Sedimento

sedimento de río en el océano

Sedimento es un material natural que se descompone por procesos de meteorización y erosión, y que posteriormente es transportado por la acción del viento, el agua o el hielo o por la fuerza de la gravedad que actúa sobre el partículas Por ejemplo, la arena y el limo pueden transportarse en suspensión en el agua de los ríos y al llegar al lecho marino depositarse por sedimentación; si se entierran, eventualmente pueden convertirse en arenisca y limolita (rocas sedimentarias) a través de la litificación.

Los sedimentos son transportados con mayor frecuencia por el agua (procesos fluviales), pero también por el viento (procesos eólicos) y los glaciares. Las arenas de las playas y los depósitos en los canales de los ríos son ejemplos de transporte y deposición fluvial, aunque los sedimentos a menudo también se asientan en aguas estancadas o de movimiento lento en lagos y océanos. Las dunas de arena del desierto y el loess son ejemplos de transporte y deposición eólica. Los depósitos de morrena glacial y hasta son sedimentos transportados por hielo.

Clasificación

Sedimento en el Golfo de México

Sediment off the Yucatán Peninsula

Los sedimentos se pueden clasificar según su tamaño de grano, forma de grano y composición.

Tamaño de grano

El tamaño del sedimento se mide en una escala de base logarítmica 2, llamada "Phi" escala, que clasifica las partículas por tamaño de "coloide" a "roca".

Forma

Representación esquemática de la diferencia en forma de grano. Se muestran dos parámetros: esfericidad (vertical) y redondeo (horizontal).

La forma de las partículas se puede definir en términos de tres parámetros. La forma es la forma general de la partícula, con descripciones comunes como esférica, platinada o en forma de varilla. La redondez es una medida de cuán afiladas son las esquinas del grano. Esto varía desde granos bien redondeados con esquinas y bordes suaves hasta granos mal redondeados con esquinas y bordes afilados. Finalmente, la textura de la superficie describe características a pequeña escala, como rayones, hoyos o crestas en la superficie del grano.

Formulario

La forma (también llamada esfericidad) se determina midiendo el tamaño de la partícula en sus ejes principales. William C. Krumbein propuso fórmulas para convertir estos números en una sola medida de forma, como

${displaystyle psi _{l}={sqrt[{3}{frac {D_{I}}{D_{L}}} {}}}}} {}}} {}}} {f}}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}}} {$

Donde ${displaystyle D_{L}$, ${displaystyle D_{I}$, y ${displaystyle D_{S}$ son las longitudes largas, intermedias y cortas del eje de la partícula. La forma ${displaystyle psi _{l}$ varía de 1 para una partícula perfectamente esférica a valores muy pequeños para una partícula tipo placa o varilla.

Sneed y Folk propusieron una medida alternativa:

${displaystyle psi _{p}={sqrt[{3}{frac {D_{S}{2}{D_{L}d_{I}}}} {f}}}} {f}}}} {f}}}}} {f}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}} {$

que, de nuevo, varía de 0 a 1 al aumentar la esfericidad.

Redondez

Gráfico de comparación para evaluar la redondez de los granos de sedimentos

La redondez describe qué tan afilados son los bordes y las esquinas de las partículas. Se han ideado fórmulas matemáticas complejas para su medición precisa, pero son difíciles de aplicar y la mayoría de los geólogos estiman la redondez a partir de tablas de comparación. Los términos descriptivos comunes van desde muy angular a angular a subangular a subredondeado a redondeado a muy redondeado, con un grado creciente de redondez.

Textura superficial

La textura de la superficie describe las características a pequeña escala de un grano, como hoyos, fracturas, crestas y rayones. Estos se evalúan más comúnmente en granos de cuarzo, porque conservan sus marcas superficiales durante largos períodos de tiempo. La textura de la superficie varía de pulida a esmerilada y puede revelar la historia del transporte del grano; por ejemplo, los granos helados son particularmente característicos de los sedimentos eólicos, transportados por el viento. La evaluación de estas características a menudo requiere el uso de un microscopio electrónico de barrido.

Composición

La composición del sedimento se puede medir en términos de:

• parent rock lithology
• composición mineral
• maquillaje químico.

Esto lleva a una ambigüedad en la que la arcilla se puede usar como rango de tamaño y composición (ver minerales arcillosos).

Transporte de sedimentos

El sedimento se acumula en aguas residuales causadas por el ser humano porque reducen la velocidad del flujo de agua, por lo que el flujo no puede llevar tanta carga de sedimentos.

Transporte glacial de rocas. Estos calzoncillos serán depositados como los retiros glaciares.

El sedimento se transporta en función de la fuerza del flujo que lo transporta y de su propio tamaño, volumen, densidad y forma. Los flujos más fuertes aumentarán la elevación y el arrastre de la partícula, lo que hará que se eleve, mientras que las partículas más grandes o más densas tendrán más probabilidades de caer a través del flujo.

Procesos fluviales: ríos, arroyos y flujo superficial

Movimiento de partículas

Los ríos y arroyos transportan sedimentos en sus caudales. Este sedimento puede estar en una variedad de ubicaciones dentro del flujo, según el equilibrio entre la velocidad ascendente de la partícula (fuerzas de arrastre y sustentación) y la velocidad de asentamiento 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 del sedimento (velocidad de caída) y la velocidad ascendente.

$${displaystyle {textbf {}={frac {text{Settling velocity}{text{Upwards velocity from lift and drag}}}}={frac {fnK}{kappa.$$

dónde

• ${displaystyle w_{s}$ es la velocidad de ajuste
• ${displaystyle kappa }$ es la constante de von Kármán
• ${displaystyle U_{*}$ es la velocidad del tirón

curva Hjulström: las velocidades de las corrientes requeridas para la erosión, el transporte y la deposición (sedimentación) de partículas sedimentarias de diferentes tamaños

Si la velocidad ascendente es aproximadamente igual a la velocidad de sedimentación, el sedimento se transportará 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 del lecho rodando, deslizándose y saltando (saltando hacia el flujo)., siendo transportado una corta distancia y luego asentándose de nuevo). Si la velocidad ascendente es mayor que la velocidad de sedimentación, el sedimento se transportará alto en el flujo como carga de lavado.

Como generalmente hay una gama de diferentes tamaños de partículas en el flujo, es común que el material de diferentes tamaños se mueva a través de todas las áreas del flujo para condiciones de flujo dadas.

Formas de lecho fluvial

Modernas ondas asimétricas desarrolladas en arena en el suelo del río Hunter, Nueva Gales del Sur, Australia. La dirección de flujo es de derecha a izquierda.

Dunas sinuosas expuestas a baja marea en el río Cornwallis cerca de Wolfville, Nueva Escocia

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

El movimiento de los sedimentos puede crear estructuras autoorganizadas, como ondas, dunas o antidunas en el lecho de un río o arroyo. Estas formas de fondo a menudo se conservan en rocas sedimentarias y se pueden usar 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 cuesta abajo. La erosión asociada con el flujo superficial puede ocurrir a través de diferentes métodos dependiendo de las condiciones meteorológicas y de flujo.

• Si el impacto inicial de las gotas de lluvia dislodges suelo, el fenómeno se llama erosión de la lluvia.
• Si el flujo terrestre es directamente responsable de la formación de sedimentos pero no forma gullies, se llama "erosión de hoja".
• Si el flujo y el sustrato permiten la canalización, los gullies pueden formar; esto se denomina "rosión total".

Entornos de depósito fluviales clave

Los principales entornos fluviales (ríos y arroyos) para la deposición de sedimentos incluyen:

• Deltas (arguiblemente un entorno intermedio entre fluvial y marítimo)
• Barras de punto
• Abanicos aluviales
• Ríos trenzados
• Lagos Oxbow
• Levees
• Cascadas

Procesos eólicos: viento

El viento provoca el transporte de sedimentos finos y la formación de campos de dunas de arena y suelos a partir del polvo transportado por el aire.

Procesos glaciares

sedimentos glaciales de Montana

Los glaciares transportan una amplia variedad de tamaños de sedimentos y los depositan en morrenas.

Balance de masa

El equilibrio general entre los sedimentos transportados y los sedimentos depositados en el lecho viene dado por la ecuación de Exner. Esta expresión establece que la tasa de aumento en la elevación del lecho debido a la deposición es proporcional a la cantidad de sedimento que cae fuera del flujo. Esta ecuación es importante porque los cambios en la potencia del flujo modifican la capacidad del flujo para transportar sedimentos, y esto se refleja en los patrones de erosión y deposición observados a lo largo de un arroyo. Esto puede ser localizado, y simplemente por pequeños obstáculos; los ejemplos son los agujeros de socavación detrás de los cantos rodados, donde el flujo se acelera y la deposición en el interior de las curvas de los meandros. La erosión y la deposición también pueden ser regionales; la erosión puede ocurrir debido a la eliminación de la presa y la caída del nivel de la base. La deposición puede ocurrir debido al emplazamiento de una presa que hace que el río se acumule y deposite toda su carga, o debido al aumento del nivel de la base.

Costa y mares poco profundos

Los mares, océanos y lagos acumulan sedimentos con el tiempo. El sedimento puede consistir en material terrígeno, que se origina en la tierra, pero puede depositarse en ambientes terrestres, marinos o lacustres (lagos), o de sedimentos (a menudo biológicos) que se originan en el cuerpo de agua.. El material terrígeno a menudo proviene de ríos y arroyos cercanos o sedimentos marinos reelaborados (por ejemplo, arena). En medio del océano, los exoesqueletos de los organismos muertos son los principales responsables de la acumulación de sedimentos.

Los sedimentos depositados son la fuente de rocas sedimentarias, que pueden contener fósiles de los habitantes de la masa de agua que, al morir, quedaron cubiertos por la acumulación de sedimentos. Los sedimentos del lecho del lago que no se han solidificado en roca se pueden usar para determinar las condiciones climáticas pasadas.

Entornos depositacionales marinos clave

Holocene eolianite y una playa de carbonatos en Long Island, Bahamas

Las principales áreas de depósito de sedimentos en el medio marino incluyen:

• Arenas literarias (por ejemplo, arenas de playa, arenas de ríos de escorrentía, bares costeros y escupidos, en gran parte clastic con poco contenido de fauna)
• La plataforma continental (arcillas sucias, aumento del contenido de fauna marina).
• El margen de estante (bajo suministro terrigenoso, en su mayoría esqueletos de fauna calcáreas)
• La pendiente de estante (mucho más limosnas y arcillas finas)
• Camas de estuarios con los depósitos resultantes llamados "lodo malo".

Otro entorno de depósito que es una mezcla de fluvial y marino es el sistema turbidítico, que es una fuente importante de sedimentos para las cuencas sedimentarias y abisales profundas, así como para las fosas oceánicas profundas.

Cualquier depresión en un ambiente marino donde los sedimentos se acumulan con el tiempo se conoce como trampa de sedimentos.

La teoría del punto nulo explica cómo la deposición de sedimentos se somete a un proceso de clasificación hidrodinámica dentro del entorno marino que conduce a una reducción del tamaño de los granos de sedimento hacia el mar.

Cuestiones medioambientales

Erosión y entrega de sedimentos agrícolas a los ríos

Una de las causas de las altas cargas de sedimentos es la tala y quema y el cultivo migratorio de los bosques tropicales. Cuando la superficie del suelo se despoja de la vegetación y luego se quema de todos los organismos vivos, los suelos superiores son vulnerables a la erosión tanto por el viento como por el agua. En varias regiones de la tierra, sectores enteros de un país se han vuelto erosionables. Por ejemplo, en la meseta central alta de Madagascar, que constituye aproximadamente el diez por ciento de la superficie terrestre de ese país, la mayor parte de la superficie terrestre está sin vegetación y los barrancos se han erosionado en el suelo subyacente para formar barrancos característicos llamados lavakas. . Suelen tener 40 metros (130 pies) de ancho, 80 metros (260 pies) de largo y 15 metros (49 pies) de profundidad. Algunas áreas tienen hasta 150 lavakas/kilómetro cuadrado, y las lavakas pueden representar el 84% de todos los sedimentos arrastrados por los ríos. Esta sedimentación da como resultado la decoloración de los ríos a un color marrón rojizo oscuro y conduce a la muerte de peces.

La erosión también es un problema en áreas de agricultura moderna, donde la eliminación de la vegetación nativa para el cultivo y la cosecha de un solo tipo de cultivo ha dejado el suelo sin soporte. Muchas de estas regiones están cerca de ríos y drenajes. La pérdida de suelo debido a la erosión elimina tierras de cultivo útiles, aumenta la carga de sedimentos y puede ayudar a transportar fertilizantes antropogénicos al sistema fluvial, lo que conduce a la eutrofización.

La tasa de entrega de sedimentos (SDR) es una fracción de la erosión bruta (erosión entre surcos, surcos, cárcavas y arroyos) que se espera que llegue a la salida del río. La transferencia y deposición de sedimentos se puede modelar con modelos de distribución de sedimentos como WaTEM/SEDEM. En Europa, según las estimaciones del modelo WaTEM/SEDEM, la tasa de entrega de sedimentos es de alrededor del 15 %.

Desarrollo costero y sedimentación cerca de los arrecifes de coral

El desarrollo de cuencas hidrográficas cerca de los arrecifes de coral es una causa principal del estrés coralino relacionado con los sedimentos. El despojo de la vegetación natural en la cuenca para el desarrollo expone el suelo a más vientos y lluvias y, como resultado, puede causar que los sedimentos expuestos se vuelvan más susceptibles a la erosión y al ambiente marino durante los eventos de lluvia. Los sedimentos pueden afectar negativamente a los corales de muchas maneras, como sofocarlos físicamente, desgastar sus superficies, hacer que los corales gasten energía durante la eliminación de sedimentos y causar la proliferación de algas que, en última instancia, pueden conducir a menos espacio en el fondo marino donde los corales juveniles (pólipos) pueden vivir. resolver.

Cuando se introducen sedimentos en las regiones costeras del océano, se altera la proporción de sedimentos terrestres, marinos y de origen orgánico que caracteriza el lecho marino cerca de las fuentes de salida de sedimentos. Además, debido a que la fuente de sedimentos (es decir, tierra, océano u orgánicos) a menudo se correlaciona con el tamaño promedio de los granos de sedimentos gruesos o finos que caracterizan un área, la distribución del sedimento por tamaño de grano cambiará de acuerdo con la entrada relativa de tierra (típicamente fino), marino (típicamente grueso) y sedimento de origen orgánico (variable con la edad). Estas alteraciones en los sedimentos marinos caracterizan la cantidad de sedimentos suspendidos en la columna de agua en un momento dado y el estrés coralino relacionado con los sedimentos.

Consideraciones biológicas

En julio de 2020, biólogos marinos informaron que se encontraron microorganismos aeróbicos (principalmente), en 'animación casi suspendida', en sedimentos orgánicamente pobres, de hasta 101,5 millones de años, a 250 pies bajo el lecho marino. en el Giro del Pacífico Sur (SPG) ("el lugar más muerto del océano"), y podría ser la forma de vida más longeva jamás encontrada.