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Sous l’effet de la pression exercée par l’élévation des Pyrénées et de la Cordillère ibérique, le bassin de l’Èbre s’enfonce, recevant les apports de matériaux érodés des zones plus élevées depuis la fin de l’Éocène (il y a 38 millions d’années) jusqu’à aujourd’hui.
Dans les zones les plus proches des Pyrénées, on trouve les matériaux les plus lourds et les plus épais, tels que les conglomérats, les graviers et les grès ; vers le centre de la dépression, où la pente diminue et où les courants fluviaux sont plus faibles, on trouve les grès à grain plus fin, et dans les sections plus plates, on trouve les argiles, le gypse, le calcaire et les sels.
La forme du relief des Bardenas Reales doit son caractère unique à la qualité et à la structure des matériaux et à l’action de l’eau et du vent. L’alternance d’argile, de calcaire et de grès, avec une nette prédominance de l’argile, matériau tendre et imperméable, permet à l’érosion pluviale d’agir rapidement et intensément, étant donné son caractère sporadique mais torrentiel.
Par exemple, les collines en forme de table, si caractéristiques du paysage des Bardenas, sont des buttes composées principalement d’argiles qui, protégées en haut par une couche de grès et de calcaire, ne sont érodées qu’en bas.
D’autres manifestations de l’érosion causée par l’eau sont les reliefs, communément appelés « lunaires », « peau d’éléphant » ou « mauvaises terres », qui se forment dans les plaines et les dépressions, où l’eau de ruissellement agit sur les limons et les argiles imperméables. Ou encore la formation de plateaux et de ravins, ainsi que d’autres phénomènes causés par l’absorption de l’eau par la terre, tels que les creux ou les cavernes.
Le vent est l’autre agent actif qui contribue inlassablement à façonner le paysage caractéristique des Bardenas Reales. Le Cierzo, vent de nord-ouest et de nord-nord-ouest, est le vent dominant de ce territoire, présent pendant plus d’un tiers de l’année et pouvant atteindre des vitesses de 20 à 30 kilomètres par heure.