| Data: |
2026 |
| Resum: |
La descàrrega submarina d'aigua subterrània (SGD,per les sigles en anglès), l'anàloga subterrània dels rius, ha estat tradicionalment reconeguda com una valuosa font d'aigua dolça. No obstant això, el seu interès científic no ha despertat fins les últimes dècades, principalment a causa de la seva naturalesa oculta i difusa, les limitacions de les metodologies disponibles i la complexitat del procés, que inclou tant la descàrrega d'aigües subterrànies continentals com la recirculació d'aigua de mar a través dels sediments. Aquests dos grans components engloben múltiples components que varien en l'espai i en el temps, fet que fa que la SGD sigui altament heterogènia. Actualment, la importància de la SGD és reconeguda des d'escales locals fins a globals, amb implicacions hidrològiques, biogeoquímiques i socials. La transició d'una perspectiva d'un procés homogeni a una perspectiva multiescalar de la SGD ha obert noves fronteres de recerca, especialment pel que fa a la identificació i quantificació de components individuals en sistemes complexos. Les estimacions globals dels fluxos de soluts associats a la SGD son encara poc fiables sense una separació dels diferents components, ja que difereixen en magnitud, estacionalitat i signatura biogeoquímica. En aquest context, els isòtops de radi són traçadors ideals de la SGD gràcies al seu ventall de períodes de semidesintegració, que permet captar processos des de l'intercanvi d'aigua intersticial a escala de centímetres fins a la circulació oceànica a escala de quilòmetres. Aquesta tesi millora la comprensió de la SGD mitjançant: i) l'aplicació d'isòtops de radi per quantificar els cabals d'aigua de cada component; ii) la millora de les estimacions dels fluxos d'espècies químiques als sistemes costaners resolent fluxos específics de cada component; i iii) la vinculació d'aquests fluxos amb resultats ecològics com l'eutrofització i la hipòxia. Combinant un model de transport advectiu de Ra a l'aqüífer amb un model transitori de balanç de massa de radi a la llacuna costanera del Mar Menor, aquesta tesi demostra com els isòtops de Ra es poden aplicar per quantificar la contribució i l'estacionalitat de diferents components de la SGD i identificar-ne els principals mecanismes. Els resultats revelen que l'intercanvi d'aigua intersticial a petita escala (PEX, de l'anglès porewater exchange) presenta una forta estacionalitat, amb una descàrrega més elevada a l'estiu probablement impulsada per processos de bioturbació. Aquesta tesi també demostra que l'origen (continental vs. marí) i l'escala temporal (llarga escala vs. petita escala) de cada component controlen la composició dels nutrients i la magnitud dels fluxos que arriben a la llacuna. Aquests resultats posen de manifest la necessitat de reconsiderar els càlculs de fluxos de soluts, ateses les grans discrepàncies entre les estimacions totals de SGD i de cada component per separat. A més, la informació generada qüestiona l'assumpció predominant que l'eutrofització i la degradació ecològica del Mar Menor estan lligades a aportacions continentals de nitrogen, i apunta en canvi a un paper significatiu dels processos de recirculació. Finalment, la distinció entre components de la SGD s'utilitza per avaluar-ne l'impacte sobre la demanda abiòtica d'oxigen mitjançant l'aportació de compostos reduïts, constituint la primera avaluació d'aquest tipus en un sistema llacunar. Els resultats indiquen un impacte més intens durant l'estiu, impulsat per una gran aportació de PEX, que pot ser especialment rellevant en condicions d'estratificació. Això representa un pas important cap a la comprensió del paper de la SGD en la demanda abiòtica d'oxigen, aportant directrius qualitatives basades en la magnitud del cabal subterrani i la seva composició. En conjunt, aquesta tesi demostra com els isòtops de radi poden utilitzar-se per resoldre fluxos de SGD específics de cada component i aporta nous coneixements sobre el seu paper en la biogeoquímica costanera i el funcionament dels ecosistemes. |
| Resum: |
La descarga submarina de agua subterránea (SGD, por sus siglas en inglés), la análoga subterránea de los ríos, ha sido tradicionalmente reconocida como una valiosa fuente de agua dulce. Sin embargo, su interés científico no ha despertado hasta las últimas décadas, principalmente debido a su naturaleza oculta y difusa, las limitaciones de las metodologías disponibles y la complejidad del proceso, que incluye tanto la descarga de aguas subterráneas continentales como la recirculación de agua de mar a través de los sedimentos. Estos dos grandes componentes engloban múltiples componentes que varían en el espacio y en el tiempo, lo que hace que la SGD sea altamente heterogénea. Actualmente, la importancia de la SGD es reconocida desde escalas locales hasta globales, con implicaciones hidrológicas, biogeoquímicas y sociales. La transición de una perspectiva de un proceso homogéneo a una perspectiva multiescalar de la SGD ha abierto nuevas fronteras de investigación, especialmente en lo que respecta a la identificación y cuantificación de componentes individuales en sistemas complejos. Las estimaciones globales de los flujos de solutos asociados a la SGD siguen siendo poco fiables sin una separación de los distintos componentes, ya que difieren en magnitud, estacionalidad y firma biogeoquímica. En este contexto, los isótopos de radio son trazadores ideales de la SGD gracias a su rango de periodos de semidesintegración, que permite captar procesos desde el intercambio de agua intersticial a escala de centímetros hasta la circulación oceánica a escala de kilómetros. Esta tesis mejora la comprensión de la SGD mediante: i) la aplicación de isótopos de radio para cuantificar los caudales de agua de cada componente; ii) la mejora de las estimaciones de los flujos de especies químicas hacia los sistemas costeros resolviendo flujos específicos de cada componente; y iii) la vinculación de estos flujos con resultados ecológicos como la eutrofización y la hipoxia. Combinando un modelo de transporte advectivo de Ra en el acuífero con un modelo transitorio de balance de masa de radio en la laguna costera del Mar Menor, esta tesis demuestra cómo los isótopos de Ra pueden aplicarse para cuantificar la contribución y la estacionalidad de distintos componentes de la SGD e identificar sus principales mecanismos. Los resultados revelan que el intercambio de agua intersticial a pequeña escala (PEX, del inglés porewater exchange) presenta una fuerte estacionalidad, con una descarga más elevada en verano, probablemente impulsada por procesos de bioturbación. Esta tesis también demuestra que el origen (continental vs. marino) y la escala temporal (larga escala vs. pequeña escala) de cada componente controlan la composición de los nutrientes y la magnitud de los flujos que llegan a la laguna. Además, la información generada cuestiona la suposición predominante de que la eutrofización y la degradación ecológica del Mar Menor están ligadas a aportes continentales de nitrógeno, y apunta en cambio a un papel significativo de los procesos de recirculación. Finalmente, la distinción entre componentes de la SGD se utiliza para evaluar su impacto sobre la demanda abiótica de oxígeno mediante el aporte de compuestos reducidos, constituyendo la primera evaluación de este tipo en un sistema lagunar. Los resultados indican un impacto más intenso durante el verano, impulsado por un gran aporte de PEX, que puede ser especialmente relevante en condiciones de estratificación. Esto representa un paso importante hacia la comprensión del papel de la SGD en la demanda abiótica de oxígeno, aportando directrices cualitativas basadas en la magnitud del caudal subterráneo y su composición. En conjunto, esta tesis demuestra cómo los isótopos de radio pueden utilizarse para resolver flujos de SGD específicos de cada componente y aporta nuevos conocimientos sobre su papel en la biogeoquímica costera. |
| Resum: |
Submarine groundwater discharge (SGD), the subterranean counterpart of rivers, has long been acknowledged by ancient societies as a valuable source of freshwater. However, its scientific understanding has only advanced in recent decades, largely due to its hidden and diffuse nature, the limitations of available methodologies, and the complexity of the process, which includes both terrestrial groundwater discharge and seawater recirculation through the sediments. These two broad components encompass multiple pathways that vary across space and time, making SGD highly heterogeneous. The importance of SGD is now recognized from local to global scales, with hydrological, biogeochemical, and social implications. The transition from a single-pathway to a multi-scale perspective of SGD has opened new research frontiers, particularly regarding the identification and quantification of individual pathways in complex systems. Bulk estimates of SGD-driven solute fluxes remain unreliable without proper pathway discrimination, as pathways differ in magnitude, seasonality, and biogeochemical signature. Accurately resolving these differences is essential to incorporate SGD into biogeochemical budgets and link it to ecosystem functioning. In this context, radium isotopes are powerful SGD tracers due to their range of half-lives, which capture processes from cm-scale porewater exchange to km-scale oceanic circulation. This thesis advances the understanding of SGD by i) refining the quantification of pathway-specific water flows using radium isotopes, ii) improving estimates of chemical inputs to coastal systems by resolving pathway-specific fluxes, and iii) linking them to ecological outcomes such as eutrophication and hypoxia. By combining an advective transport model of Ra in the aquifer with a transient radium mass balance model in the Mar Menor coastal lagoon, this work demonstrates how Ra isotopes can be applied to quantify the contribution and seasonality of different SGD pathways and identify their main driving mechanisms. The results reveal that short-scale porewater exchange (PEX) exhibits strong seasonality, with increased discharge in summer likely driven by enhanced sediment bioturbation. This thesis also integrates the specific biogeochemical processing within each pathway to resolve pathway-specific nutrient fluxes, demonstrating that origin (continental vs. marine) and temporal scale (long-scale vs. short-scale) control nutrient composition and flux magnitude. These findings highlight the need to reconsider solute flux calculations, given the large discrepancies between bulk and pathway-resolved estimates. Furthermore, the information generated challenges the prevailing assumption that eutrophication and overall ecological degradation in the Mar Menor is solely driven by continental nitrogen inputs, instead pointing to a significant role of recirculated flows. Finally, the distinction between SGD pathways is used to assess their impact on chemical oxygen demand through the delivery of reduced compounds, representing the first assessment of this kind. Results indicate a stronger impact during summer, driven by large PEX supply, which can be particularly relevant under stratified conditions. The findings presented represent an important step towards understanding the role of SGD in chemical oxygen demand by providing qualitative guidelines based on the magnitude of groundwater flow rate and composition. Overall, this thesis demonstrates how radium isotopes can be used to resolve pathway-specific SGD fluxes and provides new insights into their role in coastal biogeochemistry and ecosystem functioning. |
| Nota: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ciència i Tecnologia Ambientals |
| Drets: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Llengua: |
Anglès |
| Document: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Matèria: |
Aigua subterrània ;
Groundwater ;
Agua subterránea ;
Oceanografia ;
Oceanography ;
Oceanografía ;
Hidrologia ;
Hydrology ;
Hidrología ;
Ciències Experimentals |
visitant ::
identificació
