Un abanico aluvial es una acumulación de sedimentos que se abre hacia afuera desde una fuente concentrada de sedimentos, como un cañón estrecho que emerge de una escarpa . Son característicos de terrenos montañosos en climas áridos a semiáridos , pero también se encuentran en ambientes más húmedos sujetos a lluvias intensas y en áreas de glaciación moderna . Su superficie varía desde menos de 1 kilómetro cuadrado (0,4 millas cuadradas) hasta casi 20.000 kilómetros cuadrados (7.700 millas cuadradas).
Los abanicos aluviales generalmente se forman donde el flujo emerge de un canal confinado y puede extenderse libremente 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 de 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 en la Nueva Arenisca Roja del sur de Devon . Es probable que estos depósitos en abanico contengan las mayores acumulaciones de grava del registro geológico. También se han encontrado abanicos aluviales en Marte y Titán , lo que demuestra que han ocurrido procesos fluviales en otros mundos.
Algunos de los abanicos aluviales más grandes se encuentran a lo largo del frente montañoso del Himalaya en la llanura Indogangética . Un desplazamiento del canal de alimentación (una avulsión nodal ) puede provocar inundaciones catastróficas, como ocurrió en el abanico del río Kosi en 2008.
Un abanico aluvial es una acumulación de sedimentos que se abre en abanico a partir de una fuente concentrada de sedimentos, como un cañón estrecho que emerge de una escarpa . Esta acumulación tiene forma de sección de un cono poco profundo , [1] con su vértice en la fuente de sedimentos. [2]
Los abanicos aluviales varían mucho en tamaño, desde sólo unos pocos metros de ancho en la base hasta 150 kilómetros de ancho, con una pendiente de 1,5 a 25 grados. [1] Algunos abanicos aluviales gigantes tienen áreas de casi 20.000 kilómetros cuadrados (7.700 millas cuadradas). [3] La pendiente medida desde el ápice es generalmente cóncava, con la pendiente más pronunciada cerca del ápice (el abanico proximal [4] o cabeza de abanico [5] ) y volviéndose menos pronunciada hacia afuera (el abanico medial o abanico medio ) y menos profunda en el bordes del abanico (el abanico distal o el abanico exterior ). En el abanico proximal pueden aparecer depósitos de tamiz , que son lóbulos de grava gruesa. Los sedimentos en un abanico aluvial suelen ser gruesos y mal clasificados, y los sedimentos más gruesos se encuentran en el abanico proximal. [6] [7]
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 ilimitado. Los abanicos aluviales libres permiten que los sedimentos se abran en abanico de forma natural y la forma del abanico no se ve 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. [8]
La erosión por ondas o canales del borde del abanico ( erosión lateral ) a veces produce un abanico "recortado por los dedos", en el que el borde del abanico está marcado por una pequeña escarpa. [9] Los ventiladores con punta recortada pueden registrar cambios climáticos o procesos tectónicos, y el proceso de erosión lateral puede mejorar el potencial de acuífero o depósito de petróleo del ventilador. [10] Los abanicos con puntas recortadas en el planeta Marte proporcionan evidencia de sistemas fluviales pasados. [11]
Cuando numerosos ríos y arroyos salen de un frente de montaña hacia una llanura, los ventiladores pueden combinarse para formar una plataforma continua. Esto se conoce como bajada o llanura aluvial de piedemonte . [12] [13]
Los abanicos aluviales generalmente se forman donde un canal de alimentación confinado sale de un frente de montaña [14] [15] o del margen de un glaciar. [6] A medida que el flujo sale del canal de alimentación hacia la superficie del ventilador, puede extenderse en canales anchos y poco profundos o infiltrarse en la superficie. Esto reduce el poder de transporte del flujo y da como resultado la deposición de sedimentos. [15]
El flujo en el abanico proximal, donde la pendiente es más pronunciada, generalmente se limita a un solo canal [6] (una zanja en forma de abanico [3] ), que puede tener hasta 30 metros (100 pies) de profundidad. [6] 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 una pendiente más pronunciada, donde se reanuda la deposición. [15] Como resultado, normalmente sólo una parte del ventilador está activa en un momento determinado, y las áreas desviadas pueden sufrir formación de suelo o erosión. [6]
Los abanicos aluviales pueden estar dominados por flujos de escombros ( abanicos de flujo de escombros ) o flujos de corrientes ( abanicos fluviales ). [4] [16] [17] El tipo de ventilador 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 ventilador. [18]
Los ventiladores de flujo de escombros reciben la mayoría de sus sedimentos en forma de flujos de escombros. Los flujos de escombros son mezclas parecidas a lodos de agua y partículas de todos los tamaños, desde arcilla hasta cantos rodados, que se asemejan al hormigón 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. [19]
Los abanicos de flujo de escombros ocurren en todos los climas, pero son más comunes donde la roca madre es lutita o saprolita rica en matriz en lugar de un regolito más grueso y permeable . La abundancia de sedimentos de grano fino fomenta el colapso inicial de la ladera y el posterior flujo cohesivo de escombros. [20] La saturación de coluviones ricos en arcilla por tormentas eléctricas localmente intensas inicia el colapso de la pendiente. El flujo de desechos resultante viaja por el canal de alimentación y llega a la superficie del ventilador. [21]
Los ventiladores de flujo de escombros tienen una red de canales distributivos en su mayoría inactivos en el ventilador superior que da paso a lóbulos de nivel medio a inferior. Los canales tienden a llenarse con flujos de desechos cohesivos posteriores. Por lo general, sólo un lóbulo está activo a la vez, y los lóbulos inactivos pueden desarrollar 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. [22] Debido a su alta viscosidad, los flujos de escombros tienden a limitarse al abanico proximal y medial incluso en un abanico aluvial dominado por el flujo de escombros, y las inundaciones dominan el abanico distal. [23] Sin embargo, algunos ventiladores dominados por flujos de escombros en climas áridos consisten casi en su totalidad en flujos de escombros y gravas rezagadas provenientes del aventamiento eólico de flujos de escombros, sin evidencia de inundación laminar o depósitos de tamiz. [24] Los ventiladores dominados por flujos de escombros tienden a ser empinados y con poca vegetación. [25]
Los abanicos fluviales (abanicos dominados por el flujo de los arroyos) reciben la mayoría de sus sedimentos en forma de flujo de arroyos en lugar de flujos de escombros. Se distinguen menos de los depósitos fluviales ordinarios que los abanicos de flujo de escombros. [14]
Los abanicos fluviales ocurren donde hay un flujo de corriente perenne, estacional o efímero que alimenta un sistema de canales distributivos en el abanico. En climas áridos o semiáridos, la deposición está dominada por lluvias poco frecuentes pero intensas que producen inundaciones repentinas en el canal de alimentación. [23] Esto da como resultado inundaciones laminares en el abanico aluvial, donde el agua cargada de sedimentos abandona los confines de su canal y se extiende por la superficie del abanico. Estos pueden incluir flujos hiperconcentrados que contienen entre un 20% y un 45% de sedimentos, que son intermedios entre inundaciones laminares que tienen un 20% o menos de sedimentos y flujos de escombros con más del 45% de sedimentos. [25] 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. [23]
Donde el flujo es más continuo, como ocurre con el deshielo primaveral, el flujo en canales incisos en canales de 1 a 4 metros (3 a 10 pies) de altura tiene lugar en una red de arroyos trenzados. [25] Estos abanicos aluviales tienden a tener una pendiente menos profunda, pero pueden llegar a ser enormes. [23] Los Kosi y otros abanicos a lo largo del frente montañoso del Himalaya en la llanura indogangética son ejemplos de gigantescos abanicos aluviales dominados por corrientes de agua, a veces descritos como megafans . [26] Aquí, el movimiento continuo en el empuje del límite principal durante los últimos diez millones de años ha centrado el drenaje de 750 kilómetros (470 millas) de frente montañoso en solo tres enormes abanicos. [3]
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. [27] Son característicos de cuencas delimitadas por fallas y pueden tener 5.000 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 hematita producida por alteración diagenética de minerales ricos en hierro en un ambiente oxidante poco profundo. Ejemplos de paleofanos incluyen las cuencas del Triásico del este de América del Norte y la Nueva Arenisca Roja del sur de Devon, [23] la Cuenca Devónico Hornelen de Noruega y el Devónico- Carbonífero en la Península de Gaspé de Canadá. [27] Dicho depósito de abanico probablemente contenga las mayores acumulaciones de grava en el registro geológico. [28]
En los abanicos aluviales se encuentran varios tipos de depósitos de sedimentos ( facies ).
Los abanicos aluviales se caracterizan por una sedimentación gruesa, aunque los sedimentos que componen el abanico se vuelven menos gruesos a medida que se alejan del ápice. Las gravas muestran una imbricación bien desarrollada con los guijarros inclinados hacia el ápice. [23] Los depósitos en 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, se depositan sedimentos cada vez más gruesos encima de los anteriores, menos sedimentos gruesos. Sin embargo, algunos ventiladores muestran una clasificación normal que indica inactividad o incluso retroceso del ventilador, de modo que sedimentos cada vez más finos se depositan sobre sedimentos anteriores más gruesos. Las secuencias de nivelación normal o inversa pueden tener de cientos a miles de metros de espesor. [27] Las facies deposicionales que se han reportado para abanicos aluviales incluyen flujos de escombros, inundaciones laminares e inundaciones de corrientes de régimen superior, depósitos de tamiz y flujos de corrientes trenzadas, cada uno de los cuales deja sus propios depósitos de sedimentos característicos que pueden ser identificados por los geólogos. [23] [29]
Los depósitos de flujo de detritos son comunes en el abanico proximal y medial. [23] Estos depósitos carecen de estructura sedimentaria, aparte de ocasionales lechos de clasificación inversa hacia la base, y están mal clasificados. [30] El abanico proximal también puede incluir lóbulos de grava que se han interpretado como depósitos de tamiz, donde la escorrentía se infiltra rápidamente y deja solo el material grueso. Sin embargo, los lóbulos de grava también se han interpretado como depósitos de flujo de escombros. [30] El conglomerado que se origina como flujos de escombros en abanicos aluviales se describe como fanglomerado . [31]
Los depósitos de flujo de corrientes tienden a tener forma de láminas, están mejor clasificados que los depósitos de flujo de escombros y, a veces, muestran estructuras sedimentarias bien desarrolladas, como lechos cruzados. Son más frecuentes en el abanico medial y distal. [25] En el abanico distal, donde los canales son muy poco profundos y trenzados, los depósitos de flujo de corriente consisten en intercalaciones arenosas con estratificación plana e inclinada. [32] El abanico medial de un abanico aluvial dominado por caudales muestra casi las mismas facies deposicionales 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. [33]
Los abanicos aluviales son característicos de terrenos montañosos en climas áridos a semiáridos , [34] [6] pero también se encuentran en ambientes más húmedos sujetos a lluvias intensas [7] y en áreas de glaciación moderna. [6] También se han encontrado en otros cuerpos del Sistema Solar . [35] [36]
Los abanicos aluviales se construyen en respuesta a la erosión inducida por el levantamiento tectónico . [37] El engrosamiento hacia arriba de los lechos que forman 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 del 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 antiguos y los nuevos abanicos, con evidencia de inclinación tectónica hace 45.000 años y el fin de la deposición de abanicos hace 20.000 años. Se cree que tanto la pausa como el fin más reciente de la deposición de abanicos 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 rápido cambio climático, tanto de húmedo a seco como de seco a húmedo. [38]
Los abanicos aluviales se encuentran a menudo en zonas desérticas , que están sujetas a inundaciones repentinas periódicas debido a tormentas 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. Generalmente hay múltiples corrientes trenzadas presentes y activas durante los flujos de agua. [34] Las freatófitas (plantas con largas raíces principales capaces de alcanzar un nivel freático profundo ) a veces se encuentran en líneas sinuosas que irradian desde los dedos de los pies en abanico en climas áridos. Estas franjas de freatófitos en forma de abanico trazan canales enterrados de sedimentos gruesos del abanico que se han intercalado con sedimentos impermeables de la playa . [39]
Los abanicos aluviales también se desarrollan en climas más húmedos cuando el terreno de alto relieve se encuentra adyacente a terreno de bajo relieve. [37] En Nepal , el río Koshi ha construido un megaventilador que cubre unos 15.000 km 2 (5.800 millas cuadradas) debajo de su salida de las estribaciones del Himalaya hacia las llanuras casi niveladas donde el río atraviesa la India antes de unirse al Ganges . A lo largo de los afluentes del alto Koshi, las fuerzas tectónicas elevan el Himalaya varios milímetros al año. La elevación está aproximadamente en equilibrio con la erosión, por lo que el río transporta anualmente unos 100 millones de metros cúbicos (3,5 × 10 9 pies cúbicos) de sedimento cuando sale de las montañas. La deposición de esta magnitud durante millones de años es más que suficiente para explicar el megaventilador. [40]
En América del Norte , los arroyos que desembocan en el Valle Central de California han depositado abanicos aluviales más pequeños pero aún extensos, como el del río Kings que fluye desde Sierra Nevada . [41] Al igual que los megafans del Himalaya, estos son fanáticos dominados por el flujo de corriente. [42]
En Marte también se encuentran abanicos aluviales . 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. [43] [44] Los abanicos aluviales del borde del cráter parecen haber sido depositados por flujo laminar en lugar de flujos de escombros. [45]
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 alguna vez hubo agua líquida presente de alguna forma en la superficie marciana. [46] Además, las observaciones de los abanicos en el cráter Gale realizadas por satélites desde órbita han sido confirmadas por el descubrimiento de sedimentos fluviales por parte del rover Curiosity . [47] Los abanicos aluviales en el cráter Holden tienen perfiles recortados en los dedos atribuidos a la erosión fluvial. [11]
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 fallas en esta región de Marte. [48]
Los abanicos aluviales han sido observados por la misión Cassini-Huygens 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 produce humectación y secado frecuentes debido a las precipitaciones, al igual que los abanicos áridos en la Tierra. Las imágenes de radar sugieren que el material del ventilador probablemente esté compuesto por granos redondos de agua helada o compuestos orgánicos sólidos de unos dos centímetros de diámetro. [49]
Los abanicos aluviales son los reservorios de agua subterránea más importantes en muchas regiones. Muchas áreas urbanas, industriales y agrícolas están ubicadas en abanicos aluviales, [50] incluidas las conurbaciones de Los Ángeles, California ; Salt Lake City, Utah ; y Denver, Colorado , en el oeste de Estados Unidos y en muchas otras partes del mundo. [51] Sin embargo, las inundaciones en abanicos aluviales plantean problemas únicos para la prevención y preparación de desastres. [52]
Los lechos de sedimentos gruesos asociados con los abanicos aluviales forman acuíferos que son los reservorios de agua subterránea más importantes en muchas regiones. [50] Estas incluyen tanto regiones áridas, como Egipto [53] o Irak, [54] como regiones húmedas, como Europa central [55] o Taiwán. [56]
Los abanicos aluviales están sujetos a inundaciones poco frecuentes pero a menudo muy dañinas, cuyas características inusuales distinguen las inundaciones de abanicos aluviales de las inundaciones ordinarias de ribera de los ríos. Estos incluyen una gran incertidumbre en la trayectoria probable de la inundación, la probabilidad de deposición abrupta y erosión de los sedimentos arrastrados por la inundación desde fuentes aguas 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 del relleno (elevar los edificios existentes hasta un metro (tres pies) y construir nuevos cimientos debajo de ellos [57] ). Como mínimo, se requieren medidas estructurales importantes de control de inundaciones para mitigar el riesgo y, en algunos casos, la única alternativa es restringir el desarrollo en la superficie del ventilador. Estas medidas pueden ser políticamente controvertidas, sobre todo porque el peligro no es evidente para los propietarios. [58] En los Estados Unidos, las áreas con riesgo de inundaciones por abanicos aluviales están marcadas como Zona AO en los mapas de tarifas de seguros contra inundaciones . [59]
Las inundaciones por 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 de transporte de sedimentos. Los flujos abarcan desde inundaciones pasando por flujos hiperconcentrados hasta flujos de escombros, dependiendo del volumen de sedimentos en el flujo. Los flujos de escombros se asemejan al concreto recién vertido y consisten 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. [60] 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. [58]
Las inundaciones por abanicos aluviales en los Apeninos de Italia han provocado repetidas pérdidas de vidas. Una inundación el 1 de octubre de 1581 en Piedimonte Matese provocó la pérdida de 400 vidas. La pérdida de vidas por inundaciones de abanicos aluviales continuó hasta el siglo XIX, y el peligro de las inundaciones de abanicos aluviales sigue siendo una preocupación en Italia. [61]
El 1 de enero de 1934, unas precipitaciones récord en una zona recientemente quemada 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 importantes pérdidas de vidas y propiedades. [62]
El río Koshi en la India ha construido un megaventilador en su salida del Himalaya hacia la llanura del Ganges . El río tiene una historia de cambiar su curso frecuente y caprichosamente, por lo que se le ha llamado el Dolor de Bihar por contribuir desproporcionadamente al número de muertos por inundaciones en la India. Estos superan los de todos los países excepto Bangladesh . [63] Durante los últimos cientos de años, el río generalmente se había desplazado hacia el oeste a través de su abanico, y en 2008, el canal principal del río estaba ubicado en el extremo occidental del megafan. En agosto de 2008 , las fuertes corrientes monzónicas rompieron el terraplén del río Koshi . Esto desvió la mayor parte del río hacia un antiguo canal desprotegido e inundó la parte central del megafan. Se trataba de una zona con una alta densidad de población que se había mantenido estable durante más de 200 años. [64] Más de un millón de personas quedaron sin hogar, alrededor de mil perdieron la vida y miles de hectáreas de cultivos fueron destruidas. [65] [66] [67]
A veces se encuentran abanicos aluviales enterrados en los márgenes de las cuencas petroleras . Los ventiladores de flujo de escombros constituyen reservorios de petróleo deficientes, pero los ventiladores fluviales son reservorios potencialmente importantes. Aunque los abanicos fluviales suelen ser de peor calidad que los embalses más cercanos al centro de la cuenca, debido a su compleja estructura, los canales de inundación episódicos de los abanicos son objetivos potencialmente lucrativos para la exploración petrolera. [68] Los abanicos aluviales que experimentan corte de dedos (erosión lateral) por un río axial (un río que corre a lo largo de una cuenca delimitada por un escarpe) pueden tener un mayor potencial como reservorios. El río deposita sedimentos axiales relativamente porosos y permeables que se alternan con lechos de sedimentos en forma de abanico. [69]
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