Abanico aluvial
Un abanico aluvial es una acumulación de sedimentos que se abre en abanico desde una fuente concentrada de sedimentos, como un cañón angosto que emerge de una escarpa. Son característicos del terreno montañoso en climas áridos a semiáridos, pero también se encuentran en ambientes más húmedos sujetos a lluvias intensas y en áreas de glaciación moderna. Su área varía desde menos de 1 kilómetro cuadrado (0,4 millas cuadradas) hasta casi 20 000 kilómetros cuadrados (7 700 millas cuadradas).
Los abanicos aluviales normalmente se forman donde el flujo emerge de un canal confinado y es libre de expandirse e infiltrarse en la superficie. Esto reduce la capacidad de carga del flujo y da como resultado la deposición de sedimentos. El flujo puede tomar la forma de flujos de escombros poco frecuentes o uno o más arroyos efímeros o perennes.
Los abanicos aluviales son comunes en el registro geológico, como en las cuencas del Triásico del este de América del Norte y la New Red Sandstone del sur de Devon. Tales depósitos de abanico probablemente contienen las mayores acumulaciones de grava en el registro geológico. También se han encontrado abanicos aluviales en Marte y Titán, lo que demuestra que se han producido procesos fluviales en otros mundos.
Algunos de los abanicos aluviales más grandes se encuentran a lo largo del frente de la montaña del Himalaya en la llanura del Indo-Gangético. Un cambio del canal de alimentación (una avulsión nodal) puede provocar inundaciones catastróficas, como ocurrió en el abanico del río Kosi en 2008.
Descripción
Un abanico aluvial es una acumulación de sedimentos que se abre en abanico desde una fuente concentrada de sedimentos, como un cañón angosto que emerge de una escarpa. Esta acumulación tiene la forma de una sección de un cono poco profundo, con su vértice en la fuente de sedimentos.
Los abanicos aluviales varían mucho en tamaño, desde unos pocos metros de ancho en la base hasta 150 kilómetros de ancho, con una pendiente de 1,5 a 25 grados. Algunos abanicos aluviales gigantes tienen áreas de casi 20.000 kilómetros cuadrados (7.700 millas cuadradas). La pendiente medida desde el ápice es generalmente cóncava, con la pendiente más pronunciada cerca del vértice (el abanico proximal o cabeza de abanico) y se vuelve menos pronunciada más afuera (la medial abanico o abanico medio) y poca profundidad en los bordes del abanico (el abanico distal o abanico exterior). Depósitos cribosos, que son lóbulos de grava gruesa, pueden estar presentes en el abanico proximal. Los sedimentos de un abanico aluvial suelen ser gruesos y mal clasificados, y los sedimentos más gruesos se encuentran en el abanico proximal.
Cuando hay suficiente espacio en la llanura aluvial para que todos los depósitos de sedimentos se abran en abanico sin entrar en contacto con otras paredes del valle o ríos, se desarrolla un abanico aluvial no confinado. Los abanicos aluviales no confinados permiten que los sedimentos se desplieguen naturalmente y la forma del abanico no está influenciada por otras características topológicas. Cuando la llanura aluvial es más restringida, de modo que el abanico entra en contacto con barreras topográficas, se forma un abanico confinado.
La erosión por oleaje o canal del borde del abanico (erosión lateral) a veces produce un "recorte de punta" abanico, en el que el borde del abanico está marcado por un pequeño escarpe. Los ventiladores recortados pueden registrar cambios climáticos o procesos tectónicos, y el proceso de erosión lateral puede mejorar el potencial del acuífero o depósito de petróleo del ventilador. Los abanicos recortados en los dedos del pie en el planeta Marte proporcionan evidencia de los sistemas fluviales del pasado.
Cuando numerosos ríos y arroyos salen del frente de una montaña hacia una llanura, los abanicos pueden combinarse para formar una plataforma continua. Esto se conoce como una bajada o planicie aluvial de piedemonte.
Formación
Los abanicos aluviales generalmente se forman donde un canal de alimentación confinado sale de un frente de montaña o del margen de un glaciar. A medida que el flujo sale del canal de alimentación hacia la superficie del ventilador, puede dispersarse en canales anchos y poco profundos o infiltrarse en la superficie. Esto reduce el poder de carga del flujo y da como resultado la deposición de sedimentos.
El flujo en el abanico proximal, donde la pendiente es más pronunciada, generalmente se limita a un solo canal (una zanja de cabeza de abanico), que puede tener hasta 30 metros (100 pies) de profundidad. Este canal está sujeto a bloqueo por sedimentos acumulados o flujos de escombros, lo que hace que el flujo se salga periódicamente de su antiguo canal (avulsión nodal) y se desplace a una parte del abanico con un gradiente más pronunciado, donde la deposición reanuda Como resultado, normalmente solo una parte del ventilador está activa en un momento determinado, y las áreas anuladas pueden sufrir formación de suelo o erosión.
Los abanicos aluviales pueden estar dominados por flujos de escombros (ventiladores de flujo de escombros) o flujo de corriente (ventiladores fluviales). El tipo de abanico que se forma está controlado por el clima, la tectónica y el tipo de lecho rocoso en el área que alimenta el flujo hacia el abanico.
Flujo de escombros
Los ventiladores de flujo de escombros reciben la mayoría de sus sedimentos en forma de flujos de escombros. Los flujos de escombros son mezclas similares a lodos de agua y partículas de todos los tamaños, desde arcilla hasta cantos rodados, que se asemejan al concreto húmedo. Se caracterizan por tener un límite elástico, lo que significa que son muy viscosos a bajas velocidades de flujo, pero se vuelven menos viscosos a medida que aumenta la velocidad del flujo. Esto significa que un flujo de escombros puede detenerse mientras aún se encuentra en un terreno moderadamente inclinado. El flujo se consolida entonces por su propio peso.
Los abanicos de flujo de escombros ocurren en todos los climas, pero son más comunes donde la roca generadora es lutita o saprolita rica en matriz en lugar de regolito más grueso y permeable. La abundancia de sedimentos de grano fino fomenta la falla inicial de la ladera y el subsiguiente flujo cohesivo de escombros. La saturación del coluvión rico en arcilla por tormentas locales intensas inicia el derrumbe de taludes. El flujo de escombros resultante desciende por el canal del alimentador y llega a la superficie del ventilador.
Los ventiladores de flujo de escombros tienen una red de canales de distribución en su mayoría inactivos en el ventilador superior que da paso a lóbulos de nivel medio a inferior. Los canales tienden a ser llenados por flujos cohesivos de escombros posteriores. Por lo general, solo un lóbulo está activo a la vez, y los lóbulos inactivos pueden desarrollar un barniz desértico o desarrollar un perfil de suelo a partir de la deposición de polvo eólico, en escalas de tiempo de 1.000 a 10.000 años. Debido a su alta viscosidad, los flujos de escombros tienden a limitarse al abanico proximal y medial, incluso en un abanico aluvial dominado por flujos de escombros, y las inundaciones fluviales dominan el abanico distal. Sin embargo, algunos abanicos dominados por flujos de escombros en climas áridos consisten casi en su totalidad en flujos de escombros y gravas retardadas del aventado eólico de flujos de escombros, sin evidencia de inundación laminar o depósitos de criba. Los abanicos dominados por el flujo de escombros tienden a ser empinados y con poca vegetación.
Fluviales
Los abanicos fluviales (abanicos dominados por el flujo de la corriente) reciben la mayoría de sus sedimentos en forma de flujo de la corriente en lugar de flujos de escombros. Se distinguen menos claramente de los depósitos fluviales ordinarios que los abanicos de flujo de detritos.
Los abanicos fluviales ocurren donde hay un flujo de corriente perenne, estacional o efímero que alimenta un sistema de canales de distribución en el abanico. En climas áridos o semiáridos, la deposición está dominada por lluvias infrecuentes pero intensas que producen inundaciones repentinas en el canal de alimentación. Esto da como resultado inundaciones laminares en el abanico aluvial, donde el agua cargada de sedimentos sale de su canal y se confina y se esparce por la superficie del abanico. Estos pueden incluir flujos hiperconcentrados que contienen del 20 % al 45 % de sedimentos, que son intermedios entre inundaciones laminares con un 20 % o menos de sedimentos y flujos de escombros con más del 45 % de sedimentos. A medida que la inundación retrocede, a menudo deja un rezago de depósitos de grava que tienen la apariencia de una red de arroyos trenzados.
Donde el flujo es más continuo, como cuando se derrite la nieve en primavera, el flujo de canal inciso en canales de 1 a 4 metros (3 a 10 pies) de altura tiene lugar en una red de arroyos entrelazados. Tales abanicos aluviales tienden a tener una pendiente menos profunda pero pueden llegar a ser enormes. El Kosi y otros abanicos a lo largo del frente montañoso del Himalaya en la llanura Indo-Gangética son ejemplos de gigantescos abanicos aluviales dominados por el flujo de la corriente, a veces descritos como megafans. Aquí, el movimiento continuo en Main Boundary Thrust durante los últimos diez millones de años ha concentrado el drenaje de 750 kilómetros (470 millas) de frente de montaña en solo tres enormes abanicos.
Registro geológico
Los abanicos aluviales son comunes en el registro geológico, pero pueden haber sido particularmente importantes antes de la evolución de las plantas terrestres a mediados del Paleozoico. Son característicos de las cuencas delimitadas por fallas y pueden tener 5000 metros (16 000 pies) o más de espesor debido al hundimiento tectónico de la cuenca y al levantamiento del frente montañoso. La mayoría son rojos de hematites producidos por alteración diagenética de minerales ricos en hierro en un ambiente oxidante poco profundo. Los ejemplos de paleofans incluyen las cuencas triásicas del este de América del Norte y la nueva arenisca roja del sur de Devon, la cuenca del Devónico Hornelen de Noruega y el Devónico-Carbonífero en la península de Gaspé en Canadá. Tal depósito de abanico probablemente contiene las mayores acumulaciones de grava en el registro geológico.
Facies deposicionales
Varios tipos de depósitos de sedimentos (facies) se encuentran en los abanicos aluviales.
Los abanicos aluviales se caracterizan por una sedimentación gruesa, aunque los sedimentos que forman el abanico se vuelven menos gruesos más allá del vértice. Las gravas muestran una imbricación bien desarrollada con los guijarros hundiéndose hacia el ápice. Los depósitos de abanico generalmente muestran una clasificación inversa bien desarrollada causada por la construcción exterior del abanico: los sedimentos más finos se depositan en el borde del abanico, pero a medida que el abanico continúa creciendo, los sedimentos cada vez más gruesos se depositan sobre los sedimentos anteriores, menos gruesos. Sin embargo, algunos abanicos muestran una clasificación normal que indica inactividad o incluso el retroceso de los abanicos, de modo que sedimentos cada vez más finos se depositan sobre sedimentos más gruesos anteriores. Las secuencias de clasificación normales o inversas pueden tener cientos o miles de metros de espesor. Las facies depositacionales que han sido reportadas para abanicos aluviales incluyen flujos de escombros, inundaciones laminares e inundaciones de arroyos de régimen superior, depósitos de tamiz y flujos de arroyos trenzados, cada uno dejando sus propios depósitos de sedimentos característicos que pueden ser identificados por los geólogos.
Los depósitos de flujo de detritos son comunes en el abanico proximal y medial. Estos depósitos carecen de estructura sedimentaria, aparte del ocasional lecho de grado inverso hacia la base, y están mal clasificados. El abanico proximal también puede incluir lóbulos de grava que se han interpretado como depósitos de criba, donde la escorrentía se infiltra rápidamente y deja atrás solo el material grueso. Sin embargo, los lóbulos de grava también se han interpretado como depósitos de flujo de escombros. El conglomerado que se origina como flujos de escombros en abanicos aluviales se describe como fanglomerado.
Los depósitos de flujo de corriente tienden a ser como láminas, mejor clasificados que los depósitos de flujo de escombros y, a veces, muestran estructuras sedimentarias bien desarrolladas, como capas cruzadas. Estos son más frecuentes en el abanico medial y distal. En el abanico distal, donde los canales son muy poco profundos y trenzados, los depósitos de flujo fluvial consisten en lechos intercalados arenosos con estratificación plana y de artesa inclinada. El abanico medial de un abanico aluvial dominado por corrientes de agua muestra casi las mismas facies de depósito que los ambientes fluviales ordinarios, por lo que la identificación de abanicos aluviales antiguos debe basarse en la paleomorfología radial en un entorno de piedemonte.
Ocurrencias
Los abanicos aluviales son característicos del terreno montañoso en climas áridos a semiáridos, pero también se encuentran en ambientes más húmedos sujetos a lluvias intensas y en áreas de glaciación moderna. También se han encontrado en otros cuerpos del Sistema Solar.
Terrestre
Los abanicos aluviales se construyen en respuesta a la erosión inducida por el levantamiento tectónico. El engrosamiento hacia arriba de los lechos que componen el abanico refleja ciclos de erosión en las tierras altas que alimentan de sedimentos al abanico. Sin embargo, el clima y los cambios en el nivel base pueden ser tan importantes como el levantamiento tectónico. Por ejemplo, los abanicos aluviales en el Himalaya muestran abanicos más antiguos atrincherados y cubiertos por abanicos más jóvenes. Los abanicos más jóvenes, a su vez, están cortados por profundos valles incisos que muestran dos niveles de terrazas. La datación mediante luminiscencia estimulada ópticamente sugiere una pausa de 70 000 a 80 000 años entre los abanicos nuevos y viejos, con evidencia de inclinación tectónica hace 45 000 años y el final de la deposición de abanicos hace 20 000 años. Se cree que tanto la pausa como el final más reciente de la deposición en abanico están relacionados con períodos de mayor precipitación monzónica del suroeste. El clima también ha influido en la formación de abanicos en Death Valley, California, EE. UU., donde la datación de los lechos sugiere que los picos de deposición de abanicos durante los últimos 25 000 años ocurrieron durante épocas de cambio climático rápido, tanto de húmedo a seco como de seco a húmedo.
Los abanicos aluviales a menudo se encuentran en áreas desérticas, que están sujetas a inundaciones repentinas periódicas de tormentas eléctricas cercanas en las colinas locales. El curso de agua típico en un clima árido tiene una gran cuenca en forma de embudo en la parte superior, que conduce a un estrecho desfiladero, que desemboca en un abanico aluvial en el fondo. Múltiples corrientes trenzadas suelen estar presentes y activas durante los flujos de agua. Las freatofitas (plantas con largas raíces primarias capaces de alcanzar un nivel freático profundo) a veces se encuentran en líneas sinuosas que irradian desde los dedos de los pies en climas áridos. Estas franjas de freatofitas en forma de abanico trazan canales enterrados de sedimentos gruesos del abanico que se han intercalado con sedimentos impermeables de la playa.
Los abanicos aluviales también se desarrollan en climas más húmedos cuando el terreno de alto relieve se encuentra junto a un terreno de bajo relieve. En Nepal, el río Koshi ha construido un megaabanico que cubre unos 15 000 km2 (5,800 sq mi) por debajo de su salida de las estribaciones del Himalaya hacia las llanuras casi llanas donde el río atraviesa la India antes de unirse al Ganges.
A lo largo de los afluentes superiores de Koshi, las fuerzas tectónicas elevan el Himalaya varios milímetros al año. El levantamiento está aproximadamente en equilibrio con la erosión, por lo que el río transporta anualmente unos 100 millones de metros cúbicos (3,5×10^9 cu ft) de sedimento a medida que sale de las montañas. La deposición de esta magnitud durante millones de años es más que suficiente para explicar el megafan.
En América del Norte, los arroyos que desembocan en el Valle Central de California han depositado abanicos aluviales más pequeños pero igualmente extensos, como el del río Kings que fluye desde Sierra Nevada. Al igual que los mega fanáticos del Himalaya, estos son fanáticos dominados por el flujo de corriente.
Extraterrestre
Marte
Los abanicos aluviales también se encuentran en Marte. A diferencia de los abanicos aluviales de la Tierra, los de Marte rara vez se asocian con procesos tectónicos, pero son mucho más comunes en los bordes de los cráteres. Los abanicos aluviales del borde del cráter parecen haber sido depositados por flujo laminar en lugar de flujos de escombros.
Se han encontrado tres abanicos aluviales en el cráter Saheki. Estos ventiladores confirmaron el flujo fluvial pasado en el planeta y respaldaron aún más la teoría de que el agua líquida alguna vez estuvo presente de alguna forma en la superficie marciana. Además, las observaciones de abanicos en el cráter Gale realizadas por satélites desde la órbita ahora han sido confirmadas por el descubrimiento de sedimentos fluviales por el rover Curiosity. Los abanicos aluviales en el cráter Holden tienen perfiles recortados en los dedos atribuidos a la erosión fluvial.
Los pocos abanicos aluviales asociados con procesos tectónicos incluyen los de Coprates Chasma y Juventae Chasma, que forman parte del sistema de cañones Valles Marineris. Estos proporcionan evidencia de la existencia y naturaleza de las fallas en esta región de Marte.
Titán
La misión Cassini-Huygens ha observado abanicos aluviales en Titán utilizando el instrumento de radar de apertura sintética del orbitador Cassini. Estos abanicos son más comunes en las latitudes medias más secas al final de los ríos de metano/etano, donde se cree que se humedecen y se secan con frecuencia debido a la precipitación, al igual que los abanicos áridos de la Tierra. Las imágenes de radar sugieren que el material del abanico probablemente esté compuesto por granos redondos de hielo de agua o compuestos orgánicos sólidos de unos dos centímetros de diámetro.
Impacto en los humanos
Los abanicos aluviales son los depósitos de agua subterránea más importantes en muchas regiones. Muchas áreas urbanas, industriales y agrícolas están ubicadas en abanicos aluviales, incluidas las conurbaciones de Los Ángeles, California; Salt Lake City, Utah; y Denver, Colorado, en el oeste de los Estados Unidos y en muchas otras partes del mundo. Sin embargo, las inundaciones en los abanicos aluviales plantean problemas únicos para la prevención y preparación de desastres.
Acuíferos
Los lechos de sedimentos gruesos asociados con abanicos aluviales forman acuíferos que son los depósitos de agua subterránea más importantes en muchas regiones. Estos incluyen regiones áridas, como Egipto o Irak, y regiones húmedas, como Europa central o Taiwán.
Peligros de inundación
Los abanicos aluviales están sujetos a inundaciones poco frecuentes pero a menudo muy dañinas, cuyas características inusuales distinguen las inundaciones de abanico aluvial de las inundaciones ordinarias de las riberas de los ríos. Estos incluyen una gran incertidumbre en el camino probable de la inundación, la probabilidad de depósito abrupto y erosión de sedimentos arrastrados por la inundación desde fuentes río arriba, y una combinación de la disponibilidad de sedimentos y de la pendiente y topografía del abanico que crea peligros extraordinarios. Estos peligros no pueden mitigarse de manera confiable mediante la elevación en el relleno (elevar los edificios existentes hasta un metro (tres pies) y construir nuevos cimientos debajo de ellos). Como mínimo, se requieren importantes medidas estructurales de control de inundaciones para mitigar el riesgo y, en algunos casos, la única alternativa es restringir el desarrollo en la superficie del abanico. Tales medidas pueden ser políticamente controvertidas, particularmente porque el peligro no es obvio para los propietarios. En los Estados Unidos, las áreas en riesgo de inundación por abanico aluvial están marcadas como Zona AO en los mapas de tasas de seguros contra inundaciones.
Las inundaciones de los abanicos aluviales comúnmente toman la forma de inundaciones repentinas cortas (varias horas) pero enérgicas que ocurren con poca o ninguna advertencia. Por lo general, son el resultado de lluvias intensas y prolongadas, y se caracterizan por altas velocidades y capacidad para el transporte de sedimentos. Los flujos abarcan desde inundaciones hasta flujos hiperconcentrados y flujos de escombros, según el volumen de sedimentos en el flujo. Los flujos de escombros se asemejan al hormigón recién vertido, que consiste principalmente en escombros gruesos. Los flujos hiperconcentrados son intermedios entre inundaciones y flujos de escombros, con un contenido de agua entre 40 y 80 por ciento en peso. Las inundaciones pueden pasar a flujos hiperconcentrados a medida que arrastran sedimentos, mientras que los flujos de escombros pueden convertirse en flujos hiperconcentrados si se diluyen con agua. Debido a que las inundaciones en los abanicos aluviales transportan grandes cantidades de sedimentos, los canales pueden bloquearse rápidamente, creando una gran incertidumbre sobre las rutas de flujo que magnifica los peligros.
Las inundaciones de los abanicos aluviales en los Apeninos de Italia han resultado en repetidas pérdidas de vidas. Una inundación el 1 de octubre de 1581 en Piedimonte Matese resultó en la pérdida de 400 vidas. La pérdida de vidas por inundaciones de abanicos aluviales continuó hasta el siglo XIX, y el peligro de inundaciones de abanicos aluviales sigue siendo una preocupación en Italia.
El 1 de enero de 1934, lluvias sin precedentes en un área recientemente incendiada de las montañas de San Gabriel, California, provocaron graves inundaciones en el abanico aluvial sobre el que se construyeron las ciudades de Montrose y Glendale. Las inundaciones causaron pérdidas significativas de vidas y propiedades.
El río Koshi en la India ha construido un megaabanico donde sale del Himalaya hacia la llanura del Ganges. El río tiene un historial de cambios frecuentes y caprichosos de su curso, por lo que se le ha llamado el Tristeza de Bihar por contribuir de manera desproporcionada al número de muertos en la India por las inundaciones. Estos superan los de todos los países excepto Bangladesh. Durante los últimos cientos de años, el río generalmente se había desplazado hacia el oeste a través de su abanico y, para 2008, el canal principal del río estaba ubicado en el extremo occidental del megaabanico. En agosto de 2008, los altos flujos del monzón rompieron el terraplén del río Koshi. Esto desvió la mayor parte del río hacia un canal antiguo desprotegido e inundó la parte central del megafan. Esta era un área con una alta densidad de población que se había mantenido estable durante más de 200 años. Más de un millón de personas quedaron sin hogar, alrededor de mil perdieron la vida y miles de hectáreas de cultivos fueron destruidas.
Depósitos de petróleo
A veces se encuentran abanicos aluviales enterrados en los márgenes de las cuencas de petróleo. Los ventiladores de flujo de escombros constituyen reservorios de petróleo deficientes, pero los ventiladores fluviales son reservorios potencialmente significativos. Aunque los abanicos fluviales suelen ser de peor calidad que los embalses más cercanos al centro de la cuenca, debido a su estructura compleja, los canales de inundación episódica de los abanicos son objetivos potencialmente lucrativos para la exploración de petróleo. Los abanicos aluviales que experimentan el recorte del pie (erosión lateral) por un río axial (un río que corre a lo largo de una cuenca delimitada por una escarpa) pueden tener un mayor potencial como embalses. El río deposita sedimentos axiales relativamente porosos y permeables que se alternan con lechos de sedimentos en abanico.
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