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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8168 (2023) Citer cet article

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Le volcanisme peut avoir des impacts majeurs, notamment le changement climatique et des extinctions massives. Cependant, l'impact du volcanisme monogénétique est souvent considéré comme limité dans la recherche volcanologique. Ce travail fournit pour la première fois une approche interdisciplinaire de l'impact socio-écologique du volcanisme monogénétique dans une région clé, le Champ Volcanique de La Garrotxa (GVF, Girona, NE Iberia), où une intense activité volcanique monogénétique s'est produite dans le passé. Les analyses d'une séquence sédimentaire du GVF ont permis d'identifier des éruptions volcaniques jusque-là inconnues dans l'intervalle de temps 14–8,4 ka cal BP, de contraindre leur stratigraphie volcanique et leur âge, et de déployer les effets des changements environnementaux sur la géomorphologie, la végétation, les organismes aquatiques et les humains. De plus, nous reconstituons les principaux changements paléoenvironnementaux causés par les éruptions en termes d'épisodes de feu et de perturbations ultérieures sur la végétation, l'hydrologie et les conditions limnologiques. Mis en contexte avec les archives archéologiques, il apparaît que les dernières communautés de chasseurs-cueilleurs étaient résilientes à une échelle extra-locale, faisant face à des épisodes de vulnérabilité dus à l'activité volcanique, suggérant que leurs schémas nomades flexibles et leurs économies de recherche de nourriture étaient une source efficace de gestion des risques contre les éruptions volcaniques et leurs impacts écologiques.

Il existe de nombreuses preuves à l'appui de l'opinion selon laquelle les éruptions volcaniques ont causé dans le passé des impacts majeurs sur l'environnement et les sociétés, à la fois directement (par exemple, les coulées de lave, les dépôts de téphra et les tremblements de terre1,2,3), ainsi qu'indirectement (par exemple, en contribuant au changement climatique4 ,5,6, extinctions massives7,8 et perturbation des communautés humaines9,10,11). Cependant, la recherche volcanologique et paléoécologique connexe s'est principalement concentrée sur les éruptions explosives de volcans polygéniques (avec des éruptions répétées), tels que Laacher See (Allemagne1), Santorin (Grèce12), Somma-Vesuvius et Campanian Ignimbrite (Italie13,14), le mont Pinatubo (Philipines15) ou Toba et Krakatoa (Indonésie16), mais l'impact du volcanisme monogénétique (petites éruptions basaltiques uniques) a été généralement négligé ou considéré comme limité.

Le Champ volcanique monogénétique de La Garrotxa (GVF) est la zone volcanique la plus jeune (du Pléistocène moyen (environ 350 ka BP) au début de l'Holocène) de la péninsule ibérique. Des études récentes dans ce domaine ont porté sur la caractérisation de l'activité volcanique et la pétrologie des produits volcaniques17,18,19,20,21 et les contrôles géologiques et structuraux du magmatisme et du volcanisme associé22,23,24. Pourtant, l'impact de ces éruptions sur l'environnement et les sociétés humaines passées n'a pas encore été abordé. Les communautés humaines passées dans les zones volcaniques ont été menacées à plusieurs reprises par une activité éruptive et soumises à des événements catastrophiques à court terme entraînant des changements majeurs du paysage13. Il devient crucial de considérer les caractéristiques socio-écologiques des sociétés humaines, puisque leur vulnérabilité ou résilience repose sur différents aspects tels que leurs modes de peuplement, leur démographie et leur organisation socio-politique et leurs activités économiques25. En fait, le volcanisme ne conduit pas nécessairement au désastre et à l'effondrement de la société de manière déterministe, car il existe des exemples de sociétés résilientes qui ont fait face aux événements volcaniques26. Dans ce contexte, la mobilité des chasseurs-cueilleurs peut avoir été une stratégie efficace pour faire face aux conséquences des contraintes environnementales27,28,29. Pour comprendre l'interaction passée des chasseurs-cueilleurs avec les éruptions volcaniques, il est important de prendre en compte les mesures de résilience post-éruption mais aussi les paramètres géologiques de l'éruption30.

Les coulées successives de lave dans le champ volcanique de La Garrotxa ont endigué la rivière Fluvià et ont conduit à la formation d'un bassin lacustre dans la partie la plus profonde de la vallée de Vall d'en Bas (La Garrotxa, NE Iberia) (Fig. 1). Les coulées de lave les plus récentes ont probablement été associées aux éruptions les plus récentes des volcans Puig Jordà (17 ka BP22) et Croscat (15,7–13,2 ka cal BP31). Cependant, les âges des éruptions ne sont pas bien contraints car ils ont une grande incertitude et une faible fiabilité. Récemment, la succession sédimentaire du Pla de les Preses, dans la vallée de Vall d'en Bas (Fig. 1) a permis une datation précise au radiocarbone des macrofossiles et des sédiments massifs associés au téphra (Suppl. Files 1), identifiant plusieurs éruptions dans la période 14.0– 8,4 ka cal BP, montrant le potentiel des dépôts de lacs barrières pour dater les éruptions volcaniques. Ces sédiments lacustres offraient également la possibilité de réaliser des reconstructions paléoenvironnementales détaillées impliquant le paysage régional (végétation) et les milieux lacustres locaux (organismes aquatiques). En ce sens, l'objectif de cet article est de montrer l'impact socio-écologique potentiel du volcanisme monogénétique, intégrant des proxies géochimiques (XRF) et paléobiologiques (palynomorphes polliniques et non polliniques, charbon sédimentaire, ostracodes, gyrogonites charophytes et diatomées) et les archives archéologiques de la région, afin d'évaluer comment le volcanisme a affecté les dernières communautés de chasseurs-cueilleurs et leur environnement environnant.

Localisation du champ volcanique de la Garrotxa dans le nord-est de la péninsule ibérique. En haut à gauche, les sites archéologiques et noyaux paléoécologiques mentionnés dans le texte sont indiqués. Dans la carte principale (à droite), les coulées de lave et les volcans des 20 000 dernières années sont indiqués. Carte créée avec QGIS (https://www.qgis.org/es/site/), version 3.22, et modifiée dans Adobe Illustrator version 23.0.5.

Le champ volcanique quaternaire monogénétique de La Garrotxa18,22 fait partie de la zone volcanique catalane (nord-est de la péninsule ibérique)32,33, l'une des provinces volcaniques alcalines du système de rift européen. Il abrite plus de 50 cônes monogénétiques basaltiques dont l'âge varie du Pléistocène moyen (environ 350 ka BP) au début de l'Holocène et comprend des cônes de scories et de scories, des coulées de lave, des anneaux de tuf et des maars.

La carotte sédimentaire de 15 m de long du Pla de les Preses (Fig. 1) fournit des données paléoenvironnementales pour les 14 000 dernières années (Suppl. Files 1), mais nous nous concentrons sur l'intervalle de temps 14–8 ka cal BP, puisque les études paléobiologiques avaient des résultats plus riches dans les sédiments lacustres et humides à cette période, et aucune activité volcanique n'a été détectée dans les sédiments fluviaux à partir de 8,4 ka cal BP (Suppl. Files 2). Au début de l'enregistrement sédimentaire, la sédimentation fluviale a été perturbée par des sables grossiers et des téphras volcaniques, liés à une activité volcanique à ca. 14,0 ka cal BP. Les coulées de lave de cette éruption (par le volcan Puig Jordà, Fig. 1) auraient construit une barrière sur la rivière Fluvià permettant la formation d'un lac. L'environnement lacustre a duré de 13,6 à 9,3 ka cal BP, couvrant ainsi l'intervalle de temps allant du Tardiglaciaire (Bølling-Allerød et Younger Dryas) au début de l'Holocène. Plusieurs couches de tephra (Suppl. Files 3) se sont déposées lors d'une phase d'activité volcanique plus intense à 13,0–12,0 ka cal BP et d'un autre épisode éruptif à 10,4 ka cal BP (Fig. 2). Un processus de remontée en profondeur a été accentué par un épisode frais et sec (Bond event 6)34, conduisant au passage de conditions lacustres à palustres à 9,3 ka cal BP (Fig. 2). Des couches de tephra sont également identifiées intercalées entre ces couches tourbeuses palustres, qui correspondent aux éruptions les plus récentes à 9,4–8,4 ka cal BP (Figs. 2, 4). Vers 8,2 ka cal BP, les zones humides se sont reconverties en plaine inondable fluviale, suggérant un plan d'eau moins profond et l'incision du barrage volcanique par la rivière (Suppl. Dossiers 2).

Évolution paléoenvironnementale dans la vallée de Vall d'en Bas basée sur les principaux PCA géochimiques et les organismes aquatiques (pollen, palynomorphes non polliniques, ostracodes, gyrogonites et diatomées). Les principales phases environnementales sont indiquées dans des trames de couleur (Vert : palustre avant la formation du lac ; Bleu clair : lac peu profond ; Bleu foncé : lac profond ; Gris : bord du lac ; Gris à brun pâle : palustre ; Orange : plaine inondable fluviale). Les barres rouges indiquent les couches de tephra volcaniques.

L'analyse du pollen a fourni des données sur l'histoire de la végétation de 14,0 à 8,0 ka cal BP. Au cours du Tardiglaciaire, les écosystèmes paysagers dominants étaient les steppes et les prairies (40–60%) et les forêts étaient dominées par Pinus et les forêts de Betula, Acer et Juniperus. Ce paysage caractéristique correspond aux conditions climatiques fraîches du Tardiglaciaire. Cependant, la transition de la période plus chaude de Bølling-Allerød à la période plus froide du Dryas récent n'a pas provoqué de changement substantiel de la végétation (Fig. 3), confirmant un Dryas récent plus doux dans le nord-est de la péninsule ibérique35, comme attesté précédemment dans la région des Pyrénées centrales36,37,38 . Après la première mise en évidence de liens entre éruptions et épisodes de feu à 14,0 et 13,5 ka cal BP, la phase majeure du Tardiglaciaire d'intense feu et d'activité volcanique s'est produite entre 13,0 et 12,0 ka cal BP (Fig. 3), confirmant le rôle important de l'activité volcanique dans le déclenchement des épisodes d'incendie39, entre autres facteurs tels que les conditions climatiques tardives glaciaires sèches, comme en témoignent d'autres archives ibériques37,40. Les éruptions volcaniques et les incendies de forêt qui ont suivi ont provoqué des épisodes à court terme d'expansion de la forêt de pins et de déclin des forêts tardo-glaciaires (Betula-Acer-Juniperus, Fig. 3) et des steppes. Cependant, la végétation tardo-glaciaire n'a pas été perturbée de façon spectaculaire, montrant une récupération au cours des 50 à 100 années suivantes après les éruptions (Fig. 4).

Diagramme de pourcentage de pollen de taxons et de catégories sélectionnés. Les données sont tracées sur une échelle d'âge (cal BP) et les couches de tephra ont été excisées. Catégories : feuillus feuillus (Quercus feuillus, Corylus, Ulmus, Fagus), steppe (Helianthemum-t, Sanguisorba, Artemisia, Amaranthaceae, Plantago, Apiaceae, Rumex, Galium-t, Filipendula). Dans la courbe décidue feuillue, la ligne discontinue montre les valeurs dans le noyau des Palanques (à 2 km de PdP) et la ligne grise montre le noyau SB2 de Banyoles (à 25 km). Les données sur le charbon de bois sédimentaire sont tracées sous forme de taux d'accumulation de particules de charbon de bois, n de particules > 1 mm de largeur et de 0,5 à 0,99 mm de largeur, et pics de charbon de bois identifiés par des analyses numériques. Les nuances rouges indiquent des périodes d'intense activité éruptive et de feu, les lignes grises montrent des événements de dépôt de téphra. Les courbes isotopiques du Groenland (GRIP et GISP2)42,43 sont tracées et les épisodes de refroidissement/phases froides (bleu) et les périodes plus chaudes (orange) sont indiqués.

Diagramme multi-proxy montrant les changements environnementaux en relation avec le téphra sélectionné. Les données sont tracées sur une échelle de profondeur (cm) et les nuances de gris indiquent les événements de dépôt de téphra. Les couches d'occupation des sites du Mésolithique tardif de la région (15 à 40 km du champ volcanique de La Garrotxa) sont indiquées dans le coin supérieur droit : Sota Palou (10 200 à 9 100 cal BP), Bauma del Serrat del Pont IV.1 (9 400 –9100 cal BP), IV.2 (9100–8800 cal BP), IV.3 (8600–8400 cal BP), Bauma dels Fadrins (8700 cal BP).

Les forêts de Pinus et Betula-Acer-Juniperus dominées par la fin de la Glaciation, ainsi que les prairies et les steppes, ont été remplacées par des forêts de feuillus feuillus (principalement Quercus et Corylus) en raison d'un climat plus chaud et plus humide au début de l'Holocène entre 11,7 et 10,5 ka cal BP41 ,42 (fig. 3). Cette expansion rapide de la forêt de feuillus à feuilles larges, qui a atteint des valeurs maximales autour de 10,3 à 9,2 ka cal BP (Fig. 3) a été interrompue par l'activité volcanique, combinée au refroidissement Bond Event 6 (9,3 ka cal BP). La première preuve du volcanisme de l'Holocène précoce est observée à 10,4–10,3 ka cal BP, provoquant des épisodes d'incendie et un impact limité sur les forêts de feuillus (voir tephra 13 sur la Fig. 4). Plus tard, à 9,4–8,3 ka cal BP, les forêts de feuillus à feuilles caduques se sont effondrées en conjonction avec des épisodes d'incendies et des éruptions volcaniques plus fréquents. Cela suggère que les épisodes de feu induits par les éruptions volcaniques ont eu un impact dramatique sur les forêts de feuillus feuillus, la végétation prédominante dans cette région au début et au milieu de l'Holocène43, déclenchant l'expansion des prairies et des forêts secondaires dominées par Pinus. Bien que des preuves paléoécologiques aient attesté la transformation du paysage par l'utilisation du feu par les dernières communautés de chasseurs-cueilleurs en Europe occidentale et centrale44,45,46, les populations mésolithiques éparses caractéristiques du nord-est de la péninsule ibérique43 auraient eu un impact limité sur le paysage. Les enregistrements détaillés des éruptions à 9,15–9,1 ka cal BP et 8,84–8,77 ka cal BP (tephra 17 et 19 sur la Fig. 4) montrent les impacts majeurs des éruptions et des incendies de forêt dans un processus en deux étapes : premièrement, un impact dramatique sur les feuillus à feuilles caduques. les forêts, suivies de l'expansion des pinèdes ; d'autre part, le brûlage de la pinède et l'expansion des clairières dominées par les prairies (Poaceae) (Fig. 4) et une expansion modérée des arbres sensibles aux perturbations (Abies et Tilia47) lorsque la fréquence des éruptions volcaniques a diminué et que les conditions climatiques se sont réchauffées ( figure 3). Une activité éruptive récurrente et des incendies de forêt plus intenses ont empêché les forêts de feuillus de se rétablir rapidement. Néanmoins, une étude antérieure dans la vallée de Vall d'en Bas (Les Palanques, à 2 km à l'ouest, Fig. 1) a montré que les forêts de feuillus à feuilles larges ont diminué en conjonction avec des pics à Pinus et Poaceae à 9,5–9,0 et 8,5–8,3 ka cal BP et récupéré à partir de 8,1 ka cal BP43,48 (Fig. 2), indiquant un impact significatif de l'activité volcanique sur la végétation à l'échelle locale et des processus de récupération plus lents au début de l'Holocène qu'au Tardiglaciaire. De même, une expansion de Pinus et Poaceae et un déclin des forêts de feuillus feuillus sont documentés vers 8,8–8,6 ka cal BP (Fig. 2) à l'échelle extra-locale, à 15 km, à Bauma del Serrat del Pont (valeurs les plus élevées de Pinus et Poaceae dans les couches mésolithiques49,50), et à 25 km, dans le lac de Banyoles51 (Fig. 1). Cependant, l'enregistrement pollinique du lac Banyoles montre clairement des maxima de végétation décidue à feuilles larges en conjonction avec une activité de feu faible pendant la période 9,0–7,5 ka cal BP51, lorsque les conditions climatiques étaient plus humides et plus chaudes (Holocène Climate Optimum). Dans l'ensemble, les preuves de changements environnementaux spectaculaires dans les archives du Pla de les Pres soutiennent l'idée que des facteurs locaux (par exemple, l'activité volcanique) plutôt que des facteurs à grande échelle tels que le climat ont entraîné la végétation et la dynamique des incendies dans la vallée de Vall d'en Bas. Les épisodes de refroidissement pendant le Dryas récent et l'Holocène (10,3 et 9,3 ka cal BP) ont agi comme des amplificateurs, configurant des paysages plus secs qui sont plus sujets à l'apparition et à la propagation des incendies de forêt.

L'approche multi-proxy développée dans ce travail a clairement mis en évidence l'impact des éruptions volcaniques sur les conditions limnologiques, comme le montrent les déclins abrupts des plantes aquatiques (genre Myriophyllum au Tardiglaciaire, genre Nymphaea au début de l'Holocène), des algues (Botryococcus, Tétraèdre, charophytes, diatomées), cyanobactéries et ostracodes (Candona candida, Ilyocypris gibba, Neglecandona negligea) après des épisodes éruptifs (Fig. 2). Au cours de la période glaciaire tardive, le dépôt de téphra volcanique, de charbon de bois et de cendres provenant des incendies de forêt a modifié les conditions de l'eau, entraînant une alcalinité plus faible, comme en témoigne la prédominance de l'algue résistante aux acides Botryococcus52 dans les phases d'eau profonde et la prédominance de la plante aquatique Myriophyllum dans les phases moins profondes (téphras 5 & 7 et 4 & 6, respectivement, Fig. 4). Les changements limnologiques imposés par le volcanisme ont limité la vie des organismes aquatiques à court terme, mais Gloeotrichia a joué un rôle important en tant que pionnier dans les phases de mauvaise disponibilité des nutriments53, se propageant rapidement peut-être en raison de la fixation de l'azote et de la forte disponibilité du phosphore. Ces conditions étaient également favorables à Myriophyllum, un macrophyte qui pousse dans les eaux riches en azote et en phosphore54 et qui préfère les eaux acides55 (phase lacustre peu profonde dans l'unité 2a, Fig. 2). Les pics de cyanobactéries et de chlorophytes montrent comment le trophisme du lac est passé d'oligotrophe, immédiatement après les éruptions volcaniques, à eutrophe sur des périodes de 50 à 100 ans (Tephra 5, 6, 7 sur la Fig. 4). De même, la diatomée planctonique Lindavia radiosa n'a été observée qu'après l'éruption volcanique à 10,24 ka cal BP, ce qui indique une augmentation de l'état trophique du lac et la présence d'une colonne d'eau. Cependant, les diatomées benthiques les plus abondantes dans l'échantillon de pré-téphra (10,42 ka cal BP) étaient encore abondantes après l'échantillon d'éruption volcanique (10,24 ka cal BP), malgré la rareté des diatomées observées dans la couche de téphra (Suppl. Mat. 2 ). Ces résultats indiquent une récupération rapide des assemblages de diatomées et d'autres organismes aquatiques après l'éruption de 10,35 ka cal BP (Fig. 2).

Par conséquent, le volcanisme a amélioré l'acidité de l'eau et les organismes aquatiques se sont adaptés à ces nouvelles conditions. Cependant, ces événements de perturbation ont été suivis de processus de récupération rapide, en particulier au cours du Tardiglaciaire, lorsque le lac plus profond a montré une grande résilience. Néanmoins, au début de l'Holocène, la combinaison d'un processus de faible profondeur renforcé par le changement climatique, l'activité volcanique et les incendies de forêt locaux de haute intensité a affecté les communautés aquatiques locales, qui ne se sont pas rétablies après l'activité éruptive à 9,3–8,8 ka cal BP (Figs. 2 , 4).

Les archives archéologiques montrent une lacune de peuplement humain dans la zone GVF depuis le Paléolithique supérieur (La Rodona, Olot, ca. 33–24 ka cal BP56) et les communautés humaines ne se sont pas réinstallées avant le Néolithique (Codella et La Dou, 6,7 ka cal BP57,58), suggérant que cette zone était hostile pour les derniers chasseurs-cueilleurs durant le Tardiglaciaire et le début de l'Holocène. Dans ce contexte, il convient de mentionner que la faible densité de population mésolithique n'est pas exclusive à la zone GVF. Cette période n'a pas attiré une attention particulière dans la recherche archéologique dans le nord-est de la péninsule ibérique étant donné la rareté des archives archéologiques avec des preuves d'occupations au début de l'Holocène, par opposition aux zones voisines (bassin de l'Ebre, côte orientale de la péninsule ibérique et zone côtière méditerranéenne de la France) 59. La rareté des preuves archéologiques dans cette région du nord-est de la péninsule ibérique au cours du Tardiglaciaire et du début de l'Holocène n'est probablement pas due au climat, car l'écart d'occupations déduit archéologiquement ne se limite pas aux phases plus froides (par exemple, le Dryas récent). Au lieu de cela, l'écart d'occupation pourrait avoir été entraîné par des modèles de peuplement ou des processus post-dépôt affectant la préservation des sites archéologiques. Des occupations mésolithiques sont documentées à 15 km du GVF, dans la vallée de Llierca (Fig. 1). Là, le site de l'abri sous roche Bauma del Serrat del Pont (BSP) (Fig. 1) montre 4 couches d'occupations mésolithiques, de 9,4 à 8,0 ka cal BP (9,45–9,1, 9,1–8,8, 8,6–8,4, 8,3–8,0 ka cal BP)60, contemporaine des plus fréquentes éruptions volcaniques du début de l'Holocène dans la zone GVF. Ces communautés étaient situées dans des écotones fournissant diverses ressources pour leurs économies terrestres de recherche de nourriture, y compris de nombreuses espèces sauvages chassées telles que le cerf rouge, le chevreuil, le sanglier et le bouquetin61 et des plantes et des fruits tels que des glands, des sorbiers, des noisettes et des arbousiers62. Dans l'ensemble, la coïncidence des épisodes éruptifs et des changements dans les couches archéologiques (Fig. 4) suggère que les communautés de chasseurs-cueilleurs à BSP ont abandonné temporairement le site à 9,1 (passage des couches IV.1 à IV.2) et 8,8 ka cal BP (200 années d'écart entre les couches IV.2 et IV.3) en réponse à une activité volcanique accrue. Différents agents de danger ont probablement agi dans la zone d'impact proximale (jusqu'à au moins 50 km), y compris les coulées de lave, les dépôts de téphra, les tempêtes de cendres, les gaz, les aérosols, les coulées pyroclastiques et les tremblements de terre30, affectant la flore et la faune (bioressources) ainsi que la qualité d'air et d'eau. Dans ce contexte, d'autres sites mésolithiques ont été occupés pendant cette période de perturbation environnementale dans la région, notamment Sota Palou (10,2–9,1 ka cal BP63) et Bauma dels Fadrins (8,7 ka cal BP64) (28 et 38 km du GVF, respectivement ), suggérant un impact spatialement restreint des dernières éruptions volcaniques en GVF. Le BSP a été réinstallé à 8,6–8,4 et 8,3–8,0 ka cal BP, ce qui suggère que le système social global n'a pas été remis en question et que les communautés mésolithiques ne se sont pas effondrées. Les sociétés de chasseurs-cueilleurs vivant dans la zone d'impact proximale peuvent avoir temporairement abandonné la zone pendant les périodes de forte activité volcanique, mais sont revenues par la suite, prouvant une grande capacité de réorganisation. Ainsi, les éruptions volcaniques monogénétiques de faible magnitude dans la GVF n'ont pas eu un effet aussi dramatique que les éruptions volcaniques explosives de plus grande magnitude provoquant l'effondrement des anciennes communautés de chasseurs-cueilleurs30. Il ressort de l'analyse des archives archéologiques et paléoécologiques de la région de La Garrotxa que les dernières communautés de chasseurs-cueilleurs ont été résilientes à une échelle extra-locale (15 à 40 km du GVF) contre l'impact à l'échelle locale du volcanisme monogénétique. , qui a en effet affecté le peuplement de la vallée de la Vall d'en Bas depuis le Paléolithique supérieur jusqu'au Néolithique ancien (écart d'occupations humaines en 24–6,7 ka cal BP à l'échelle locale). Leurs stratégies nomades flexibles et leurs économies de recherche de nourriture étaient probablement une source efficace de gestion des risques pour faire face aux épisodes de vulnérabilité causés par les éruptions volcaniques. La mobilité était la stratégie d'atténuation des risques permettant la résilience des anciens chasseurs-cueilleurs du nord-est de la péninsule ibérique contre les éruptions volcaniques, car il n'y a aucune preuve claire dans les archives archéologiques d'autres stratégies de gestion de crise possibles telles que le stockage, l'échange, la diversification ou l'intensification30.

Ce travail fournit des informations sur la façon dont les perturbations environnementales par le volcanisme monogénétique ont influencé la géomorphologie, la végétation, les organismes aquatiques et les sociétés humaines passées. De nouvelles éruptions volcaniques de la fin du Glaciaire et du début de l'Holocène, non signalées auparavant dans GVF, sont présentées, et leur stratigraphie volcanique et leur âge sont contraints, reconstituant leurs principaux impacts paléoenvironnementaux (Fig. 5). L'activité volcanique a eu un impact environnemental important, produisant des incendies intenses et provoquant des changements spectaculaires dans la végétation du paysage à l'échelle locale. Le volcanisme a initié des épisodes de feux de forêt intenses affectant les forêts (Acer-Betula-Juniperus au Tardiglaciaire ; Corylus-Quercus à feuilles caduques au début de l'Holocène), à ​​l'exception des forêts de pins, qui se sont étendues en colonisant les zones perturbées. Cette étude montre que les steppes froides du Tardiglaciaire se sont rétablies plus rapidement des perturbations volcaniques que les forêts feuillues de l'Holocène. De plus, les archives indiquent que les dépôts de tephra ont également modifié l'écosystème du lac, améliorant l'acidité de l'eau et stimulant les organismes aquatiques adaptés à ces conditions. Ces événements de perturbation ont été suivis d'une récupération rapide à des échelles décennales à centennales, en particulier au cours de la période glaciaire tardive, lorsque le lac plus profond a montré une plus grande résilience.

Diagramme synthétique comprenant les événements de changement climatique, l'évolution sédimentaire, les éruptions volcaniques (tephra), les épisodes de feu, le taux d'accumulation de charbon de bois, la dynamique de la végétation et l'établissement humain au cours du Mésolithique supérieur dans la région.

Cette étude permet de mieux comprendre la dynamique paléoenvironnementale et les changements écologiques survenus lors des plus jeunes éruptions volcaniques en GVF. Le volcanisme a eu un impact socio-écologique important à l'échelle locale (rayon < 15 km) provoquant une intense activité des incendies et des changements remarquables dans la végétation (forêts), les communautés aquatiques (lac) et un vide des établissements humains jusqu'au Néolithique (6,7 ka cal BP) . Plus important encore, les nouveaux enregistrements ajoutent des preuves importantes pour expliquer la résilience de la population du Mésolithique supérieur contre le volcanisme à une échelle extra-locale, en utilisant la mobilité comme source pour faire face aux épisodes de vulnérabilité, puisque les groupes de chasseurs-cueilleurs ont abandonné (pendant les périodes de forte activité volcanique) et a réoccupé (pendant la quiescence volcanique) le site BSP quatre fois au cours de la période 9,4–8,0 ka cal BP. Ainsi, cette étude prouve l'impact socio-écologique et l'intérêt de développer des recherches paléoécologiques interdisciplinaires pour aborder les transformations paysagères à l'échelle locale causées par le volcanisme le plus fréquent sur Terre, le volcanisme monogénétique.

Une carotte de 15 m de long a été obtenue à l'aide d'une foreuse mécanique rotative (TP-50/D) dans la partie la plus basse de la vallée de La Vall d'en Bas (Gérone, Espagne) (UTM 455189.0 X/4667356.0 Y/458.1 m asl), dans la zone connue sous le nom de Pla de les Preses (PdP).

Le modèle profondeur-âge a été établi avec RBacon65 et utilise 15 points de contrôle. Treize de ces points sont basés sur des datations au radiocarbone (14C) mesurées sur des sédiments en vrac et deux points sont basés sur des datations au 14C mesurées sur des restes de plantes terrestres (aiguilles et graines de Pinus sp.) (Suppl. Files 1). Comme les dernières datations 14C fournissent très probablement des âges de dépôt de sédiments plus précis66, des distributions d'erreurs de Student‐t plus étroites ont été appliquées pour les datations plantes-macrofossiles. Les événements brusques de sédimentation (par exemple les dépôts de téphra) ont été éliminés et un hiatus de sédimentation a été établi à 945 cm de profondeur avec une longueur de hiatus maximale de 1500 ans. Le hiatus, probablement causé par une mauvaise récupération de la sédimentation lors du carottage, a conduit à l'absence de sédiments pour la période comprise entre 11,7 et 10,5 ka cal BP.

L'étude lithostratigraphique de la carotte a été définie en tenant compte des différents faciès sédimentaires (Suppl. Dossiers 2). Les faciès sédimentaires ont été définis par la description macroscopique visuelle et l'observation microscopique des lames de frottis selon les procédures LRC67 (et par les compositions minéralogiques, organiques et géochimiques). Différentes unités stratigraphiques ont été définies le long de la carotte et leurs environnements et processus de dépôt ont été déduits en fonction de leurs caractéristiques sédimentologiques68.

Une analyse géochimique à haute résolution (pas de 1 cm) de la carotte a été réalisée à l'aide d'un scanner Avaatech XRF Core au laboratoire Corelab (Université de Barcelone). L'analyse a été réalisée à l'aide d'une source de Rhodium dans deux conditions de travail différentes : 1) avec un courant de rayons X de 800 μA, à un temps de comptage de 10 s et une tension de rayons X de 10 kV pour la mesure de Al, Si, P, S, Cl, Ar, K, Ca, Ti, V, Rh, Cr, Mn et Fe; 2) avec un courant de rayons X de 2000 μA, à un temps de comptage de 25 s, une tension de rayons X de 30 kV et utilisant un filtre Pd, pour la mesure de Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb et Pb. Cette méthode a permis une analyse semi-quantitative de la composition chimique élémentaire de Al à U, basée sur la proportion de coups par seconde (cps) pour chaque élément par rapport au reste. Les éléments les plus abondants et les plus significatifs (Al, Si, Cl, K, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Br, Rb, Sr et Pb) ont été sélectionnés pour une analyse statistique multivariée (ACP) de réduire le nombre de variables et de définir les principales phases et processus intervenant dans la constitution du dossier de base en fonction de leur chimiostratigraphie. Avant l'analyse ACP, toutes les mesures non fiables ont été supprimées, afin de ne pas obscurcir le traitement statistique des données. Les données géochimiques XRF ont été normalisées à l'aide d'une transformation de rapport logarithmique centré69,70 à l'aide du logiciel CoDaPack71 et traitées avec des statistiques multivariées. Une analyse en composantes principales a été effectuée à l'aide du logiciel SPSS 23.0 en mode corrélation, les scores factoriels ont été calculés et les solutions tournées (Varimax) et non tournées ont été évaluées et la plus adaptée à la variance des données géochimiques a été sélectionnée (Suppl. Files 2).

Des échantillons de pollen ont été prélevés tous les 3 à 5 cm dans les faciès organiques argileux et tourbeux et tous les 10 cm dans les limons inorganiques des couches fluviales. Les échantillons ont été traités selon des méthodes standard72 comprenant un traitement avec du HCl et du NaOH, une flottation dans le liquide lourd de Thoulet, un traitement dans du HF et enfin un montage dans de la glycérine. Au moins 300 grains de pollen de taxons terrestres ont été comptés à l'aide d'un microscope Olympus Bx43 équipé d'oculaires 10× et d'objectifs 40/60×. Les plantes hygrophytes (Cyperaceae, Ranunculaceae Typha latifolia et Typha/Sparganium) et les plantes aquatiques (Myriophyllum, Nuphar, Nymphaea, Potamogeton) ont été exclues de la somme pollinique. Les grains de pollen ont été identifiés à l'aide d'un atlas pollinique73. L'identification des palynomorphes non polliniques (NPP) a suivi van Geel74, van Geel et al.75, Revelles et al.76 et Revelles et van Geel77. Les pourcentages de pollen ont été calculés par rapport à la somme de pollen et aux diagrammes tracés à l'aide du logiciel Tilia78. Bien que l'analyse pollinique ait été appliquée à l'ensemble de la succession, certains échantillons étaient pauvres en pollen pour les 650 cm supérieurs, et les données ne sont fournies que pour la partie inférieure de la carotte (14,0–8,0 ka cal BP).

La quantification des particules de charbon de bois a été réalisée avec la méthode de tamisage79 avec un maillage de 150 μm80 afin d'identifier les épisodes d'incendie. Des échantillons de 1 cm3 ont été prélevés tous les 1 cm de toute la séquence sédimentaire. Les échantillons ont d'abord été trempés dans 10% H2O2 pendant 12 h pour défloculer et blanchir le sédiment puis tamisés sur un tamis de 150 μm sous un jet d'eau douce. Des échantillons très organiques ont en outre été trempés dans du NaOCl à 10 % pendant 4 h pour blanchir davantage la matière organique. Le résidu de tamisage blanchi a été analysé sous un microscope stéréoscopique (Leica M80 à 60x) équipé d'une caméra CMEX DC 5000 connectée à un ordinateur avec un logiciel d'analyse d'images (WinSeedle, Regent Instruments Canada, Inc.) qui a permis la mesure de la concentration en charbon , les surfaces de charbon de bois des particules individuelles et la somme cumulée des surfaces de charbon de bois-particules81. Le logiciel CharAnalysis82 a été utilisé pour calculer les taux d'accumulation de charbon (charbon de bois cm−2 an−1) et pour détecter les épisodes d'incendie. L'analyse a été effectuée dans deux fenêtres temporelles, une pour les échantillons de l'Holocène (8,2 à 10,5 ka cal BP), une pour ceux du Tardiglaciaire (11,7 à 14,0 ka cal BP). Les comptages de charbon de bois, le volume d'échantillon et les profondeurs d'échantillon ont été interpolés à une résolution temporelle constante de 10/6 ans (Holocène/Tardifglaciaire) avant de calculer le taux d'accumulation de charbon de bois pour tenir compte des intervalles d'échantillonnage inégaux résultant des taux variables d'accumulation de sédiments. Aucune transformation de données n'a été effectuée avant d'appliquer l'analyse numérique. La composante moyenne ou de fond à variation lente (Cback) a été modélisée par une fonction LOWESS avec deux fenêtres de lissage différentes (400 ans à l'Holocène, 300 ans au Tardiglaciaire) basées sur les valeurs les plus élevées du test d'ajustement. Enfin, deux catégories de largeur de particules de charbon de bois ont été tracées (Fig. 3) pour explorer le signal local des incendies : > 1 mm de largeur et 0,5–0,99 mm de largeur.

Certains macrofossiles ont été récupérés dans des échantillons de charbon de bois sédimentaire. Bien que les macrofossiles organiques aient été affectés par le traitement H2O2, la plupart des graines ont pu être identifiées à l'aide d'un microscope stéréoscopique (Leica M80 à 60x). Des identifications ont été faites à partir de la littérature83,84 et de la collection de référence de graines de l'Université de Montpellier).

Des échantillons d'environ 20 g de sédiments ont été prélevés pour des analyses d'ostracodes et de charophytes tous les 10 cm dans les faciès tourbeux et lacustre (600–1470 cm). Les échantillons ont été rincés à l'eau (avec utilisation de H2O2 pour désagréger les échantillons argileux) et tamisés à 250 μm. Enfin, les échantillons ont été séchés et tous les restes d'ostracodes et de gyrogonites charophytes ont été ramassés avec un pinceau fin.

Tous les restes d'ostracodes (coquilles et valves désarticulées) ont été identifiés au niveau de l'espèce chaque fois que possible, en suivant principalement Meisch85 et Fuhrmann86. Les densités ont été estimées comme le nombre de valves par gramme de sédiment sec. Les caractéristiques taxonomiques qualitatives utilisées pour identifier les gyrogonites charophytes étaient : la zone apicale, les structures basales (présence ou absence d'une colonne basale, forme de la plaque basale) ainsi que d'autres caractéristiques telles que le contour général et le nombre de tours en spirale (ou crêtes) visible en vue latérale87. L'observation et les mesures ont été faites avec un stéréomicroscope à 400x. La longueur a été mesurée comme l'axe polaire le plus long (LPA = axe vertical) ; largeur comme le plus grand diamètre équatorial (LED = axe horizontal au plus grand diamètre). Le rapport longueur/largeur a également été calculé et exprimé en indice d'isopolarité (ISI = LPA/LED × 100).

Douze échantillons ont été sélectionnés pour l'analyse des diatomées avant et après 4 couches de tephra afin d'évaluer l'impact et la récupération de la communauté de diatomées sur le dépôt de tephra dans l'écosystème du lac. Tous ces échantillons ont été traités avec 33% de peroxyde d'hydrogène (H2O2) et HCL (1 M). Par la suite, les échantillons ont été montés dans du Naphrax (RI = 1,7) selon la méthode décrite dans Battarbee et al.88. L'identification des diatomées a été suivie principalement par Krammer et Lange-Bertalot89,90,91,92, mais la nomenclature des diatomées (basionyme) a été mise à jour aux noms acceptés selon la nomenclature actuellement acceptée93. Malheureusement, la conservation des diatomées n'a été suffisante que dans deux échantillons de l'Holocène (avant et après T6) pour identifier et compter suffisamment, au moins 10 valves de diatomées par lame. La dissolution des diatomées, et donc leur absence dans les enregistrements de sédiments, pourrait résulter d'une augmentation de la salinité ou de l'alcalinité du lac94.

Les ensembles de données générés au cours de la présente étude sont disponibles dans le référentiel de la base de données paléoécologique de Neotoma (https://data.neotomadb.org/56691).

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En mémoire du Dr. Gabriel Alcalde, qui a contribué de manière significative à la conception de cette recherche basée sur sa vaste expertise dans la recherche archéologique dans la région de La Garrotxa. JR a développé cette recherche avec un contrat Juan de la Cierva Incorporación (IJC2020) (MCINN, Espagne), dans le groupe de recherche GAPS (2017 SGR 836). L'Institut Catalan de Paléoécologie Humaine et d'Evolution Sociale (IPHES-CERCA) a été financé par le MCINN dans le cadre du programme d'Unités d'Excellence 'Maria de Maeztu' (CEX2019-000945-M). Cette recherche a été entreprise dans le cadre des projets '2014/100638-Evolution de la population et de l'occupation du sol dans les Pré-Pyrénées orientales au cours de la préhistoire récente (8000–900 cal ANE) : Analyse archéologique des dynamiques de changement social et gestion des ressources naturelles (2014-2017)' et' CLT009/18/00023-Evolution de la population et de l'usage du territoire dans les Pré-Pyrénées orientales au cours de la préhistoire récente (10000-900 CAL ANE) : Analyse archéologique de la dynamique des changements sociaux (2018- 2021)'.

Gabriel Alcade est décédé.

Institut catalan de paléoécologie humaine et d'évolution sociale (IPHES-CERCA), Zone éducative 4, Campus Sescelades URV (Bâtiment W3), 43007, Tarragone, Espagne

Jordi Revelles et Francesc Burjachs

Université Rovira i Virgili (URV), Zone de préhistoire, Avinguda de Catalunya 35, 43002, Tarragone, Espagne

Jordi Revelles et Francesc Burjachs

Département de géosciences, Institut d'évaluation environnementale et de recherche sur l'eau (IDAEA-CSIC), Jordi Girona 18-26, 08034, Barcelone, Espagne

Joan Martí Molist

ICREA, p. Lluís Companys 23, 08010, Barcelone, ​​Espagne

François Burjachs

ISEM, Université de Montpellier, CNRS, IRD, EPHE, Montpellier, France

Walter Finsinger

Laboratoire d'évolution humaine/IsoTOPIK, Département d'histoire, géographie et communication, Université de Burgos, Plaza Misael Bañuelos s/n, Bâtiment R&D, 09001, Burgos, Espagne

Eneko Iriarte

Institut "Cavanilles" de Biodiversité et Biologie Évolutive, Université de Valence, Professeur José Beltrán Martínez, 2, 46980, Paterna, Espagne

Francesc Mesquita-Joanes et Maria A. Rodrigo

Unité d'Ecologie, Département de Biologie Animale, Biologie Végétale et Ecologie, Université Autonome de Barcelone, 08193, Bellaterra, Catalogne, Espagne

Sergi Pla-Rabés

CREAF, Centre d'Applications Écologiques et Forestières, 08193, Cerdanyola del Vallès, Catalogne, Espagne

Sergi Pla-Rabés

Tosca, Services de l'environnement de l'éducation, Casal dels Volcans, Av. Santa Coloma, 17800, Olot, Espagne

Llorenç Planagumà

Département d'histoire et d'histoire de l'art, Université de Gérone, 17071, Gérone, Espagne

Gabriel Maire

Département de Préhistoire Bâtiment B, Faculté de Philosophie et Lettres, Université Autonome de Barcelone, 08193, Barcelone, Espagne

Maria Sana

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JR, MS et GA ont conçu la recherche ; JR a analysé le pollen et le charbon sédimentaire ; EI a analysé la sédimentologie et la géochimie; téphra caractérisé par JMM ; FMJ a analysé les ostracodes; MAR a analysé les gyrogonites charophytes ; SP a analysé les diatomées; WF a contribué aux analyses numériques pour la détection des pics de feu et la modélisation âge-profondeur ; tous les auteurs ont contribué à l'interprétation finale et à la rédaction du manuscrit avec des contributions majeures de JR, JMM et EI

Correspondance à Jordi Revelles.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Revelles, J., Martí Molist, J., Burjachs, F. et al. Impact socio-écologique du volcanisme monogénétique dans le Champ Volcanique de La Garrotxa (NE Iberia). Sci Rep 13, 8168 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35072-0

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Reçu : 07 décembre 2022

Accepté : 12 mai 2023

Publié: 20 mai 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-35072-0

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