mathematical model, discuss its boundary conditions and how they are measured in the field work, and describe the method of numerical solution of the model’s partial differential equations. We present the results for the velocity, strain and stress fields, comparing these results with the observed structures. We also include an analysis of the ellipses of cumulative deformation, which provide information about the structures that can result from the evolution of the strain and stress regime of the glacier ice as it moves slowly from the head to the snout of the glacier, with transit times of up to 1,250 years, so picking the history of deformation of the glacier. Summarizing, we show in this thesis that field measurements of structures and ash layers, ground-penetrating radar measurements and numerical simulations of glacier dynamics, performed in combination, allow us to characterize the current regime of velocities, strains and stresses of the glacier, to understand its past evolution and to predict its future evolution.

An Overview of Geodetic Volcano Research in the Canary Islands

The Canary Islands are mostly characterized by diffuse and scattered volcanism affecting a large area, with only one active stratovolcano, the Teide?Pico Viejo complex (Tenerife). More than 2 million people live and work in the 7,447 km2 of the archipelago, resulting in an average population density three times greater than the rest of Spain. This fact, together with the growth of exposure during the past 40 years, increases volcanic risk with respect previous eruptions, as witnessed during the recent 2011?2012 El Hierro submarine eruption. Therefore, in addition to purely scientific reasons there are economic and population-security reasons for developing and maintaining an efficient volcano monitoring system. In this scenario geodetic monitoring represents an important part of the monitoring system. We describe volcano geodetic monitoring research carried out in the Canary Islands and the results obtained. We consider for each epoch the two main existing constraints: the level of volcanic activity in the archipelago, and the limitations of the techniques available at the time. Theoretical and observational aspects are considered, as well as the implications for operational volcano surveillance. Current challenges of and future perspectives in geodetic volcano monitoring in the Canaries are also presented.

Métodos diferenciales e interferométricos para la evaluación de deformaciones de la corteza terrestre mediante técnicas GNSS e InSAR = Differential and interferometric methods for evaluation of crustal deformation using GNSS and InSAR techniques

La actividad volcánica interviene en multitud de facetas de la propia actividad humana, no siempre negativas. Sin embargo, son más los motivos de peligrosidad y riesgo que incitan al estudio de la actividad volcánica. Existen razones de seguridad que inciden en el mantenimiento del seguimiento y monitorización de la actividad volcánica para garantizar la vida y la seguridad de los asentamientos antrópicos en las proximidades de los edificios volcánicos. En esta tesis se define e implementa un sistema de monitorización de movimientos de la corteza en las islas de Tenerife y La Palma, donde el impacto social que representa un aumento o variación de la actividad volcánica en las islas es muy severo. Aparte de la alta densidad demográfica del Archipiélago, esta población aumenta significativamente, en diferentes periodos a lo largo del año, debido a la actividad turística que representa la mayor fuente de ingresos de las islas. La población y los centros turísticos se diseminan predominantemente a lo largo de las costas y también a lo largo de los flancos de los edificios volcánicos. Quizá el mantenimiento de estas estructuras sociales y socio-económicas son los motivos más importantes que justifican una monitorización de la actividad volcánica en las Islas Canarias. Recientemente se ha venido trabajando cada vez más en el intento de predecir la actividad volcánica utilizando los nuevos sistemas de monitorización geodésica, puesto que la actividad volcánica se manifiesta anteriormente por deformación de la corteza terrestre y cambios en la fuerza de la gravedad en la zona donde más tarde se registran eventos volcánicos. Los nuevos dispositivos y sensores que se han desarrollado en los últimos años en materias como la geodesia, la observación de la Tierra desde el espacio y el posicionamiento por satélite, han permitido observar y medir tanto la deformación producida en el terreno como los cambios de la fuerza de la gravedad antes, durante y posteriormente a los eventos volcánicos que se producen. Estos nuevos dispositivos y sensores han cambiado las técnicas o metodologías geodésicas que se venían utilizando hasta la aparición de los mismos, renovando métodos clásicos y desarrollando otros nuevos que ya se están afianzando como metodologías probadas y reconocidas para ser usadas en la monitorización volcánica. Desde finales de la década de los noventa del siglo pasado se han venido desarrollando en las Islas Canarias varios proyectos que han tenido como objetivos principales el desarrollo de nuevas técnicas de observación y monitorización por un lado y el diseño de una metodología de monitorización volcánica adecuada, por otro. Se presenta aquí el estudio y desarrollo de técnicas GNSS para la monitorización de deformaciones corticales y su campo de velocidades para las islas de Tenerife y La Palma. En su implementación, se ha tenido en cuenta el uso de la infraestructura geodésica y de monitorización existente en el archipiélago a fin de optimizar costes, además de complementarla con nuevas estaciones para dar una cobertura total a las dos islas. Los resultados obtenidos en los proyectos, que se describen en esta memoria, han dado nuevas perspectivas en la monitorización geodésica de la actividad volcánica y nuevas zonas de interés que anteriormente no se conocían en el entorno de las Islas Canarias. Se ha tenido especial cuidado en el tratamiento y propagación de los errores durante todo el proceso de observación, medida y proceso de los datos registrados, todo ello en aras de cuantificar el grado de fiabilidad de los resultados obtenidos. También en este sentido, los resultados obtenidos han sido verificados con otros procedentes de sistemas de observación radar de satélite, incorporando además a este estudio las implicaciones que el uso conjunto de tecnologías radar y GNSS tendrán en un futuro en la monitorización de deformaciones de la corteza terrestre. ABSTRACT Volcanic activity occurs in many aspects of human activity, and not always in a negative manner. Nonetheless, research into volcanic activity is more likely to be motivated by its danger and risk. There are security reasons that influence the monitoring of volcanic activity in order to guarantee the life and safety of human settlements near volcanic edifices. This thesis defines and implements a monitoring system of movements in the Earth’s crust in the islands of Tenerife and La Palma, where the social impact of an increase (or variation) of volcanic activity is very severe. Aside from the high demographic density of the archipelago, the population increases significantly in different periods throughout the year due to tourism, which represents a major source of revenue for the islands. The population and the tourist centres are mainly spread along the coasts and also along the flanks of the volcanic edifices. Perhaps the preservation of these social and socio-economic structures is the most important reason that justifies monitoring volcanic activity in the Canary Islands. Recently more and more work has been done with the intention of predicting volcanic activity, using new geodesic monitoring systems, since volcanic activity is evident prior to eruption because of a deformation of the Earth’s crust and changes in the force of gravity in the zone where volcanic events will later be recorded. The new devices and sensors that have been developed in recent years in areas such as geodesy, the observation of the Earth from space, and satellite positioning have allowed us to observe and measure the deformation produced in the Earth as well as the changes in the force of gravity before, during, and after the volcanic events occur. The new devices and sensors have changed the geodetic techniques and methodologies that were used previously. The classic methods have been renovated and other newer ones developed that are now vouched for as proven recognised methodologies to be used for volcanic monitoring. Since the end of the 1990s, in the Canary Islands various projects have been developed whose principal aim has been the development of new observation and monitoring techniques on the one hand, and the design of an appropriate volcanic monitoring methodology on the other. The study and development of GNSS techniques for the monitoring of crustal deformations and their velocity field is presented here. To carry out the study, the use of geodetic infrastructure and existing monitoring in the archipelago have been taken into account in order to optimise costs, besides complementing it with new stations for total coverage on both islands. The results obtained in the projects, which are described below, have produced new perspectives in the geodetic monitoring of volcanic activity and new zones of interest which previously were unknown in the environment of the Canary Islands. Special care has been taken with the treatment and propagation of errors during the entire process of observing, measuring, and processing the recorded data. All of this was done in order to quantify the degree of trustworthiness of the results obtained. Also in this sense, the results obtained have been verified with others from satellite radar observation systems, incorporating as well in this study the implications that the joint use of radar technologies and GNSS will have for the future of monitoring deformations in the Earth’s crust.