Meandro

Un meandro es uno de una serie de curvas sinuosas regulares en el canal de un río u otro curso de agua. Se produce cuando un curso de agua erosiona los sedimentos de un banco exterior cóncavo (banco cortado) y deposita sedimentos en un banco interior convexo que suele ser una barra puntual. El resultado de esta erosión y sedimentación combinadas es la formación de un curso sinuoso a medida que el canal migra de un lado a otro a través del eje de una llanura aluvial.

La zona dentro de la cual una corriente serpenteante cambia periódicamente su cauce se conoce como cinturón de meandros. Por lo general, oscila entre 15 y 18 veces el ancho del canal. Con el tiempo, los meandros migran río abajo, a veces en tan poco tiempo que crean desafíos de ingeniería civil para los municipios locales que intentan mantener carreteras y puentes estables.

El grado de serpenteo del cauce de un río, arroyo u otro curso de agua se mide por su sinuosidad. La sinuosidad de un curso de agua es la relación entre la longitud del canal y la distancia en línea recta valle abajo. Los arroyos o ríos con un solo cauce y sinuosidades de 1,5 o más se definen como arroyos o ríos serpenteantes.

Origen del término

El término deriva del sinuoso río Menderes ubicado en Asia Menor y conocido por los antiguos griegos como Μαίανδρος Maiandros (en latín: Maeander ), caracterizado por un camino muy tortuoso a lo largo del tramo inferior. Como resultado, incluso en la Grecia clásica (y en el pensamiento griego posterior) el nombre del río se había convertido en un sustantivo común que significaba cualquier cosa enrevesada y sinuosa, como patrones decorativos o discurso e ideas, así como la característica geomorfológica. Estrabón dijo: '...su curso es tan excesivamente tortuoso que todo lo tortuoso se llama meandro.'

El río Meander está al sur de Izmir, al este de la antigua ciudad griega de Mileto, ahora Milet, Turquía. Fluye a través de una serie de tres fosas en el macizo de Menderes, pero tiene una llanura aluvial mucho más ancha que la zona de meandros en su parte inferior. Su nombre turco moderno es el río Büyük Menderes.

Gobernando la física

Los meandros son el resultado de la interacción del agua que fluye a través de un canal curvo con el lecho del río subyacente. Esto produce un flujo helicoidal, en el que el agua se mueve desde la orilla exterior a la interior a lo largo del lecho del río, luego fluye de regreso a la orilla exterior cerca de la superficie del río. Esto, a su vez, aumenta la capacidad de transporte de sedimentos en el margen exterior y la reduce en el margen interior, de modo que los sedimentos se erosionan del margen exterior y se vuelven a depositar en el margen interior del siguiente meandro río abajo.

Cuando se introduce un fluido en un canal inicialmente recto que luego se dobla, las paredes laterales inducen un gradiente de presión que hace que el fluido cambie de curso y siga la curva. A partir de aquí, ocurren dos procesos opuestos: (1) flujo irrotacional y (2) flujo secundario. Para que un río tenga meandros, debe dominar el flujo secundario.

Flujo irrotacional : a partir de las ecuaciones de Bernoulli, la alta presión da como resultado una baja velocidad. Por lo tanto, en ausencia de flujo secundario esperaríamos una velocidad de fluido baja en el codo exterior y una velocidad de fluido alta en el codo interior. Este resultado clásico de la mecánica de fluidos es el flujo de vórtice irrotacional. En el contexto de ríos serpenteantes, sus efectos están dominados por los de flujo secundario.

Flujo secundario: Existe un equilibrio de fuerzas entre las fuerzas de presión que apuntan al recodo interior del río y las fuerzas centrífugas que apuntan al recodo exterior del río. En el contexto de los ríos serpenteantes, existe una capa límite dentro de la fina capa de fluido que interactúa con el lecho del río. Dentro de esa capa y siguiendo la teoría estándar de la capa límite, la velocidad del fluido es efectivamente cero. Por lo tanto, la fuerza centrífuga, que depende de la velocidad, también es efectivamente cero. Sin embargo, la fuerza de presión no se ve afectada por la capa límite. Por lo tanto, dentro de la capa límite, domina la fuerza de presión y el fluido se mueve a lo largo del fondo del río desde la curva exterior hacia la curva interior. Esto inicia el flujo helicoidal: a lo largo del lecho del río, el fluido sigue aproximadamente la curva del canal pero también es forzado hacia la curva interior;

Las velocidades más altas en la curvatura exterior conducen a esfuerzos cortantes más altos y, por lo tanto, provocan erosión. De manera similar, las velocidades más bajas en el doblez interior provocan esfuerzos cortantes más bajos y se produce la deposición. Por lo tanto, las curvas de los meandros se erosionan en la curva exterior, lo que hace que el río se vuelva cada vez más sinuoso (hasta que ocurren eventos de corte). La deposición en la curva interior ocurre de tal manera que para la mayoría de los ríos serpenteantes naturales, el ancho del río permanece casi constante, incluso a medida que el río evoluciona.

En un discurso ante la Academia de Ciencias de Prusia en 1926, Albert Einstein sugirió que debido a que la fuerza de Coriolis de la tierra puede causar un pequeño desequilibrio en la distribución de la velocidad, de modo que la velocidad en una orilla sea mayor que en la otra, podría desencadenar la erosión. en un banco y la deposición de sedimentos en el otro que produce meandros Sin embargo, las fuerzas de Coriolis son probablemente insignificantes en comparación con otras fuerzas que actúan para producir meandros del río.

Meandro geometría

La descripción técnica de un curso de agua serpenteante se denomina geometría de meandro o geometría de forma de planta de meandro. Se caracteriza por una forma de onda irregular. Las formas de onda ideales, como una onda sinusoidal, tienen el grosor de una línea, pero en el caso de una corriente, se debe tener en cuenta el ancho. El ancho del banco lleno es la distancia a través del lecho en una sección transversal promedio al nivel de la corriente completa, generalmente estimado por la línea de vegetación más baja.

Como una forma de onda, la corriente serpenteante sigue el eje valle abajo, una línea recta ajustada a la curva de modo que la suma de todas las amplitudes medidas a partir de ella es cero. Este eje representa la dirección general de la corriente.

En cualquier sección transversal, el flujo sigue el eje sinuoso, la línea central del lecho. Dos puntos de cruce consecutivos de ejes sinuosos y valle abajo definen un bucle de meandro. El meandro son dos bucles consecutivos que apuntan en direcciones transversales opuestas. La distancia de un meandro a lo largo del eje valle abajo es la longitud del meandro o longitud de onda. La distancia máxima desde el eje valle abajo hasta el eje sinuoso de un bucle es el ancho o amplitud del meandro. El curso en ese punto es el vértice.

En contraste con las ondas sinusoidales, los bucles de una corriente serpenteante son casi circulares. La curvatura varía desde un máximo en el vértice hasta cero en un punto de cruce (línea recta), también llamado inflexión, porque la curvatura cambia de dirección en esa vecindad. El radio del bucle es la línea recta perpendicular al eje del valle inferior que se cruza con el eje sinuoso en el vértice. Como el bucle no es ideal, se necesita información adicional para caracterizarlo. El ángulo de orientación es el ángulo entre el eje sinuoso y el eje valle abajo en cualquier punto del eje sinuoso.

Un bucle en el vértice tiene un banco exterior o cóncavo y un banco interior o convexo. El cinturón de meandros se define por un ancho de meandro promedio medido de margen exterior a margen exterior en lugar de de línea central a línea central. Si hay una llanura aluvial, se extiende más allá del cinturón de meandros. Entonces se dice que el meandro es libre: se puede encontrar en cualquier parte de la llanura aluvial. Si no hay planicie de inundación, los meandros son fijos.

Varias fórmulas matemáticas relacionan las variables de la geometría del meandro. Resulta que se pueden establecer algunos parámetros numéricos, que aparecen en las fórmulas. La forma de onda depende en última instancia de las características del flujo, pero los parámetros son independientes de él y aparentemente son causados ​​por factores geológicos. En general, la longitud del meandro es de 10 a 14 veces, con un promedio de 11 veces, el ancho del canal de banco completo y de 3 a 5 veces, con un promedio de 4,7 veces, el radio de curvatura en el vértice. Este radio es de 2 a 3 veces el ancho del canal.

Un meandro también tiene un patrón de profundidad. Los cruces están marcados por rápidos o lechos poco profundos, mientras que en los vértices hay estanques. En una piscina, la dirección del flujo es hacia abajo, fregando el material del lecho. El volumen principal, sin embargo, fluye más lentamente en el interior de la curva donde, debido a la disminución de la velocidad, deposita sedimentos.

La línea de máxima profundidad, o canal, es la vaguada o línea de vaguada. Por lo general, se designa como la línea fronteriza cuando los ríos se utilizan como fronteras políticas. El thalweg abraza las orillas exteriores y vuelve al centro sobre los rápidos. La longitud del arco del meandro es la distancia a lo largo del thalweg sobre un meandro. La longitud del río es la longitud a lo largo de la línea central.

Formación

Una vez que un canal comienza a seguir una trayectoria sinusoidal, la amplitud y la concavidad de los bucles aumentan drásticamente. Esto se debe al efecto del flujo helicoidal que barre el material erosionado denso hacia el interior de la curva y deja el exterior de la curva desprotegido y vulnerable a la erosión acelerada. Esto establece un ciclo de retroalimentación positiva. En palabras de Elizabeth A. Wood:

'... este proceso de hacer meandros parece ser un proceso de autointensificación... en el que una mayor curvatura da como resultado una mayor erosión de la orilla, lo que da como resultado una mayor curvatura...'

La corriente cruzada a lo largo del piso del canal es parte del flujo secundario y arrastra material erosionado denso hacia el interior de la curva. La corriente cruzada luego sube a la superficie cerca del interior y fluye hacia el exterior, formando el flujo helicoidal. Cuanto mayor sea la curvatura de la curva, y cuanto más rápido sea el flujo, más fuerte será la corriente cruzada y el barrido.

Debido a la conservación del momento angular, la velocidad en el interior de la curva es mayor que en el exterior.

Dado que la velocidad del flujo disminuye, también lo hace la presión centrífuga. La presión de la columna peraltada prevalece, desarrollando un gradiente desequilibrado que hace retroceder el agua a través del fondo desde el exterior hacia el interior. El flujo es suministrado por un contraflujo a través de la superficie desde el interior hacia el exterior. Toda esta situación es muy similar a la paradoja de la hoja de té. Este flujo secundario transporta sedimentos desde el exterior de la curva hacia el interior, lo que hace que el río sea más serpenteante.

En cuanto a por qué los arroyos de cualquier tamaño se vuelven sinuosos en primer lugar, existen varias teorías, que no necesariamente se excluyen mutuamente.

Teoría estocástica

La teoría estocástica puede adoptar muchas formas, pero una de las declaraciones más generales es la de Scheidegger: "Se supone que el tren de meandros es el resultado de las fluctuaciones estocásticas de la dirección del flujo debido a la presencia aleatoria de obstáculos que cambian de dirección en el flujo". camino del río. Dada una superficie artificial plana, lisa e inclinada, la lluvia se escurre en láminas, pero incluso en ese caso la adhesión del agua a la superficie y la cohesión de las gotas producen riachuelos al azar. Las superficies naturales son ásperas y erosionables en diferentes grados. El resultado de todos los factores físicos actuando al azar son canales que no son rectos, que luego progresivamente se vuelven sinuosos. Incluso los canales que parecen rectos tienen una vaguada sinuosa que finalmente conduce a un canal sinuoso.

Teoría del equilibrio

En la teoría del equilibrio, los meandros disminuyen el gradiente de la corriente hasta que se alcanza un equilibrio entre la erosionabilidad del terreno y la capacidad de transporte de la corriente. Una masa de agua que desciende debe ceder energía potencial, la cual, dada la misma velocidad al final de la caída que al principio, se elimina por interacción con el material del lecho del arroyo. La distancia más corta; es decir, un canal recto da como resultado la energía más alta por unidad de longitud, alterando más las orillas, creando más sedimentos y degradando la corriente. La presencia de meandros permite que la corriente ajuste la longitud a una energía de equilibrio por unidad de longitud en la que la corriente se lleva todo el sedimento que produce.

Teoría geomórfica y morfotectónica

Geomórfico se refiere a la estructura de la superficie del terreno. Morfotectónico significa que tiene que ver con la estructura más profunda o tectónica (placa) de la roca. Las funciones incluidas en estas categorías no son aleatorias y guían los flujos por caminos no aleatorios. Son obstáculos predecibles que instigan la formación de meandros al desviar la corriente. Por ejemplo, la corriente podría ser guiada hacia una línea de falla (morfotectónica).

Accidentes geográficos asociados

Cortar banco

Un banco cortado es un banco o acantilado a menudo vertical que se forma donde el banco exterior cóncavo de un meandro corta la llanura aluvial o la pared del valle de un río o arroyo. Un terraplén también se conoce como acantilado cortado por el río, acantilado de río o acantilado y se escribe como terraplén. La erosión que forma un banco cortado ocurre en el banco exterior de un meandro porque el flujo helicoidal de agua mantiene el banco limpio de arena suelta, limo y sedimento y lo somete a una erosión constante. Como resultado, el meandro se erosiona y migra en la dirección de la curva exterior, formando el banco cortado.

A medida que el banco cortado se ve socavado por la erosión, comúnmente se derrumba y se desploma en el canal del río. El sedimento desplomado, después de haber sido fragmentado por el desplome, se erosiona fácilmente y se transporta hacia el centro del canal. El sedimento erosionado de un banco cortado tiende a depositarse en la punta del siguiente meandro río abajo, y no en la punta opuesta. Esto se puede ver en áreas donde crecen árboles en las orillas de los ríos; en el interior de los meandros, los árboles, como los sauces, a menudo están lejos de la orilla, mientras que en el exterior de la curva, las raíces de los árboles suelen quedar expuestas y socavadas, lo que finalmente hace que los árboles caigan al río.

Corte de meandro

Un corte de meandro, también conocido como meandro de corte o meandro abandonado, es un meandro que ha sido abandonado por su corriente después de la formación de un corte de cuello. Un lago que ocupa un meandro cortado se conoce como un lago en meandro. Los meandros de corte que han cortado hacia abajo en el lecho rocoso subyacente se conocen en general como meandros de corte incisos. Como en el caso de Anderson Bottom Rincon, los meandros incisos que tienen paredes empinadas, a menudo verticales, a menudo, pero no siempre, se conocen como rincones en el suroeste de los Estados Unidos. Rincón en inglés es una palabra no técnica en el suroeste de los Estados Unidos para un pequeño valle aislado, una alcoba o un hueco angular en un acantilado, o una curva en un río.

Meandros incisos

Los meandros de un arroyo o río que ha cortado su lecho en el lecho rocoso se conocen como meandros incisos, atrincherados, atrincherados, encerrados o encarnados. Algunos científicos de la Tierra reconocen y usan una subdivisión más fina de meandros incisos. Thornbury argumenta que los meandros incisos o encerrados son sinónimos que son apropiados para describir cualquier meandro inciso hacia abajo en el lecho rocoso y define los meandros cerrados o atrincherados.como un subtipo de meandros incisos (meandros cerrados) caracterizados por lados de valle simétricos. Argumenta que los lados simétricos del valle son el resultado directo de la rápida excavación de un curso de agua en el lecho rocoso. Además, tal como lo propone Rich, Thornbury argumenta que los valles incisos con una pronunciada asimetría de sección transversal, a los que llamó meandros encarnados, son el resultado de la migración lateral y la incisión de un meandro durante un período de descenso más lento del canal. Independientemente, se cree que la formación de meandros arraigados y meandros encarnados requiere que el nivel base caiga como resultado de un cambio relativo en el nivel medio del mar, un levantamiento tectónico o isostático, la ruptura de una presa de hielo o deslizamiento de tierra, o una inclinación regional. Los ejemplos clásicos de meandros incisos están asociados con ríos en la meseta de Colorado, Kentucky River Palisades en el centro de Kentucky y arroyos en la meseta de Ozark.

Como se señaló anteriormente, inicialmente se argumentó o supuso que un meandro inciso es característico de un arroyo o río anterior que había incidido su canal en los estratos subyacentes. Un arroyo o río antecedente es aquel que mantiene su curso y patrón original durante la incisión a pesar de los cambios en la topografía de la roca subyacente y en los tipos de roca. Sin embargo, geólogos posteriores argumentan que la forma de un meandro inciso no siempre se "hereda", por ejemplo, estrictamente de una corriente serpenteante anterior donde su patrón de meandro podría desarrollarse libremente en una llanura aluvial nivelada. En cambio, argumentan que a medida que avanza la incisión fluvial del lecho rocoso, el curso de la corriente se modifica significativamente por variaciones en el tipo de roca y fracturas, fallas y otras estructuras geológicas enMeandros condicionados litológicamente o meandros controlados estructuralmente.

Lagos de meandro

El lago de meandro, que es el tipo más común de lago fluvial, es un lago en forma de media luna que deriva su nombre de su distintiva forma curva. Los lagos Oxbow también se conocen como lagos cortados. Dichos lagos se forman regularmente en llanuras aluviales no perturbadas como resultado del proceso normal de meandros fluviales. Un río o arroyo forma un canal sinuoso a medida que el lado exterior de sus curvas se erosiona y los sedimentos se acumulan en el lado interior, que forma una curva serpenteante en forma de herradura. Eventualmente, como resultado de sus meandros, el canal fluvial atraviesa el estrecho cuello del meandro y forma un meandro cortado. El avance final del cuello, que se llama corte del cuello., a menudo ocurre durante una gran inundación porque es entonces cuando el curso de agua está fuera de su cauce y puede fluir directamente a través del cuello y erosionarlo con toda la fuerza de la inundación.

Después de que se forma un meandro de corte, el agua del río fluye hacia su extremo desde el río y construye una pequeña característica similar a un delta en cada extremo durante las inundaciones. Estas características tipo delta bloquean cualquiera de los extremos del meandro cortado para formar un lago en forma de meandro estancado que está separado del flujo del canal fluvial e independiente del río. Durante las inundaciones, las aguas de la inundación depositan sedimentos de grano fino en el lago oxbow. Como resultado, los lagos en meandro tienden a llenarse con sedimentos ricos en materia orgánica de grano fino con el tiempo.

Barra de puntos

Una barra de punta, que también se conoce como barra de meandro, es una barra fluvial que se forma por la adición lenta, a menudo episódica, de acumulaciones individuales de sedimentos no cohesivos en la orilla interior de un meandro por la migración acompañante del canal hacia su banco exterior.Este proceso se llama acreción lateral. La acreción lateral ocurre principalmente durante la marea alta o inundaciones cuando la barra de punta está sumergida. Por lo general, el sedimento consiste en arena, grava o una combinación de ambos. El sedimento que comprende algunas barras puntuales podría degradarse aguas abajo en sedimentos limosos. Debido a la disminución de la velocidad y la fuerza de la corriente desde el vaguado del canal hasta la superficie superior de la barra de puntos cuando se deposita el sedimento, la secuencia vertical de sedimentos que comprende una barra de puntos se vuelve más fina hacia arriba dentro de una barra de puntos individual. Por ejemplo, es típico que las barras de punta se refinan hacia arriba desde grava en la base hasta arena fina en la parte superior. La fuente del sedimento es típicamente los bancos cortados aguas arriba de los cuales la arena, las rocas y los escombros han sido erosionados, barridos, y rodó por el lecho del río y río abajo hasta la orilla interior de un recodo del río. En la curva interior, este sedimento y escombros finalmente se depositan en la pendiente de deslizamiento de una barra de punta.

Barras de desplazamiento

Las barras de desplazamiento son el resultado de la migración lateral continua de un bucle de meandro que crea una topografía asimétrica de crestas y pantanos en el interior de las curvas. La topografía es generalmente paralela al meandro, y está relacionada con formas de barras migratorias y rampas de barras traseras, que extraen sedimentos del exterior de la curva y depositan sedimentos en el agua que fluye más lentamente en el interior del bucle, en un proceso llamado lateral. acreción. Los sedimentos de barra de desplazamiento se caracterizan por estratificación cruzada y un patrón de afinación hacia arriba.Estas características son el resultado del sistema fluvial dinámico, donde los granos más grandes son transportados durante las inundaciones de alta energía y luego mueren gradualmente, depositando material más pequeño con el tiempo (Batty 2006). Los depósitos de ríos serpenteantes son generalmente homogéneos y lateralmente extensos a diferencia de los depósitos de ríos trenzados más heterogéneos. Hay dos patrones distintos de deposiciones de barra de desplazamiento; el patrón de barra de desplazamiento de acreción de remolinos y el patrón de desplazamiento de barra de puntos. Al mirar hacia el valle del río, se pueden distinguir porque los patrones de desplazamiento de la barra de puntos son convexos y los patrones de desplazamiento de la barra de acumulación de remolinos son cóncavos.

Las barras de desplazamiento a menudo se ven más claras en la parte superior de las crestas y más oscuras en los bajíos. Esto se debe a que las partes superiores pueden moldearse con el viento, ya sea agregando granos finos o manteniendo el área sin vegetación, mientras que la oscuridad en las zanjas se puede atribuir a los sedimentos y arcillas que se arrastran durante los períodos de aguas altas. Este sedimento añadido además del agua que se atrapa en los pantanos es a su vez un entorno favorable para la vegetación que también se acumulará en los pantanos.

Pendiente de deslizamiento

Dependiendo de si un meandro es parte de un río atrincherado o parte de un río que serpentea libremente dentro de una llanura aluvial, el término pendiente de deslizamiento puede referirse a dos accidentes geográficos fluviales diferentes que comprenden el banco interno, convexo, de un bucle de meandro. En el caso de un río que serpentea libremente en una llanura aluvial, una pendiente de deslizamiento es la orilla interior de un meandro con una pendiente suave en la que los sedimentos se acumulan episódicamente para formar una barra puntual a medida que el río serpentea. Este tipo de talud de deslizamiento está ubicado frente al terraplén. Este término también se puede aplicar a la orilla inclinada interior de un canal de marea serpenteante.

En el caso de un río atrincherado, una pendiente de deslizamiento es una superficie de lecho rocoso de suave pendiente que se eleva desde el interior, la orilla cóncava de un río asimétricamente atrincherado. Este tipo de talud de deslizamiento a menudo está cubierto por una capa delgada y discontinua de aluvión. Se produce por la migración gradual hacia afuera del meandro cuando un río corta el lecho rocoso. Una terraza en la pendiente de deslizamiento de un espolón de meandro, conocida como terraza de pendiente de deslizamiento, puede formarse por una breve parada durante la incisión irregular de un río que serpentea activamente.

Cantidades derivadas

La relación de meandro o índice de sinuosidad es un medio para cuantificar cuánto serpentea un río o arroyo (cuánto se desvía su curso del camino más corto posible). Se calcula como la longitud del arroyo dividida por la longitud del valle. Un río perfectamente recto tendría una relación de meandros de 1 (sería de la misma longitud que su valle), mientras que cuanto mayor sea esta relación por encima de 1, más meandros tendrá el río.

Los índices de sinuosidad se calculan a partir del mapa o de una fotografía aérea medida sobre una distancia llamada alcance, que debe ser al menos 20 veces el ancho promedio del canal de banco completo. La longitud de la corriente se mide por la longitud del canal, o thalweg, sobre el tramo, mientras que el valor inferior de la relación es la longitud valle abajo o la distancia en el aire de la corriente entre dos puntos que definen el tramo.

El índice de sinuosidad juega un papel en las descripciones matemáticas de las corrientes. El índice puede requerir elaboración, porque el valle también puede serpentear, es decir, la longitud del valle abajo no es idéntica al tramo. En ese caso, el índice de valle es la relación de meandro del valle, mientras que el índice de canal es la relación de meandro del canal. El índice de sinuosidad del canal es la longitud del canal dividida por la longitud del valle y el índice de sinuosidad estándar es el índice del canal dividido por el índice del valle. Las distinciones pueden llegar a ser aún más sutiles.

Sinuosity Index también tiene una utilidad no matemática. Los flujos se pueden colocar en categorías organizadas por él; por ejemplo, cuando el índice está entre 1 y 1,5 el río es sinuoso, pero si está entre 1,5 y 4 entonces es serpenteante. El índice es también una medida de la velocidad de la corriente y la carga de sedimentos, siendo estas cantidades maximizadas en un índice de 1 (directo).