Procesos de sedimentación fluvial

Procesos sedimentarios asociados a ríos y arroyos

En geografía y geología , los procesos de sedimentación fluvial o el transporte de sedimentos fluviales están asociados con ríos y arroyos y los depósitos y formas del terreno creados por sedimentos . Puede dar lugar a la formación de ondulaciones y dunas , a patrones de erosión en forma de fractales , a patrones complejos de sistemas fluviales naturales y al desarrollo de llanuras aluviales y la aparición de inundaciones repentinas . El sedimento movido por el agua puede ser más grande que el sedimento movido por el aire porque el agua tiene una mayor densidad y viscosidad . En los ríos típicos, el sedimento transportado más grande es del tamaño de arena y grava , pero las inundaciones más grandes pueden transportar guijarros e incluso rocas . Cuando el arroyo o los ríos están asociados con glaciares , capas de hielo o casquetes polares , se utiliza el término glaciofluvial o fluvioglacial , como en los flujos periglaciales y las inundaciones repentinas de lagos glaciares . ^[1]^[2] Los procesos de sedimentación fluvial incluyen el movimiento de sedimentos y la erosión o deposición en el lecho del río . ^[3]^[4]

Principios

El río Blanco recibe ese nombre debido a la arcilla que recoge en las Badlands de Dakota del Sur. Aquí desemboca en el río Misuri y lo colorea con arcilla.

El movimiento del agua a través del lecho del río ejerce una tensión de corte directamente sobre el lecho. Si la fuerza de cohesión del sustrato es menor que la tensión de corte ejercida, o el lecho está compuesto de sedimentos sueltos que pueden ser movilizados por tales tensiones, entonces el lecho se hundirá únicamente por el flujo de agua clara. Además, si el río transporta cantidades significativas de sedimentos , este material puede actuar como herramienta para aumentar el desgaste del lecho ( abrasión ). Al mismo tiempo, los propios fragmentos se desgastan, volviéndose más pequeños y más redondeados ( atrición ).

Los sedimentos de los ríos se transportan como carga de fondo (fragmentos más gruesos que se mueven cerca del lecho) o como carga en suspensión (fragmentos más finos que se arrastran en el agua). También hay un componente transportado como material disuelto.

Para cada tamaño de grano existe una velocidad de flujo específica a la que los granos comienzan a moverse, denominada velocidad de arrastre . Sin embargo, los granos seguirán siendo transportados incluso si la velocidad cae por debajo de la velocidad de arrastre debido a la fricción reducida (o eliminada) entre los granos y el lecho del río. Finalmente, la velocidad caerá lo suficiente como para que los granos se depositen. Esto se muestra mediante la curva de Hjulström .

Un río recoge y suelta continuamente partículas sólidas de roca y tierra de su lecho a lo largo de toda su longitud. Cuando el caudal del río es rápido, se recogen más partículas de las que se dejan caer. Cuando el caudal del río es lento, se dejan caer más partículas de las que se recogen. Las zonas en las que se dejan caer más partículas se denominan llanuras aluviales o de inundación, y las partículas que se dejan caer se denominan aluvión .

Incluso los arroyos pequeños producen depósitos aluviales, pero es en las llanuras de inundación y en los deltas de los grandes ríos donde se encuentran depósitos aluviales grandes y geológicamente significativos.

La cantidad de materia que transporta un gran río es enorme. Se ha estimado que el río Misisipi transporta anualmente 406 millones de toneladas de sedimentos al mar, ^[5] el río Amarillo 796 millones de toneladas y el río Po en Italia 67 millones de toneladas. ^[6] Los nombres de muchos ríos derivan del color que la materia transportada da al agua. Por ejemplo, el río Amarillo (Huang He) en China recibe su nombre del tono del sedimento que transporta, ^[7] y el Nilo Blanco recibe su nombre de la arcilla que transporta.

Tipos

Los principales tipos de procesos fluviales son:

Modelo Bradshaw – Modelo geográfico de las características de los ríos
Corrosión – Destrucción gradual de materiales por reacción química con su entorno (solución)
Erosión : Procesos naturales que eliminan el suelo y las rocas.
- Descenso – Proceso de profundización de un cauce fluvial mediante la erosión del material del fondo.
Saltación (geología) – Transporte de partículas por fluidos
Suspensión (química) – Mezcla heterogénea de partículas sólidas dispersas en un medio.

Entornos deposicionales

Los principales entornos deposicionales fluviales (ríos y arroyos) incluyen:

Deltas (posiblemente un entorno intermedio entre el fluvial y el marino)
Barras de puntos
Abanicos aluviales
Ríos trenzados
Lagos en forma de meandro
Diques
Cascadas

Conceptos relacionados

Movimiento de partículas

Los ríos y arroyos transportan sedimentos en sus corrientes. Estos sedimentos pueden estar en una variedad de lugares dentro de la corriente, dependiendo del equilibrio entre la velocidad ascendente de la partícula (fuerzas de arrastre y sustentación) y la velocidad de sedimentación de la partícula. Estas relaciones se muestran en la siguiente tabla para el número de Rouse , que es una relación entre la velocidad de sedimentación (velocidad de caída) y la velocidad ascendente. ^[8]^[9]

${\textbf {Rouse}}={\frac {\text{Settling velocity}}{\text{Upwards velocity from lift and drag}}}={\frac {w_{s}}{\kappa u_{*}}}$

dónde

$w_{s}$ es la velocidad de sedimentación
$\kappa$ ¿Es la constante de von Kármán?
$u_{*}$ es la velocidad de corte

Modo de transporte	Número de Rouse
Carga de cama	>2,5
Carga suspendida : 50% Suspendido	>1,2, <2,5
Carga suspendida : 100% suspendida	>0,8, <1,2
Carga de lavado	<0,8

Si la velocidad ascendente es aproximadamente igual a la velocidad de sedimentación, el sedimento será transportado río abajo en su totalidad como carga suspendida . Si la velocidad ascendente es mucho menor que la velocidad de sedimentación, pero aún lo suficientemente alta como para que el sedimento se mueva (ver Inicio del movimiento ), se moverá a lo largo del lecho como carga de lecho rodando, deslizándose y saltando (saltando hacia arriba en el flujo, siendo transportado una corta distancia y luego sedimentándose nuevamente). Si la velocidad ascendente es mayor que la velocidad de sedimentación, el sedimento será transportado a lo alto del flujo como carga de lavado . ^[10]

Como generalmente hay un rango de diferentes tamaños de partículas en el flujo, es común que material de diferentes tamaños se mueva a través de todas las áreas del flujo para condiciones de corriente determinadas.

Formas de fondo fluvial

Antiguo depósito de canal en la Formación Stellarton ( Pensilvaniano ), Coalburn Pit, cerca de Thorburn, Nueva Escocia.

El movimiento de los sedimentos puede crear estructuras autoorganizadas, como ondulaciones , dunas o antidunas , en el lecho de un río o arroyo . Estas formas de lecho suelen estar preservadas en rocas sedimentarias y pueden utilizarse para estimar la dirección y la magnitud del flujo que depositó el sedimento.

Escorrentía superficial

El flujo superficial puede erosionar las partículas del suelo y transportarlas pendiente abajo. La erosión asociada con el flujo superficial puede ocurrir a través de diferentes métodos dependiendo de las condiciones meteorológicas y del flujo.

Si el impacto inicial de las gotas de lluvia desplaza el suelo, el fenómeno se denomina erosión por salpicadura de lluvia.
Si el flujo superficial es directamente responsable del arrastre de sedimentos pero no forma cárcavas, se denomina "erosión laminar".
Si el flujo y el sustrato permiten la canalización, pueden formarse cárcavas, a lo que se denomina "erosión de cárcavas".

Véase también

Referencias

^ Neuendorf, Klaus KE; Mehl, James P. Jr; Jackson, Julia A., eds. (2011). Glosario de geología (quinta edición revisada). Alexandria, Virginia: American Geological Institute. pág. 800. ISBN 978-3-642-06621-4.OCLC 751527782 .
^ Wilson, WE y Moore, JE 2003. Glosario de hidrología, Instituto Geológico Americano, Springer, 248pp.
^ Charlton, Ro (2008). Fundamentos de la geomorfología fluvial . Londres: Rutledge. p. 234. ISBN. 978-0-415-33454-9.
^ Wohl, Ellen (2014). Ríos en el paisaje: ciencia y gestión . Wiley-Blackwell. pág. 330. ISBN 978-1-118-41489-7.
^ Mathur, Anuradha; Dilip da Cunha (2001). Inundaciones de Mississippi: diseño de un paisaje cambiante. New Haven, CT: Yale University Press. ISBN 0-300-08430-7
^ Dill, William A. (1990). Inland fishing of Europe. Roma, Italia: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. ISBN 92-5-102999-7 . http://www.fao.org/docrep/009/t0377e/t0377e00.htm Archivado el 1 de marzo de 2018 en Wayback Machine.
^ MOSTERN, RUTH; HORNE, RYAN M. (2021). El río Amarillo: una historia natural y antinatural . Yale University Press. pág. 33. doi :10.2307/j.ctv1vbd1d8.7. ISBN 978-0-300-23833-4.JSTOR j.ctv1vbd1d8 .
^ Ali, Sk Zeeshan; Dey, Subhasish (noviembre de 2016). "Mecánica de la advección de partículas suspendidas en flujo turbulento". Actas de la Royal Society A: Ciencias matemáticas, físicas e ingeniería . 472 (2195): 20160749. Bibcode :2016RSPSA.47260749A. doi : 10.1098/rspa.2016.0749 .
^ Kumbhakar, Manotosh; Ghoshal, Koeli; Singh, Vijay P. (enero de 2017). "Derivación de la ecuación de Rouse para la concentración de sedimentos utilizando la entropía de Shannon". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 465 : 494–499. Bibcode :2017PhyA..465..494K. doi :10.1016/j.physa.2016.08.068.
^ Whipple, K. X (2004). "12.163 Course Notes, MIT Open Courseware" (PDF) . Consultado el 23 de septiembre de 2021 .

[1] Neuendorf, Klaus KE; Mehl, James P. Jr; Jackson, Julia A., eds. (2011). Glosario de geología (quinta edición revisada). Alexandria, Virginia: American Geological Institute. pág. 800. ISBN 978-3-642-06621-4.OCLC 751527782 .

[2] Wilson, WE y Moore, JE 2003. Glosario de hidrología, Instituto Geológico Americano, Springer, 248pp.

[3] Charlton, Ro (2008). Fundamentos de la geomorfología fluvial . Londres: Rutledge. p. 234. ISBN. 978-0-415-33454-9.

[4] Wohl, Ellen (2014). Ríos en el paisaje: ciencia y gestión . Wiley-Blackwell. pág. 330. ISBN 978-1-118-41489-7.

[5] Mathur, Anuradha; Dilip da Cunha (2001). Inundaciones de Mississippi: diseño de un paisaje cambiante. New Haven, CT: Yale University Press. ISBN 0-300-08430-7

[6] Dill, William A. (1990). Inland fishing of Europe. Roma, Italia: Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura. ISBN 92-5-102999-7 . http://www.fao.org/docrep/009/t0377e/t0377e00.htm Archivado el 1 de marzo de 2018 en Wayback Machine.

[7] MOSTERN, RUTH; HORNE, RYAN M. (2021). El río Amarillo: una historia natural y antinatural . Yale University Press. pág. 33. doi :10.2307/j.ctv1vbd1d8.7. ISBN 978-0-300-23833-4.JSTOR j.ctv1vbd1d8 .

[8] Ali, Sk Zeeshan; Dey, Subhasish (noviembre de 2016). "Mecánica de la advección de partículas suspendidas en flujo turbulento". Actas de la Royal Society A: Ciencias matemáticas, físicas e ingeniería . 472 (2195): 20160749. Bibcode :2016RSPSA.47260749A. doi : 10.1098/rspa.2016.0749 .

[9] Kumbhakar, Manotosh; Ghoshal, Koeli; Singh, Vijay P. (enero de 2017). "Derivación de la ecuación de Rouse para la concentración de sedimentos utilizando la entropía de Shannon". Physica A: Mecánica estadística y sus aplicaciones . 465 : 494–499. Bibcode :2017PhyA..465..494K. doi :10.1016/j.physa.2016.08.068.

[10] Whipple, K. X (2004). "12.163 Course Notes, MIT Open Courseware" (PDF) . Consultado el 23 de septiembre de 2021 .