Un valle túnel es un valle en forma de U originalmente cortado bajo el hielo glacial cerca del margen de las capas de hielo continentales, como la que ahora cubre la Antártida y anteriormente cubría partes de todos los continentes durante épocas glaciales pasadas . [1] Pueden tener un tamaño de hasta 100 km (62 millas), 4 km (2,5 millas) de ancho y 400 m (1300 pies) de profundidad.
Los valles de túneles se formaron por la erosión subglacial provocada por el agua y sirvieron como vías de drenaje subglacial que transportaban grandes volúmenes de agua de deshielo. Sus secciones transversales a menudo presentan flancos empinados similares a las paredes de los fiordos . Actualmente aparecen como valles secos, lagos, depresiones del fondo marino y áreas llenas de sedimentos. Si están llenos de sedimentos, sus capas inferiores están llenas principalmente de sedimentos glaciales, glaciofluviales o glaciolacustres , complementados con capas superiores de relleno templado. [2] Se pueden encontrar en áreas anteriormente cubiertas por capas de hielo glacial, incluidas África, Asia, América del Norte, Europa, Australia y en alta mar en el Mar del Norte, el Atlántico y en aguas cercanas a la Antártida.
Los valles de túneles aparecen en la literatura técnica bajo varios términos, incluidos canales de túneles, valles subglaciales, vías de hielo , espirales de serpientes e incisiones lineales.
Los valles de túneles desempeñan un papel en la identificación de áreas ricas en petróleo en Arabia y el norte de África. Los materiales del Ordovícico superior y del Silúrico inferior contienen una capa de esquisto negro rica en carbono de aproximadamente 20 m (66 pies) de espesor. Aproximadamente el 30% del petróleo mundial se encuentra en estos depósitos de esquisto. Aunque el origen de estos depósitos aún está en estudio, se ha establecido que la esquisto se superpone habitualmente a sedimentos glaciales y glacio-marinos depositados ~445 millones de años antes del presente por la glaciación Hirnantian . El esquisto se ha relacionado con el enriquecimiento de nutrientes del agua de deshielo de los glaciares en el entorno marino poco profundo. De ahí que la presencia de valles de túneles sea un indicador de la presencia de petróleo en estas zonas. [3]
Los valles de túneles representan una fracción sustancial de todo el drenaje de agua de deshielo de los glaciares. El drenaje del agua de deshielo influye en el flujo de hielo glacial, lo cual es importante para comprender la duración de los períodos glaciales-interglaciales y ayuda a identificar la ciclicidad de los glaciares, un problema importante para las investigaciones paleoambientales. [4]
Los valles de los túneles suelen estar erosionados hasta convertirse en un lecho de roca y llenos de escombros glaciales de diferentes tamaños. Esta configuración los hace excelentes para capturar y almacenar agua. Por lo tanto, desempeñan un papel importante como acuíferos en gran parte del norte de Europa, Canadá y Estados Unidos. Los ejemplos incluyen el acuífero Oak Ridges Moraine , el acuífero Spokane Valley-Rathdrum Prairie, el acuífero Mahomet , el acuífero Saginaw Lobe y el acuífero Corning.
Los valles túnel se han observado como valles abiertos y valles parcial o totalmente enterrados. Si están enterrados, pueden estar parcial o totalmente llenos de deslaves glaciales u otros escombros. Los valles pueden estar excavados en un lecho de roca, arena, limo o arcilla. [1]
Una parte del valle de un túnel puede ir cuesta arriba: el agua puede fluir cuesta arriba si está bajo presión en una tubería cerrada: por ejemplo, en Doggerland (tierra sumergida que ahora forma parte del lecho del Mar del Norte ) hay algunos valles de túneles rellenos que fluían de norte a sur a través del hueco del Outer Silver Pit . [5]
Varían en profundidad y ancho del canal; Los ejemplos daneses tienen entre 0,5 y 4 km (0,31 a 2,49 millas) de ancho y entre 50 y 350 m (160 a 1150 pies) de profundidad. Varían en profundidad a lo largo de su recorrido, mostrando una profundización excesiva ; Las secciones demasiado profundas cortan el lecho de roca y, por lo general, son significativamente más profundas que las secciones aguas arriba o aguas abajo del mismo valle del túnel. Tienen lados empinados que frecuentemente son asimétricos . [1]
Los valles de los túneles suelen incluir segmentos individuales relativamente rectos, paralelos e independientes entre sí. Los cursos de los valles de los túneles podrán interrumpirse periódicamente; la interrupción puede incluir un tramo de esker elevado , lo que indica que el canal atravesó hielo durante una distancia. Las secciones debajo del nivel del suelo suelen tener una longitud de 5 a 30 km (3,1 a 18,6 millas); en algunos casos, las secciones forman un patrón más grande de un canal interrumpido compuesto por cadenas de depresiones que pueden extenderse de 70 a 100 km (43 a 62 millas). [1]
La porción aguas arriba, la sección más interna del glaciar, consiste en un sistema de ramificación que forma una red, similar a los patrones de ramificación anastomósticos de los tramos superiores de un río (en contraste con los patrones dendríticos). Por lo general, exhiben el área de sección transversal más grande en el centro del recorrido y terminan en una distancia relativamente corta en abanicos elevados en el margen del hielo. [1]
Los valles de túneles cruzan el gradiente regional y, como resultado, pueden ser atravesados por redes de arroyos modernas. En un ejemplo, los afluentes del río Kalamazoo cortan en ángulos casi rectos un canal de túnel enterrado lleno de hielo y escombros. [6] Con frecuencia terminan en una morrena en recesión . Los valles de túneles de glaciaciones sucesivas pueden cruzarse entre sí. [7]
Los valles de túneles discurren frecuentemente a lo largo de cursos aproximadamente paralelos. Se originan y atraviesan regiones que incluyen evidencia clara de erosión glacial por abrasión y pueden exhibir estrías y roche moutonnée . En su extremo terminal se encuentran formas deposicionales como morrenas terminales y abanicos de lavado . [1] En Michigan, se ha observado que los canales del valle del túnel divergen ligeramente con un espacio promedio entre los canales de 6 km (3,7 millas) y una desviación estándar de 2,7 km (1,7 millas). [8]
Los canales del valle de los túneles a menudo comienzan o terminan abruptamente. Tienen perfiles longitudinales convexos. A menudo están ocupados por lagos alargados de arroyos poco caudalosos . Con frecuencia muestran signos de deposiciones posteriores, como eskers. [8]
La evidencia sugiere que la erosión en un valle de túnel es principalmente el resultado del flujo de agua. Se erosionan por el agua de deshielo, que, según se ha argumentado, drena episódicamente en repetidos jökulhlaups de lagos y embalses subglaciales; Se han observado ejemplos de tales movimientos en la Antártida . Aunque hay evidencia de erosión del hielo, como estrías lineales en el lecho de roca, éstas se observan sólo en los valles más anchos y se cree que jugaron un papel secundario. [1]
El diseño subglacial de los túneles de los valles está predominantemente orientado en paralelo a las líneas de flujo del hielo glacial; esencialmente se extienden desde áreas de capas de hielo más gruesas hacia áreas de capas de hielo más delgadas. Pueden exhibir gradientes inversos, que se producen cuando el agua de deshielo presurizada fluye sobre obstáculos como crestas o colinas a lo largo del lecho del glaciar. [9]
Se pueden formar valles tipo túnel bajo hielo glacial extremadamente espeso; se han observado ejemplos en el fondo del lago Superior y en los océanos frente a la costa de la Antártida. El curso de un valle túnel normalmente va desde el hielo glacial más grueso hasta el margen del glaciar; como resultado, el hielo glacial presuriza el agua de tal manera que corre cuesta arriba hacia su final. [1]
Aunque hay acuerdo sobre el papel del agua de deshielo en la creación de valles de túneles, todavía se están considerando varias teorías sobre el papel de esa agua de deshielo:
Se han observado estallidos periódicos de agua subglacial que mueven agua subglacial entre lagos subglaciales debajo de la capa de hielo de la Antártida Oriental. Los datos satelitales registraron una descarga subglacial por un total de dos km 3 (0,48 millas cúbicas) que recorrió ~260 km (160 millas) durante un período de menos de un año. A medida que el flujo disminuyó, el peso del hielo cerró el túnel y selló el lago nuevamente. [13] El flujo de agua se modeló satisfactoriamente con canalizaciones en hielo y sedimentos. El modelo analítico muestra que en algunas regiones, la geometría del lecho de hielo incluía secciones que se habrían congelado, bloqueando el flujo, a menos que la erosión del sustrato sedimentario fuera el medio para crear un canal y sostener la descarga. [14] Por lo tanto, al combinar estos datos y análisis con las observaciones de jökulhlaup islandesas, existe evidencia experimental de que alguna forma de la hipótesis de jökulhlaup con características del modelo de estado estacionario es correcta.
El flujo de agua de deshielo subglacial es común a todas las teorías; por lo tanto, una clave para comprender la formación de canales es comprender el flujo de agua de deshielo subglacial. El agua de deshielo puede producirse en la superficie del glaciar (supraglacialmente), debajo del glaciar (basalmente) o en ambas. El agua de deshielo también puede fluir supraglacial o basalmente; las firmas del flujo de agua supraglacial y basal difieren según la zona de paso. El flujo supraglacial es similar al flujo de corriente en todos los ambientes superficiales: el agua fluye de áreas más altas a áreas más bajas bajo la influencia de la gravedad. El flujo basal presenta diferencias significativas. En el flujo basal, el agua, ya sea producida por el derretimiento en la base o extraída hacia abajo desde la superficie por gravedad, se acumula en la base del glaciar en estanques y lagos en una bolsa cubierta por cientos de metros de hielo. Si no hay una vía de drenaje en la superficie, el agua del derretimiento de la superficie fluirá hacia abajo y se acumulará en las grietas del hielo, mientras que el agua del derretimiento basal se acumulará debajo del glaciar; cualquiera de las fuentes formará un lago subglacial. La carga hidráulica del agua recolectada en un lago basal aumentará a medida que el agua drene a través del hielo hasta que la presión aumente lo suficiente como para desarrollar un camino a través del hielo o hacer que el hielo flote sobre él. [4] [9]
Las fuentes de agua y las rutas de drenaje de agua a través y debajo de los glaciares templados y subpolares se conocen razonablemente bien y proporcionan una base para comprender los valles de los túneles. En el caso de estos glaciares, el agua supraglacial se acumula o se mueve en ríos a través de la superficie del glaciar hasta que cae por una grieta vertical (un moulin ) en el glaciar. Allí se une al agua subglacial creada por el calor geotérmico; una parte del agua drena hacia los acuíferos debajo del glaciar. El exceso de agua subglacial que no puede drenar a través de sedimentos o lecho rocoso impermeable como agua subterránea, se mueve a través de canales erosionados en el lecho de sedimento debajo del glaciar (llamados canales Nye [15] ) o a través de canales hacia arriba hacia el hielo glacial (llamados canales Rothlisberger), eventualmente fluyendo hacia el margen del hielo. En el nivel más simple, el valle del túnel puede considerarse una versión a mayor escala de estos fenómenos. [dieciséis]
Los valles de túneles o canales de túneles se producen por flujos de agua de deshielo debajo del hielo glacial. Los valles de los túneles a menudo quedan enterrados o parcialmente enterrados por la acumulación de sedimentos durante los períodos de avance y retroceso del hielo. [9]
Aunque es atractiva porque amplía la formación del canal Nye que se ha observado en los sedimentos, una debilidad de la teoría del estado estacionario es que requiere que se excaven valles de túneles en sedimentos no consolidados, en los que el agua de deshielo inicialmente se fuerza a través de un conducto subglacial inicialmente estrecho. Con la progresiva erosión de los sedimentos por el agua de deshielo, el hielo se deforma por su propio peso en la cavidad creando un valle túnel cada vez más grande. Sin embargo, la teoría del estado estacionario parece no tener en cuenta la erosión del lecho rocoso, que se ha observado ampliamente. [17]
Existe evidencia de que las descargas de agua de deshielo son episódicas. [13] Esto puede deberse a que a medida que el agua continúa acumulándose, se levanta más hielo y el agua se mueve hacia afuera en un lago creciente bajo el hielo. Las áreas donde el hielo se levanta más fácilmente (es decir, áreas con capas de hielo superpuestas más delgadas) se levantan primero. Por lo tanto, el agua puede ascender por el terreno subyacente al glaciar si se mueve hacia áreas de hielo suprayacente más bajo. [18] A medida que se acumula agua, se levanta hielo adicional hasta que se crea una ruta de liberación.
Si no existe ningún canal preexistente, el agua se libera inicialmente en un jökulhlaup de frente amplio , que puede tener un frente de flujo de decenas de kilómetros de ancho y extenderse en un frente delgado. A medida que el flujo continúa, tiende a erosionar los materiales subyacentes y el hielo suprayacente, creando un canal incluso cuando la presión reducida permite que la mayor parte del hielo glacial se asiente nuevamente en la superficie subyacente, sellando la liberación del frente amplio y canalizando el flujo. La dirección del canal está definida principalmente por el espesor del hielo suprayacente y secundariamente por el gradiente de la tierra subyacente, y se puede observar que "corre cuesta arriba" a medida que la presión del hielo fuerza al agua a áreas de menor cobertura de hielo hasta que emerge. en una cara glacial. Por lo tanto, la configuración de los diversos valles de túneles formados por una glaciación específica proporciona un mapeo general del espesor del glaciar cuando se formaron los valles de túneles, particularmente si el relieve superficial original bajo el glaciar era limitado. [4] [9]
Los análisis de Piotrowski demuestran que la producción anual de agua de una cuenca típica de 642.000.000 m 3 (2,27 × 10 10 pies cúbicos) normalmente drenaría a través del valle del túnel asociado en menos de 48 horas. [11] Los escombros que se encuentran en los túneles y en la boca de los túneles tienden a ser rocas y cantos rodados gruesos; esto es indicativo de altas velocidades de flujo y un ambiente extremadamente erosivo. Este ambiente erosivo es consistente con la creación de túneles de más de 400 m (1300 pies) de profundidad y 2,5 km (1,6 millas) de ancho, como se ha observado en la Antártida. [9] El modelo de Piotrowski predice un ciclo de la siguiente manera:
Los valles de túneles tienen características similares, independientemente de si se forman en tierra o en un ambiente sumergido. Esto se debe a que están formados por agua a alta presión bajo una gruesa capa de hielo; en un ambiente sumergido todavía tienen suficiente presión para erosionar los valles de los túneles en configuraciones comparables a las generadas en tierra. [17]
Los valles de los túneles pueden permanecer abiertos, parcialmente llenos o llenos, en función de la recesión glacial. La configuración llena es importante porque los valles llenos de túneles se convierten en excelentes reservorios de agua (acuífero) o de petróleo. Esto se debe a que las areniscas de grano relativamente grueso están ubicadas en los fondos y márgenes de los valles y en el fondo del valle porque los sedimentos de grano más grueso se sedimentan más fácilmente y se acumulan preferentemente en el agua que fluye común a las etapas de relleno del valle del túnel. [17]
Las redes de valles de túneles subglaciales se formaron originalmente cerca del margen del hielo. Es probable que los valles de los túneles se llenen de sedimentos como resultado de la liberación de agua de deshielo durante la recesión de los glaciares. Los valles de los túneles se rellenan de dos formas principales. En primera instancia, los escombros arrastrados por el flujo se depositan y acumulan en el valle del túnel. Posteriormente, una vez que el hielo se ha retirado lo suficiente, se pueden depositar depósitos marinos, dependiendo de la profundidad del agua en el frente de hielo. [17]
El registro sedimentario del valle del túnel está controlado por los caudales de liberación de agua de deshielo y las cargas de sedimentos durante la recesión glacial. El sedimento encontrado en el valle del túnel proporciona información sobre si se depositó en un ambiente de marea, un ambiente de transición o un ambiente esencialmente seco con buen drenaje. En el ambiente glaciomarino, los depósitos relacionados con los glaciares se intercalan con aquellos similares a los de las áreas de mareas no glaciares; el ambiente de marea mostrará fanáticos dominados por la resaca. El entorno de transición se caracteriza por una mezcla de vida marina y de agua dulce en un entorno del delta. En un ambiente esencialmente seco, el flujo glacial transporta sedimentos que se acumulan como lo haría en el lecho de cualquier arroyo. [17]
El flujo de hielo dentro de los glaciares resulta de un aumento en la pendiente de la superficie del glaciar, que resulta de características geográficas combinadas con un desequilibrio entre las cantidades de hielo acumuladas por precipitación y perdidas por ablación . El aumento del gradiente aumenta la tensión cortante sobre un glaciar hasta que comienza a fluir. La velocidad del flujo y la deformación también se ven afectadas por la pendiente del hielo, el espesor del hielo y la temperatura.
Punkari identificó que las capas de hielo continentales típicamente fluyen en lóbulos en forma de abanico, que convergen desde fuentes separadas y se mueven a diferentes velocidades. Los lóbulos están separados por zonas interlobuladas, que tienen una capa de hielo más fina. El agua se acumula en esta área interlobulada. La altura hidráulica (presión) es menor en áreas de hielo más delgado; por tanto, el agua subglacial tiende a converger en la articulación interlobulada. Los lóbulos separados se mueven a diferentes velocidades, generando fricción en el límite del hielo; el calor liberado derrite el hielo para liberar agua adicional. La superficie del área interlobulada tiene grietas, lo que permite que el agua de deshielo superficial, que corre por la superficie del hielo hasta el área inferior, penetre en el hielo. Como resultado, los patrones de flujo de hielo y la acumulación de escombros son diferentes en las zonas interlobuladas. Específicamente, los valles de los túneles y los eskers indican el flujo de agua hacia las zonas interlobuladas, que se elevan como resultado de los escombros transportados y depositados allí. [19]
En todos los continentes se han identificado valles de túneles formados por glaciares.
Se han observado valles de túneles asociados con la glaciación del Ordovícico tardío en países del norte de África, incluida Libia . [20] Estos cuerpos de arenisca rellenos de canales a gran escala (valles de túneles) son una característica sedimentológica sorprendente de los depósitos relacionados con los glaciares en el antiguo margen norte de Gondwanalandia . Tienen entre 10 y 200 m (33 a 656 pies) de profundidad y 500 a 3000 m (1600 a 9800 pies) de ancho. Los valles de los túneles están tallados en el lecho de roca y se pueden rastrear a lo largo de 2 a 30 km (1,2 a 18,6 millas) de longitud. En un ejemplo, en Mauritania , en el Sahara occidental, las características glaciares siliciclásticas del Ordovícico tardío y los depósitos en la plataforma continental del norte de Gondwana incluyen canales incisos identificados como valles de túneles. Los valles del túnel llenos tienen varios kilómetros de largo y varios cientos de metros de ancho. Las reconstrucciones concluyen que estas estructuras estaban ubicadas en regiones de margen de hielo de glaciares; las secciones transversales de los valles son comparables a las que se ha confirmado que se formaron glacialmente, los valles terminan en abanicos de lavado similares a los valles de túneles, y el relleno es posglacial típico del observado para los valles de túneles. [21]
En el sur de África, se ha identificado un sistema de valles de túneles del Permo-Carbonífero en el norte de la provincia del Cabo, Sudáfrica. [22]
Actualmente se observa la formación activa de valles de túneles bajo el hielo antártico. [4] [9]
Durante el Ordovícico tardío , el este de Gondwana estaba cubierto de capas de hielo. Como consecuencia de ello, Jordania y Arabia Saudita exhiben estructuras de valles de túneles llenos de extensión regional. [3]
Las minas de oro a cielo abierto cerca de Kalgoorlie , Australia Occidental, exponen una extensa red de valles erosionados por glaciares llenos detilita y esquisto cortados debajo de la capa de hielo de Pilbara del Paleozoico tardío . [23]
Se han identificado valles de túneles e impactos glaciares relacionados en Rusia, Bielorrusia, Ucrania, Polonia, Alemania, el norte de Francia, los Países Bajos, Bélgica, Gran Bretaña, Finlandia, Suecia, Dinamarca y Noruega. [24] Se han estudiado en detalle en Dinamarca, el norte de Alemania y el norte de Polonia, donde la gruesa capa de hielo del Weichsel y de glaciaciones anteriores , habiendo descendido desde las montañas de Escandinavia , comenzó a elevarse por la ladera del norte de Europa, impulsada por la altitud de la acumulación de hielo glacial sobre Escandinavia . Su alineación indica la dirección del flujo de hielo en el momento de su formación. [1] [25] Se encuentran ampliamente en el Reino Unido con varios ejemplos reportados en Cheshire, por ejemplo. [11] [26] También se encuentran bajo el Mar del Norte. [27]
Ejemplos de lagos formados en valles de túneles incluyen el Ruppiner See (un lago en Ostprignitz-Ruppin , Brandeburgo ), el Werbellinsee y el Schwielochsee , todos en Alemania.
El lago Okanagan es un lago grande y profundo en el valle de Okanagan de la Columbia Británica que se formó en un valle túnel a partir del lóbulo de Okanogan de la capa de hielo de la Cordillera . El lago tiene 135 km (84 millas) de largo, entre 4 y 5 km (2,5 y 3,1 millas) de ancho y una superficie de 351 km 2 (136 millas cuadradas). [28] El norte de Idaho y Montana muestran evidencia de la formación de un valle túnel bajo el lóbulo de Purcell y el lóbulo Flathead de la capa de hielo de la Cordillera. [29] Los valles de túneles en el sureste de Alberta forman una red interconectada y anabramificada que comprende Sage Creek, Lost River y Milk River y generalmente drenan hacia el sureste. [30]
Se han observado valles de túneles en Minnesota , Wisconsin y Michigan en los márgenes de la capa de hielo Laurentide . [35] Ejemplos de valles de túneles de lecho rocoso en Minnesota incluyen las cataratas del río Warren y varios valles que se encuentran en las profundidades hasta que son depositados por los glaciares que los crearon, pero que se pueden rastrear en muchos lugares por la Cadena de Lagos en Minneapolis y lagos y valles secos en San Pablo .
Los lagos Kawartha de Ontario se formaron a finales del período glacial de Wisconsin. El hielo derretido de la escarpa del Niágara fluyó a través de valles de túneles debajo del hielo expandido para formar un pasaje de oeste a este entre la principal capa de hielo Laurentide y una masa de hielo en la cuenca del lago Ontario . [36]
Cedar Creek Canyon es un valle de túnel ubicado en el condado de Allen, Indiana . Es un desfiladero muy recto y estrecho de aproximadamente 50 a 100 pies (15 a 30 m) de profundidad que contiene parte del segmento inferior de Cedar Creek , el afluente más grande del río St. Joseph .
En el canal Laurentian, frente a la costa del este de Canadá, se han identificado numerosos valles de túneles que se originan en el valle sumergido del río San Lorenzo , que también es de origen glaciar. Los perfiles de reflexión sísmica del relleno de los valles de los túneles sugieren que son de varias edades, y que los más jóvenes datan de poco después del Máximo Glacial Tardío . Resultan de la erosión causada por el agua subglacial que cruza la plataforma oriental de Escocia frente a Nueva Escocia . Se originan en el Canal Laurentino al sur del Estrecho de Cabot . Además, los perfiles sísmicos muestran canales post-Mioceno profundamente enterrados , algunos de los cuales se encuentran a 1.100 m (3.600 pies) por debajo del nivel del mar moderno, atravesando la parte oriental del Canal Laurenciano exterior que también se ha determinado provisionalmente que son valles de túneles. Los perfiles sísmicos también han mapeado grandes valles de túneles en Banquereau Bank y Sable Island Bank . [37]
El Glaciar Perito Moreno está ubicado en el sur del Campo de Hielo Patagónico Sur , terminando en el Lago Argentino . Divide el Lago Argentino en el canal de Los Témpanos y el brazo Rico, bloqueando el canal y formando una presa de hielo. El lago Argentino periódicamente se abre paso en inundaciones repentinas con drenaje inicialmente a través de un túnel y posteriormente colapso del techo para formar un canal abierto. [38]
Ha habido cinco edades de hielo conocidas en la historia de la Tierra; La Tierra está experimentando la Edad del Hielo Cuaternario en la actualidad. Se han identificado valles de túneles formados durante cuatro de los cinco.
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