Flujo de sedimentos por gravedad

Un flujo gravitacional de sedimentos es uno de los diversos tipos de mecanismos de transporte de sedimentos , de los cuales la mayoría de los geólogos reconocen cuatro procesos principales. Estos flujos se diferencian por sus mecanismos de soporte de sedimentos dominantes, ^{[1] [2]} que pueden ser difíciles de distinguir ya que los flujos pueden estar en transición de un tipo a otro a medida que evolucionan pendiente abajo. ^[3]

Los flujos gravitacionales de sedimentos están representados por cuatro mecanismos diferentes para mantener los granos dentro del flujo en suspensión.

• Flujo de granos : los granos en el flujo se mantienen en suspensión por interacciones grano a grano, y el fluido actúa solo como lubricante. Como tal, las colisiones grano a grano generan una presión dispersiva que ayuda a evitar que los granos se sedimenten y se salgan de la suspensión. Aunque son comunes en entornos terrestres en las caras de deslizamiento de las dunas de arena , los flujos de granos puros son raros en entornos subacuáticos. Sin embargo, las interacciones grano a grano en corrientes de turbidez de alta densidad son muy importantes como mecanismo que contribuye al soporte de sedimentos. ^[4]
• Flujo licuado (o flujo fluidizado): se forma en sustancias granulares sin cohesión. A medida que los granos en la base de una suspensión se sedimentan, el fluido que se desplaza hacia arriba por la sedimentación genera presiones de fluido intersticial que pueden ayudar a suspender los granos en la parte superior del flujo. La aplicación de una presión externa a la suspensión iniciará el flujo. Esta presión externa puede aplicarse mediante un choque sísmico , que puede transformar la arena suelta en una suspensión altamente viscosa como en las arenas movedizas . Generalmente, tan pronto como el flujo comienza a moverse, se produce una turbulencia del fluido y el flujo evoluciona rápidamente hacia una corriente de turbidez. Se dice que los flujos y las suspensiones están licuados cuando los granos se sedimentan hacia abajo a través del fluido y desplazan el fluido hacia arriba. Por el contrario, se dice que los flujos y las suspensiones están fluidizados cuando el fluido se mueve hacia arriba a través de los granos, suspendiéndolos temporalmente. La mayoría de los flujos están licuados, y muchas referencias a flujos gravitacionales de sedimentos fluidizados son de hecho incorrectas y en realidad se refieren a flujos licuados. ^[5]
• Flujo de escombros o flujo de lodo : los granos se sostienen gracias a la fuerza y ​​la flotabilidad de la matriz. Los flujos de lodo y de escombros tienen fuerza de cohesión, lo que hace que su comportamiento sea difícil de predecir utilizando las leyes de la física. Como tal, estos flujos exhiben un comportamiento no newtoniano . ^[6] Debido a que los flujos de lodo y de escombros tienen fuerza de cohesión, los clastos inusualmente grandes pueden flotar literalmente sobre la matriz de lodo dentro del flujo.
• Corriente de turbidez : los granos se suspenden por la turbulencia del fluido dentro del flujo. Debido a que el comportamiento de las corrientes de turbidez es en gran medida predecible, exhiben un comportamiento newtoniano , en contraste con los flujos con fuerza cohesiva (es decir, flujos de lodo y flujos de escombros). ^[6] El comportamiento de las corrientes de turbidez en entornos subacuáticos está fuertemente influenciado por la concentración del flujo, ya que los granos muy compactados en flujos de alta concentración tienen más probabilidades de sufrir colisiones de grano a grano y generar presiones dispersivas como un mecanismo de soporte de sedimentos que contribuye, manteniendo así granos adicionales en suspensión. Por lo tanto, es útil distinguir entre corrientes de turbidez de baja y alta densidad . ^[4] Una avalancha de nieve en polvo es esencialmente una corriente de turbidez en la que el aire es el fluido de soporte y suspende gránulos de nieve en lugar de granos de arena.

Aunque los depósitos de los cuatro tipos de mecanismos de soporte de sedimentos se encuentran en la naturaleza, los flujos de granos puros se limitan en gran medida a los entornos eólicos, mientras que los entornos subacuáticos se caracterizan por un espectro de tipos de flujo con flujos de escombros y flujos de lodo en un extremo del espectro, y corrientes de turbidez de alta y baja densidad en el otro extremo. También es útil en entornos subacuáticos reconocer flujos de transición que se encuentran entre las corrientes de turbidez y los flujos de lodo. Los depósitos de estos flujos de transición se conocen con una variedad de nombres, algunos de los más populares son "lechos de eventos híbridos (HEB)", "lechos de escombros vinculados" y "lechos de lodo". ^[7] Las avalanchas de nieve en polvo y las avalanchas incandescentes (flujos cargados de gas de ceniza volcánica súper caliente) son ejemplos de corrientes de turbidez en entornos no marinos.

• Los depósitos de flujo de granos se caracterizan por una distribución ascendente de los tamaños de grano ( gradación inversa ) dentro del lecho. Esto es resultado de que los granos más pequeños dentro del flujo caen entre los granos más grandes durante las colisiones grano a grano, y por lo tanto se depositan preferentemente en la base del flujo. ^[1] Aunque están presentes como avalanchas de granos en las dunas de arena terrestres, los flujos de granos son raros en otros entornos. Sin embargo, los lechos de gradación inversa resultantes de los procesos de flujo de granos forman las llamadas "alfombras de tracción" en los intervalos inferiores de algunas turbiditas de alta densidad. ^[4]
• Los depósitos de flujo licuado se caracterizan por características de deshidratación, como estructuras en forma de plato , que resultan del escape ascendente de fluido dentro del flujo. ^[1] Al igual que con los flujos de granos puros, los flujos licuados puros rara vez ocurren por sí solos. Sin embargo, los procesos de flujo licuado son muy importantes ya que los granos dentro de las corrientes de turbidez comienzan a sedimentarse y desplazan el fluido hacia arriba. Estas estructuras en forma de plato y características relacionadas, como las tuberías de deshidratación, se encuentran a menudo en las turbiditas.
• Los depósitos de flujo de escombros se caracterizan por una distribución bimodal de tamaños de grano, en la que los granos más grandes y/o clastos flotan dentro de una matriz de arcilla de grano fino. Debido a que la matriz fangosa tiene fuerza cohesiva, los clastos inusualmente grandes pueden flotar sobre el material fangoso que compone la matriz de flujo y, por lo tanto, terminar preservados en el límite superior del lecho del depósito resultante. ^[1]
• Los depósitos de corrientes de turbidez de baja densidad (turbiditas) se caracterizan por una sucesión de estructuras sedimentarias denominadas secuencia de Bouma , que resultan de la disminución de la energía dentro del flujo (es decir, flujo menguante) a medida que la corriente de turbidez se mueve pendiente abajo. ^[4]
• Los depósitos de corrientes de turbidez de alta densidad se caracterizan por un tamaño de grano mucho más grueso que en las turbiditas de baja densidad, y las porciones basales de los depósitos a menudo se caracterizan por características que resultan de la proximidad de los granos entre sí. Por lo tanto, los indicios de interacciones de grano a grano (es decir, procesos de flujo de grano) y la interacción de los granos con el sustrato (es decir, tracción ) generalmente están presentes en las porciones inferiores de estos depósitos. Las secuencias completas de Bouma son raras y, por lo general, solo son evidentes las capas A y B de Bouma. ^[4]
• Los lechos de eventos híbridos (HEB) de transición entre flujos de lodo y corrientes de turbidez se caracterizan por características indicativas de flujo sin cohesión (con apoyo de turbulencia) y cohesivo (con apoyo de lodo) sin límite de lecho separador entre los dos. En la mayoría de los casos, están representados por texturas con apoyo de granos que ascienden gradualmente dentro del lecho hasta convertirse en texturas con apoyo de lodo. No es raro que los flujos de escombros y de lodo evolucionen cuesta abajo hacia corrientes de turbidez, y viceversa. Además, los flujos internos pueden realizar una transición ascendente de un proceso de flujo a otro. ^{[7] [8]}

Ejemplos modernos y antiguos (afloramientos) de depósitos resultantes de diferentes tipos de flujos gravitacionales de sedimentos.

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  Flujos de granos (avalanchas de arena) en las caras de deslizamiento de las dunas de arena en Kelso en el desierto de Mojave , California
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  Estructuras de plato en el depósito ( Bouma A, Lowe S3) de un antiguo flujo de sedimento licuado preservado en un afloramiento.
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  Flujos de escombros que llenan un barranco después de las intensas tormentas de 2010 en Ladakh, en el Himalaya .
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  Depósito de flujo de escombros en un afloramiento que muestra grandes clastos flotando libremente suspendidos en una matriz de arcilla.
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  Una avalancha de nieve en polvo es una forma de corriente de turbidez donde el aire es el fluido de soporte.
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  Turbiditas de grano fino en afloramiento que muestran capas de BD de Bouma depositadas por corrientes de turbidez de baja densidad .
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  Corte de turbidita de alta densidad ( Bouma A, Lowe S1) en turbiditas de baja densidad, montañas Topatopa , California.

Se cree que los flujos gravitacionales de sedimentos, principalmente las corrientes de turbidez, pero en menor medida los flujos de escombros y los flujos de lodo, son los principales procesos responsables de depositar arena en el fondo del océano profundo. Debido a que las condiciones anóxicas en las profundidades de los océanos son propicias para la preservación de la materia orgánica , que con el enterramiento profundo y la posterior maduración a través de la absorción de calor puede generar petróleo y gas , la deposición de arena en entornos oceánicos profundos puede, en última instancia, yuxtaponer los yacimientos de petróleo y las rocas generadoras . De hecho, una parte significativa del petróleo y el gas producidos en el mundo hoy en día se encuentra en depósitos (yacimientos) originados por flujos gravitacionales de sedimentos. ^[9]

• Secuencia de Bouma
• Corriente de turbidez de alta densidad ( secuencia Lowe )
• Flujo piroclástico
• Turbidita
• Corriente de turbidez