Evidencias de expulsión de fluidos en el complejo Hespérides en el talud medio del golfo de Cádiz

Abstract

Seabed morphology, sub-bottom characteristics and benthic communities of the Hespérides volcanic complex,
located in the continental slope of the Gulf of Cadiz, have been analyzed. The aim of this study is to characterize the morphological features, the geological processes and near-bottom water masses for understanding the relationships between the occurrence of this fluid venting related edifice and their associated biota. Additionally, dominant benthic species associated with seepage, hard substrates or soft bottoms have also been observed in different areas of the complex. Mud breccia sediments and chemosymbiotic metazoans are mainly located at the summit indicating a higher seepage activity. Authigenic carbonates on the flanks and the base of the volcanic structure are related to a moderate seepage activity, being exhumed by bottom currents and colonized by hard substrate associated species. Adjacent depressions are linked to collapse processes as a result of the interplay of active fluid escape and bottom current effects. In general, major factors controlling these features and their associated biota are mud flow and fluid-escape-related processes, although other factors such as gravitational and deep water masses related processes are also involved.

Full text

IX Congreso Geológico de España Geo-Temas, 16 (1) ISSN 1576-5172
327
Evidencias de expulsión de fluidos en el complejo Hespérides en el talud medio
del Golfo de Cádiz
Evidence of fluid venting on the Hespérides complex at the middle slope of the Gulf of Cádiz
D. Palomino1, J.T. Vázquez1, N. López-González1, L.M. Fernández-Salas2, J.L. Rueda1, E. González-García3 y V.
Díaz-del-Río1
1 Instituto Español de Oceanografía. CO de Málaga, Puerto Pesquero s/n, 29640, Fuengirola (Málaga) desiree.palomino@gmail.com
2 Instituto Español de Oceanografía. CO de Cádiz, Muelle Pesquero s/n, 11006, Cádiz (Cádiz)
3 Facultad de Ciencias, Universidad de Málaga, Campus de Teatinos s/n, 29071, Málaga (Málaga)
Resumen: En este trabajo se ha analizado la morfología del fondo, las características sub-superficiales y las
comunidades bentónicas en el complejo Hespérides, situado en el talud continental del Golfo de Cádiz, con el objetivo
de entender su relación con los procesos geológicos y oceanográficos, así como la influencia sobre los hábitats que se
generan. Se han detectado especies bentónicas asociadas a escapes de fluidos, a sustratos duros y blandos en diferentes
zonas del complejo. Los sedimentos de brecha fangosa y los organismos quimiosimbióticos se localizan en la cima de
los conos volcánicos asociados a una mayor actividad de emisión. Los carbonatos autigénicos en los flancos y la base
del edificio están relacionados con una actividad de expulsión de fluidos moderada, siendo desenterrados por las
corrientes de fondo y colonizados por especies de sustratos duros. Las depresiones en la base están formadas por
procesos de colapso, debido a escapes de fluidos activos bajo la influencia de las corrientes profundas. En general, los
principales factores que controlan la morfología y las comunidades bentónicas asociadas son los procesos relacionados
con escapes de fluidos, aunque no hay que despreciar el efecto de los procesos gravitacionales y la acción de las masas
de agua profunda.
Palabras clave: expulsión de fluidos, fauna quimiosimbionte, volcanes de fango, Golfo de Cádiz.
Abstract: Seabed morphology, sub-bottom characteristics and benthic communities of the Hespérides volcanic complex,
located in the continental slope of the Gulf of Cadiz, have been analyzed. The aim of this study is to characterize the
morphological features, the geological processes and near-bottom water masses for understanding the relationships
between the occurrence of this fluid venting related edifice and their associated biota. Additionally, dominant benthic
species associated with seepage, hard substrates or soft bottoms have also been observed in different areas of the
complex. Mud breccia sediments and chemosymbiotic metazoans are mainly located at the summit indicating a higher
seepage activity. Authigenic carbonates on the flanks and the base of the volcanic structure are related to a moderate
seepage activity, being exhumed by bottom currents and colonized by hard substrate associated species. Adjacent
depressions are linked to collapse processes as a result of the interplay of active fluid escape and bottom current
effects. In general, major factors controlling these features and their associated biota are mud flow and fluid-escape-
related processes, although other factors such as gravitational and deep water masses related processes are also
involved.
Key words: seepage, chemosymbiotic fauna, mud volcanoes, Gulf of Cadiz.
INTRODUCCIÓN
El Golfo de Cádiz presenta un gran número de
volcanes de fango, que son estructuras relacionadas con
la emisión de fluidos producidas por la migración
vertical de sedimentos fangosos cargados en gases que
son expulsados por sucesivas emisiones (Milkov,
2000). En estos edificios se desarrollan diferentes
hábitats que están condicionados por el tipo de sustrato,
las masas de agua profundas y los procesos geológicos
que se desarrollan a nivel regional y local. Numerosos
estudios han aportado información sobre los volcanes
de fango, la migración y emisión de fluidos en ellos, y
la fauna bentónica asociada a dichas emisiones en
diversas zonas del Golfo de Cádiz, incluido el
complejo Hespérides (Somoza et al., 2003; León et al.,
2010), aunque actualmente se están realizando estudios
de carácter multidisciplinar que permiten relacionar
todo este tipo de observaciones (Palomino et al., 2015).
En este sentido, el objetivo de este trabajo es el
estudio de la morfología del fondo, las características
sub-superficiales y la biota asociada del complejo
Hespérides, situado en el talud medio del Golfo de
Cádiz, para entender la relación de las características
de este edificio con los procesos geológicos recientes y
con las masas de agua, así como su influencia en el
desarrollo de hábitats.

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CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y
OCEANOGRÁFICAS
El Golfo de Cádiz se sitúa en un contexto actual
compresivo, donde se desarrollan importantes
fenómenos de diapirismo y vulcanismo de fango. Estos
fenómenos están relacionados con el emplazamiento de
la Unidad Alóctona del Golfo de Cádiz (UAGC)
durante el Oligoceno Tardío y el Tortoniense superior,
y con el desarrollo de complejos extensionales
gravitacionales y zonas transpresivas desde el
Messiniense hasta el Cuaternario, que favorecieron el
ascenso de los materiales más plásticos de la UAGC en
forma de estructuras diapíricas íntimamente
relacionadas con la formación de volcanes de fango
(Fig. 1A). El área de estudio denominada Campo
Profundo de Expulsión de Fluidos (CPEF, Díaz del Río
et al., 2014) se localiza entre 680 y 1200 m de
profundidad, en un sector del talud medio del margen
español del Golfo de Cádiz caracterizado por depósitos
fangosos que son atravesados por canales erosivos de
dirección E-O y NE-SO (Fig. 1B).
La circulación oceanográfica en el Golfo de Cádiz
está controlada por el intercambio de masas de agua a
través del Estrecho de Gibraltar, con un flujo de agua
Atlántica de entrada (AIW) hacia el mar de Alborán y
un flujo de agua Mediterránea de salida (MOW) hacia
el Océano Atlántico. La MOW recorre el margen
ibérico hacia el noroeste y se divide en dos núcleos
principales. El área de estudio se encuentra bajo la
influencia de una desviación de la rama inferior de la
MOW que gira en una dirección NE-SO a su salida por
el Estrecho de Gibraltar (Fig. 1A). La velocidad de la
corriente de fondo en el complejo Hespérides, situado
en el extremo occidental, oscila entre 0,5 y 0,56 m/s
(Díaz del Río et al., 2014).
FIGURA 1. Localización de la zona de estudio. A) Principales dominios fisiográficos, elementos tectónicos y principales masas de agua en el Golfo
de Cádiz (rasgos tectónicos modificados de Medialdea et al., 2004; Zitellini et al., 2009; y masas de agua modificadas de Hernández-Molina et al.,
2014). B) Área de estudio localizada en un sector del talud medio denominada Campo Profundo de Expulsión de Fluidos (CPEF) donde se localiza el
complejo Hespérides.
MATERIAL Y MÉTODOS
Los datos geofísicos y muestras se obtuvieron en el
marco del proyecto LIFE+INDEMARES/CHICA en el
CPEF (Fig. 1). Los datos batimétricos y de
reflectividad fueron procesados con el programa Caris
Hips and Sips para crear modelos batimétricos a una
resolución de 15 m. Para el análisis morfológico se
utilizó el programa ArcGIS desktop, y además se
analizaron perfiles sísmicos de muy alta resolución
obtenidos con la sonda paramétrica TOPAS-PS18 que
se convirtieron e importaron en formato SEG-Y y han
sido interpretados mediante el programa IHS Kingdom.
Las muestras de de sedimento superficial se obtuvieron
mediante box-corer, que sirvieron para caracterizar la
textura del sedimento y la epi- y endofauna. Los videos
e imágenes submarinas obtenidos con VOR (Vehículo

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de Observación Remolcado) se han utilizado para
identificar la epifauna y los hábitats que conforman.
RESULTADOS
El CPEF es un sector morfológicamente complejo
debido al efecto combinado de los procesos erosivos,
gravitacionales y sedimentarios de la zona. Se
caracteriza por un gran cuerpo sedimentario con forma
de abanico que es atravesado por surcos erosivos y
otras formas como campos de ondas de fango y arena,
deslizamientos y relieves relacionados con la expulsión
de fluidos como son los pockmarks, valles ciegos y
edificios volcánicos fangosos. En esta zona se localiza
el complejo diapiro/volcán Hespérides, constituido por
una elevación del fondo generada por diapirismo, que
además alberga varios conos volcánicos, donde se han
obtenido brecha fangosa que permite confirmar su
naturaleza como volcanes de fango. Las características
morfológicas del edificio se presentan en la Tabla I.
El complejo Hespérides se localiza en la parte NO
del CPEF, presentando 187 m de altura y una forma ca-
FIGURA 2. Complejo Hespérides. A) Interpretación morfológica
representada sobre un mapa de sombras con una resolución de
15x15 m. B) Ejemplo de perfil de muy alta resolución TOPAS con la
localización indicada en la Fig. 2a.
Variables morfológicas
Hespérides
Profundidad (max./min.) <m>
859/672
Longitud (max./min.) <km>
3,6/2,3
Altura <m>
187
Área <km2>
8,13
Pendiente <º>
0,5/30
TABLA I. Dimensiones y variables morfológicas medidos en el
complejo Hespérides.
si triangular, donde dos de sus lados tienen fuertes
pendientes, mientras que el tercero, al NE, termina de
forma más suave. Se diferencian dos conos volcánicos
principales situados al O del complejo que presentan
un perfil asimétrico (Fig. 2A y 2B). Los sedimentos se
caracterizan por contener brecha fangosa con clastos
polimícticos de tamaño arena-grava, donde se detectó
una alta abundancia de organismos quimiosimbióticos
como los poliquetos frenulados (Siboglinum sp.) y
poblaciones del bivalvo Solemya elarraichensis.
FIGURA 3. Endofauna del complejo Hespérides. A y B: poliquetos
frenulados (Siboglinum sp.) colonizando la brecha fangosa; C: vista
dorsal y lateral del bivalvo Solemya elarraichensis en las galerías
excavadas en sedimentos anóxicos y ricos en brecha fangosa; E:
Brissopsis sp.; F: Thyasira succisa; G: Yoldiella messanensis.
La parte central del complejo presenta una
reflectividad más elevada que el resto, obteniéndose
muestras de arena fangosa con fragmentos bioclásticos
y de enlosados y chimeneas carbonatadas colonizadas
por pequeños octocorales (ej. Swiftia, Acanthogorgia,
Anthomasthus) que han permitido interpretar varios
montículos y crestas de origen biogénico. Se han
observado cicatrices de deslizamientos al S y al O del
complejo, que está rodeado de varias depresiones,
destacando la situada al sur de forma ovalada y
caracterizada por un fondo plano con elevada pendiente
en los bordes, características típicas de las depresiones
producidas por colapso. En esta depresión, los

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sedimentos están constituidos por arena fangosa con
acumulaciones de carbonatos autigénicos donde se dan
diferentes especies de poliquetos (Notomastus,
Laonice), bivalvos (Thyasira, Yoldiella) y restos de
corales de aguas frías (principalmente Dendrophyllia
alternata). En las zonas adyacentes al complejo
Hespérides se ha observado un sedimento bastante
homogéneo formado por arena fangosa marrón
hemipelágica y una menor biodiversidad.
DISCUSIÓN Y CONCLUSIONES
La actividad relacionada con la expulsión de fluidos
se puede evaluar a través de distintos factores. En los
conos volcánicos del complejo Hespérides se ha
descrito bajo una fina capa de sedimentos
hemipelágicos la facies de brecha fangosa en la
columna sedimentaria que, junto con el olor a
sulfhídrico y la presencia de especies
quimiosimbióticas típicas de sedimentos cargados en
gas (Ej. Siboglinum, Solemya), evidencian emisiones
activas de fluidos. Las coladas de fango indican que,
durante la formación de los conos volcánicos, el
proceso de extrusión ha tenido lugar en varias fases. La
presencia de carbonatos autigénicos en los flancos y la
base estaría relacionada con emisiones moderadas de
fluidos, aunque la acción de las corrientes de fondo ha
podido desenterrarlos del sedimento donde se
formaron. Los carbonatos autigénicos proporcionan
además el sustrato adecuado para el desarrollo de
hábitats dominados por gorgonias (Ej. Acanthogorgia,
Swiftia), entre otros, que necesitan además de un
hidrodinamismo adecuado para su desarrollo. La
existencia de depresiones y canales en la base de estos
edificios está relacionada con procesos de ascenso y
expulsión de fluidos, así como con fenómenos de
colapso, de manera similar a lo observado en otras
zonas del campo profundo (García et al., 2009; León et
al., 2010), y podrían estar sometidas a la posterior
acción de las corrientes de agua profunda, como
evidencia la presencia de sustratos de textura más
gruesa y una megafauna (Flabellum) relacionada con
condiciones hidrodinámicas de mayor energía.
El análisis del conjunto de todos los tipos
morfológicos descritos, permite conjeturar que el
complejo Hespérides mantiene una actividad de
emisión en la actualidad, aunque las evidencias
faunísticas apuntan a que se trata de una actividad
moderada que podría ser más activa en la cima de los
conos volcánicos.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo es una contribución a los proyectos
LIFE+ INDEMARES/CHICA y ATLAS (EU Horizon
2020) y al grupo PAIDI de investigación RNM-328.
Las actividades de D. Palomino fueron financiadas por
el proyecto SUBVENT (CGL2012-39524-C02-01).
REFERENCIAS
Díaz del Río, V., Bruque, G., Fernández Salas, L.M. et
al. (2014): Volcanes de fango del golfo de Cádiz,
Proyecto LIFE+ INDEMARES, Ed. Fundación
Biodiversidad del Ministerio de Agricultura,
Alimentación y Medio Ambiente. Madrid (España),
128 p.
García, M., Hernández-Molina, F.J., Llave, et al.
(2009): Contourite erosive features caused by the
Mediterranean Outflow Water in the Gulf of Cadiz:
quaternary tectonic and oceanographic
implications. Marine Geology, 257(1/4): 24-40.
Hernández-Molina, F.J., Stow, D.A.V., Alvarez-
Zarikian, C.A., Acton, G., et al. (2014): Onset of
Mediterranean Outflow into the North Atlantic.
Science, 344(6189): 1244-1250.
León, R., Somoza, L., Medialdea, et al. (2010):
Pockmarks, collapses and blind valleys in the Gulf
of Cádiz. Geo-Marine Letters, 30 (3-4): 231-247.
Medialdea, T., Vegas, R., Somoza, L., et al. (2004):
Structure and evolution of the ‘‘Olistostrome’’
complex of the Gibraltar Arc in the Gulf of Cadiz
(eastern Central Atlantic): evidence from two long
seismic cross-sections. Marine Geology, 209: 173–
198.
Milkov, A.V. (2000): Worldwide distribution of
submarine mud volcanoes and associated gas
hydrates. Marine Geology, 167: 29-42.
Palomino, D., López-González, N., Vázquez, J.T., et
al. (2015): Multidisciplinary study of mud
volcanoes and diapirs and their relationship to
seepages and bottom currents in the Gulf of Cadiz
continental slope (northeastern sector). Marine
Geology, doi:10.1016/j.margeo.2015.10.001
Somoza, L., Díaz-del-Río, V., León, R., et al. (2003):
Seabed morphology and hydrocarbon seepage in
the Gulf of Cadiz mud volcano area: acoustic
imagery, multibeam and ultra-high resolution
seismic data. Marine Geology, 195: 153–176.
Zitellini, N., Gràcia, E., Matias, et al. (2009): The quest
for the Africa-Eurasia plate boundary west of the
Strait of Gibraltar. Earth and Planetary Science
Letters, 280(1-4): 13-50.