Deslizamiento submarino
Deslizamientos de tierra que transportan sedimentos a través de la plataforma continental hasta las profundidades del océano.
Roca conglomerada ubicada en Point Reyes, California. Depositada por un deslizamiento submarino, la roca es un ejemplo de turbidita

Los deslizamientos submarinos son deslizamientos marinos que transportan sedimentos a través de la plataforma continental hasta las profundidades del océano . Un deslizamiento submarino se inicia cuando la tensión impulsora descendente (gravedad y otros factores) excede la tensión resistente del material del talud del fondo marino, lo que provoca movimientos a lo largo de una o más superficies de ruptura cóncavas a planas. Los deslizamientos submarinos se producen en una variedad de entornos diferentes, incluidos planos de hasta 1°, y pueden causar daños significativos tanto a la vida como a la propiedad. Se han logrado avances recientes en la comprensión de la naturaleza y los procesos de los deslizamientos submarinos mediante el uso del sonar de barrido lateral y otras tecnologías de mapeo del fondo marino. [1] [2] [3]

Causas

Los deslizamientos submarinos tienen diferentes causas que se relacionan tanto con los atributos geológicos del material del deslizamiento como con factores ambientales transitorios que afectan el entorno submarino. Las causas comunes de los deslizamientos incluyen: i) presencia de capas geológicas débiles, ii) sobrepresión debido a la rápida acumulación de depósitos sedimentarios , iii) terremotos , iv) carga de olas de tormenta y huracanes , v) disociación de hidratos de gas , vi) filtración de agua subterránea y alta presión de agua intersticial, vii) carga glacial , viii) crecimiento de islas volcánicas y ix) sobreescalonamiento. [1] [2] [3]

Capas geológicas débiles

La presencia de capas geológicas débiles es un factor que contribuye a los deslizamientos submarinos a todas las escalas. Esto ha sido confirmado por imágenes del fondo marino, como el mapeo batimétrico de franjas y los datos de reflexión sísmica en 3D . A pesar de su ubicuidad, se sabe muy poco sobre la naturaleza y las características de las capas geológicas débiles, ya que rara vez se han muestreado y se ha realizado muy poco trabajo geotécnico en ellas. Un ejemplo de un deslizamiento causado por capas geológicas débiles es el deslizamiento de Storegga , cerca de Noruega , que tuvo un volumen total de 3.300 km 3 . [3] [4]

Sobrepresión

La sobrepresión debida a la rápida deposición de sedimentos está estrechamente relacionada con la debilidad de las capas geológicas. Un ejemplo de deslizamientos de tierra causados ​​por la sobrepresión debida a la rápida deposición ocurrió en 1969 en el delta del río Misisipi después de que el huracán Camile azotara la región. [2]

Terremotos

Los terremotos son un factor clave que desencadena la mayoría de los grandes deslizamientos submarinos. Los terremotos generan tensiones ambientales significativas y pueden promover una presión de agua intersticial elevada que conduce a fallas. Los terremotos desencadenaron el deslizamiento de tierra de Grand Banks de 1929, donde se inició un deslizamiento submarino de 20 km 3 después de un terremoto. [3] [5]

Cargando Stormwave

Las cargas de las olas de tormenta y los huracanes pueden provocar deslizamientos de tierra submarinos en regiones poco profundas y fueron reconocidos como uno de los factores que contribuyeron a los deslizamientos que ocurrieron en el delta del Mississippi en 1969 después del huracán Camille . [2]

Hidratos de gas

Varios estudios han indicado que los hidratos de gas se encuentran debajo de muchas pendientes submarinas y pueden contribuir al desencadenamiento de un deslizamiento de tierra. Los hidratos de gas son sustancias similares al hielo que consisten en agua y gas natural, que son estables a las condiciones de temperatura y presión que normalmente se encuentran en el fondo marino. Cuando la temperatura aumenta o la presión disminuye, el hidrato de gas se vuelve inestable, lo que permite que parte del hidrato se disocie y descargue gas natural en fase de burbuja . Si se impide el flujo de agua intersticial, esta carga de gas conduce a un exceso de presión de agua intersticial y una disminución de la estabilidad de la pendiente. Se cree que la disociación de hidratos de gas ha contribuido a deslizamientos a profundidades de agua de 1000 a 1300 m frente a la costa este de los Estados Unidos y al deslizamiento de Storegga frente a la costa este de Noruega . [2] [6]

Filtración de aguas subterráneas

La filtración de agua subterránea y la elevada presión de agua intersticial pueden causar deslizamientos submarinos. La elevada presión de agua intersticial reduce la resistencia al deslizamiento y puede ser resultado de procesos de sedimentación normales o puede estar asociada a otras causas, como terremotos, disociación de hidratos de gas y carga glacial. [3]

Carga glacial

La falla de sedimentos en los márgenes glaciares como resultado de la carga glacial es común y opera en un amplio espectro de dimensiones, que van desde procesos de pérdida de masa a escala relativamente pequeña en fiordos hasta deslizamientos a gran escala que cubren varios miles de kilómetros cuadrados. Los factores que son significativos en los deslizamientos de tierra inducidos por la carga glacial son la flexión de la corteza debido a la carga y descarga de un frente de hielo fluctuante, la variación en el drenaje y la filtración de agua subterránea, la rápida deposición de limos de baja plasticidad , la rápida formación de morrenas y sedimentos interestadiales hemipelágicos superiores . Un ejemplo en el que la carga glacial conduce a deslizamientos de tierra submarinos es el deslizamiento de Nyk en el norte de Noruega . [2] [7] [8]

Crecimiento de islas volcánicas

Los derrumbes de pendientes debidos al crecimiento de islas volcánicas se encuentran entre los más grandes de la Tierra, con volúmenes de varios kilómetros cúbicos. El derrumbamiento ocurre cuando se forman grandes cuerpos de lava sobre sedimentos marinos débiles que son propensos a derrumbarse. El derrumbamiento es particularmente común en edificios de más de 2500 m, pero poco común en edificios de menos de 2500 m. La variación en el comportamiento de los deslizamientos es significativa, ya que algunos deslizamientos apenas siguen el ritmo del crecimiento en la parte superior del volcán, mientras que otros pueden avanzar grandes distancias, alcanzando longitudes de deslizamiento superiores a 200 km. Los deslizamientos submarinos de islas volcánicas ocurren en lugares como las islas hawaianas [1] [9] [10] y las islas de Cabo Verde. [11]

Sobrependiente

La pendiente excesiva es causada por la erosión provocada por las corrientes oceánicas y puede provocar el desencadenamiento de deslizamientos submarinos. [2]

En algunos casos, la relación entre la causa y el deslizamiento resultante puede ser bastante clara (por ejemplo, el derrumbe de una pendiente demasiado pronunciada), mientras que en otros casos las relaciones pueden no ser tan obvias. En la mayoría de los casos, más de un factor puede contribuir al inicio de un evento de deslizamiento de tierra. Esto se ve claramente en el talud continental noruego, donde la ubicación de deslizamientos de tierra como Storegga y Traenadjupet está relacionada con capas geológicas débiles. Sin embargo, la posición de estas capas débiles está determinada por la variación regional en el estilo de sedimentación, que a su vez está controlada por factores ambientales de gran escala, como el cambio climático entre condiciones glaciales e interglaciales . Incluso al considerar todos los factores enumerados anteriormente, al final se calculó que el deslizamiento de tierra necesitaba un terremoto para que finalmente se iniciara. [1] [3]

Los entornos en los que se encuentran comúnmente deslizamientos submarinos son fiordos , deltas de ríos activos en el margen continental , sistemas de abanicos de cañones submarinos , taludes continentales abiertos e islas y dorsales volcánicas oceánicas. [1]

Procesos de deslizamientos submarinos

Existen distintos tipos de movimientos de masas submarinas. Todos ellos son mutuamente excluyentes; por ejemplo, un deslizamiento no puede ser una caída. Algunos tipos de movimientos de masas, como los deslizamientos, se pueden distinguir por la morfología irregular que muestra que solo hubo un movimiento menor de la masa que se desprendió. El material desplazado en un deslizamiento se mueve sobre una región delgada de alta tensión. En los flujos, la zona de deslizamiento quedará al descubierto y la masa desplazada puede depositarse a cientos de kilómetros del origen del deslizamiento. El sedimento desplazado de la caída se desplazará predominantemente a través del agua, cayendo, rebotando y rodando. A pesar de la variedad de deslizamientos diferentes presentes en el entorno submarino, solo los deslizamientos, los flujos de escombros y las corrientes de turbidez proporcionan una contribución sustancial al transporte de sedimentos impulsado por la gravedad. [2] [3]

Los recientes avances en el mapeo sísmico 3-D han revelado imágenes espectaculares de deslizamientos submarinos en las costas de Angola y Brunei , que muestran en detalle el tamaño de los bloques transportados y cómo se movieron a lo largo del fondo marino. [12] [13]

Inicialmente se pensó que los deslizamientos submarinos en sedimentos cohesivos se desarrollaban sistemáticamente y en secuencia a lo largo de la pendiente, desde el deslizamiento hasta el flujo de escombros y la corriente de turbidez, mediante una desintegración y arrastre de agua que aumentaban lentamente. Sin embargo, ahora se piensa que este modelo es probablemente una simplificación excesiva, ya que algunos deslizamientos recorren cientos de kilómetros sin ningún cambio notable en corrientes de turbidez, como se muestra en la figura 3, mientras que otros se transforman completamente en corrientes de turbidez cerca de la fuente. Esta variación en el desarrollo de diferentes deslizamientos submarinos está asociada con el desarrollo de vectores de velocidad en la masa desplazada. La tensión en el lugar, las propiedades del sedimento (en particular la densidad) y la morfología de la masa fallida determinarán si el deslizamiento se detiene a poca distancia a lo largo de la superficie de ruptura o se transformará en un flujo que recorre grandes distancias. [1] [2]

La densidad inicial del sedimento desempeña un papel fundamental en la movilización de los flujos y en las distancias que recorrerá el deslizamiento. Si el sedimento es un material blando y fluido, es probable que el deslizamiento recorra grandes distancias y que se produzca un flujo. Sin embargo, si el sedimento es más rígido, el deslizamiento solo recorrerá una distancia corta y es menos probable que se produzca un flujo. Además, la capacidad de fluir también puede depender de la cantidad de energía transferida al sedimento que cae durante el evento de falla. A menudo, los grandes deslizamientos de tierra en el margen continental son complicados y los componentes del deslizamiento, el flujo de escombros y la corriente de turbidez pueden ser evidentes al examinar los restos de un deslizamiento de tierra submarino. [1] [2] [6] [13]

Peligros

Los principales peligros asociados a los deslizamientos submarinos son la destrucción directa de la infraestructura y los tsunamis .

Los deslizamientos de tierra pueden tener importantes impactos económicos en la infraestructura, como la ruptura de cables y tuberías de comunicaciones submarinas de fibra óptica y daños a plataformas de perforación marinas , y pueden continuar en ángulos de pendiente de hasta 1°. Un ejemplo de daño a un cable submarino se descubrió en el deslizamiento de Grand Banks de 1929, donde el deslizamiento de tierra y la corriente de turbidez resultante rompieron una serie de cables submarinos hasta casi 600 km de distancia del comienzo del deslizamiento. [1] [3] [5] Se produjo una mayor destrucción de la infraestructura cuando el huracán Camille azotó el delta del Mississippi en 1969, causando un deslizamiento de tierra que dañó varias plataformas de perforación marina. [2]

Los deslizamientos submarinos pueden representar un peligro importante cuando provocan un tsunami. Aunque una variedad de diferentes tipos de deslizamientos de tierra pueden causar tsunamis, todos los tsunamis resultantes tienen características similares, como grandes desprendimientos de tierra cerca del tsunami, pero una atenuación más rápida en comparación con los tsunamis causados ​​por terremotos. Un ejemplo de esto fue el tsunami del 17 de julio de 1998 en Papúa Nueva Guinea , donde olas de hasta 15 m de altura impactaron una sección de 20 km de la costa matando a 2.200 personas, pero a mayores distancias el tsunami no fue un peligro importante. Esto se debe a la zona de origen comparativamente pequeña de la mayoría de los tsunamis de deslizamiento de tierra (en relación con el área afectada por grandes terremotos), lo que provoca la generación de ondas de longitud de onda más corta. Estas ondas se ven muy afectadas por la amplificación costera (que amplifica el efecto local) y la amortiguación radial (que reduce el efecto distal). [3] [14]

El tamaño de los tsunamis generados por deslizamientos de tierra depende tanto de los detalles geológicos del deslizamiento (como su número de Froude [15] ) como de los supuestos sobre la hidrodinámica del modelo utilizado para simular la generación de tsunamis, por lo que tienen un amplio margen de incertidumbre. En general, los tsunamis inducidos por deslizamientos de tierra se desintegran más rápidamente con la distancia que los tsunamis inducidos por terremotos [16] , ya que los primeros, que a menudo tienen una estructura dipolar en la fuente, [17] tienden a extenderse radialmente y tienen una longitud de onda más corta (la velocidad a la que una ola pierde energía es inversamente proporcional a su longitud de onda, en otras palabras, cuanto más larga es la longitud de onda de una ola, más lentamente pierde energía) [18], mientras que los últimos se dispersan poco a medida que se propagan perpendicularmente a la falla de la fuente [19] . Probar si un modelo de tsunami dado es correcto es complicado por la rareza de los colapsos gigantes [20] .

Los últimos descubrimientos muestran que la naturaleza de un tsunami depende del volumen, la velocidad, la aceleración inicial, la longitud y el espesor del deslizamiento que lo provoca. El volumen y la aceleración inicial son los factores clave que determinan si un deslizamiento formará un tsunami. Una desaceleración repentina del deslizamiento también puede dar lugar a olas más grandes. La longitud del deslizamiento influye tanto en la longitud de onda como en la altura máxima de la ola. El tiempo de recorrido o la distancia de recorrido del deslizamiento también influirán en la longitud de onda resultante del tsunami. En la mayoría de los casos, los deslizamientos submarinos son notablemente subcríticos, es decir, el número de Froude (la relación entre la velocidad del deslizamiento y la propagación de la ola) es significativamente inferior a uno. Esto sugiere que el tsunami se alejará del deslizamiento que genera la ola, impidiendo la formación de la misma. Los desprendimientos en aguas poco profundas tienden a producir tsunamis más grandes porque la ola es más crítica, ya que la velocidad de propagación es menor allí. Además, las aguas menos profundas suelen estar más cerca de la costa, lo que significa que hay menos amortiguamiento radial cuando el tsunami llega a la orilla. Por el contrario, los tsunamis provocados por terremotos son más críticos cuando el desplazamiento del fondo marino se produce en las profundidades del océano, ya que la primera ola (que se ve menos afectada por la profundidad) tiene una longitud de onda más corta y se agranda al viajar desde aguas más profundas a aguas menos profundas. [3] [14]

Los efectos de un deslizamiento submarino sobre la infraestructura pueden ser costosos y un tsunami generado por un deslizamiento puede ser destructivo y mortal.

Deslizamientos submarinos prehistóricos

  • El deslizamiento de Storegga , Noruega, de unos 3.500 km3 ( 840 mi3), hace unos 8.000 años, tuvo un impacto catastrófico en la población mesolítica costera contemporánea
  • El deslizamiento de Agulhas, de unos 20.000 km3 ( 4.800 mi3), frente a Sudáfrica, de edad post- plioceno , el más grande descrito hasta ahora [21] [22]
  • La avalancha de escombros de Ruatoria, frente a la Isla Norte de Nueva Zelanda, de unos 3000 km3 de volumen, hace 170 000 años [23]
  • Las avalanchas de escombros catastróficas han sido comunes en los flancos sumergidos de los volcanes de islas oceánicas como las islas hawaianas y las islas de Cabo Verde. [11]

Toboganes gigantes en la costa noruega

El deslizamiento de Storegga es uno de los mayores deslizamientos submarinos recientes descubiertos en todo el mundo. Como muchos otros deslizamientos submarinos del Atlántico Norte, se remonta al Pleistoceno y al Holoceno. Se ha interpretado que estos grandes deslizamientos submarinos ocurren con mayor frecuencia durante la glaciación del hemisferio norte (GNH) o durante la desglaciación. [24] [25] [26] [27] Durante las épocas glaciales o deglaciales, una serie de procesos geológicos modificaron intensamente la estructura superficial del margen continental submarino. Por ejemplo, los cambios en los niveles del mar durante la glaciación y la caída del nivel del mar que los acompaña producen procesos erosivos intensificados. Los glaciares que avanzaban o retrocedían erosionaban el continente y proporcionaban grandes cantidades de sedimentos a la plataforma continental. Estos procesos llevaron a la formación de abanicos en la boca de los canales, similares a los deltas de los abanicos fluviales. La gran acumulación de sedimentos promovió fallas de pendiente que se observan en la estructura del subsuelo como flujos de escombros apilados uno sobre el otro. Los deslizamientos se produjeron a menudo a lo largo de capas débiles que tienen una menor resistencia al corte debido a presiones internas efectivas más altas, por ejemplo, debido a la disolución de hidratos de gas, otros fluidos o simplemente el debilitamiento se debe a propiedades contrastantes de los sedimentos dentro de la sucesión de sedimentos. Los terremotos causados ​​por el rebote isostático debido al declive de los glaciares se suelen considerar como desencadenantes finales de los deslizamientos de tierra.

En los últimos años, se han detectado en varios lugares del registro geológico del subsuelo del margen continental noruego una serie de depósitos gigantes de transporte de masa (MTD, por sus siglas en inglés) que son volumétricamente mucho más grandes que los depósitos del deslizamiento de Storegga utilizando métodos geofísicos. Estos MTD superan en tamaño a cualquier falla de talud de los tiempos de alta glaciación más recientes. Los depósitos individuales alcanzan hasta 1 km de espesor y los más grandes tienen hasta 300 km de longitud. La estructura interna fotografiada con métodos sísmicos muestra a veces un carácter transparente o caótico que indica la desintegración de la masa del deslizamiento. En otros ejemplos, la estratificación subparalela sustenta un deslizamiento/hundimiento cohesivo a gran escala. Las sobrepresiones locales están indicadas por estructuras diapíricas que indican un movimiento subvertical impulsado por la gravedad de masas de sedimentos ricas en agua. Las cuencas de Noruega y Svalbard contienen varios de estos MTD gigantes, que abarcan desde la edad del Plioceno de 2,7-2,3 Ma hasta ~0,5 Ma. En la cuenca de Lofoten, se detectaron MTD gigantes similares, pero en este caso todos los deslizamientos son más jóvenes que ~1 Ma. [28] Existe un debate en curso sobre la generación de deslizamientos gigantes y su relación con la glaciación del hemisferio norte.

Véase también

Referencias

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Lectura adicional

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