Una forma de lecho es una característica geológica que se desarrolla en la interfaz de un fluido y un lecho móvil , resultado del movimiento del material del lecho por el flujo de fluido. Algunos ejemplos incluyen ondulaciones y dunas en el lecho de un río . Las formas de lecho a menudo se conservan en el registro de rocas como resultado de estar presentes en un entorno deposicional . Las formas de lecho a menudo son características de los parámetros de flujo, [1] y pueden usarse para inferir la profundidad y la velocidad del flujo y, por lo tanto, el número de Froude .
Las formaciones de lecho están omnipresentes en muchos entornos (por ejemplo, fluviales, eólicos, glaciofluviales, deltaicos y marinos profundos), aunque todavía hay cierto debate sobre cómo se desarrollan. Existen dos modelos separados, aunque no mutuamente excluyentes, [2] de iniciación de formaciones de lecho: iniciación por defecto e iniciación instantánea.
La teoría de defectos propone que los barridos turbulentos que se generan en flujos turbulentos [3] [4] arrastran sedimentos [5] que al depositarse generan defectos en un material no cohesivo. Estos depósitos luego se propagan aguas abajo a través de un proceso de separación de flujo, desarrollando así campos de lechos. Se piensa que el origen de los defectos está vinculado a paquetes de estructuras de vórtices en horquilla. [6] Estas estructuras turbulentas coherentes dan lugar a corredores de arrastre en el lecho móvil, formando lineaciones de granos que interactúan con las vetas de baja velocidad generando una aglomeración de granos. Una vez que se alcanza una altura crítica de granos, se produce una separación de flujo sobre la nueva estructura. El sedimento se erosionará cerca del punto de reinserción y se depositará aguas abajo creando un nuevo defecto. Este nuevo defecto inducirá así la formación de otro defecto y el proceso continuará, propagándose aguas abajo mientras las acumulaciones de granos evolucionan rápidamente hacia pequeños lechos.
En general, la teoría de propagación de defectos juega un papel más importante a bajas tasas de transporte de sedimentos , ya que para tasas altas los defectos pueden ser arrastrados y las formas de lecho generalmente se inician en todo el lecho de manera espontánea. [7] [8] Venditti et al. (2005) [7] : 1 informan que la iniciación instantánea comienza con la formación de un patrón de trama cruzada, que conduce a formas en forma de chevron que migran independientemente de la estructura del patrón. Esta estructura similar a un chevron se reorganiza para formar las futuras líneas de cresta de las formas de lecho. Venditti et al. (2006), [8] : 1 basado en el modelo anterior de Liu (1957), propuso que la iniciación instantánea es una manifestación de una inestabilidad hidrodinámica interfacial de tipo Kelvin-Helmholtz entre una capa de sedimento pseudofluido altamente activa y el fluido sobre ella. Además, Venditti et al. (2005) [7] : 2 implican que no hay vínculo entre la iniciación instantánea y las estructuras de flujo turbulento coherente, ya que los eventos espacial y temporalmente aleatorios deben bloquearse en su lugar para generar el patrón de trama cruzada. Además, no hay una explicación clara del efecto de la turbulencia en la formación de formas de lecho, ya que las formas de lecho también pueden ocurrir bajo flujos laminares. Es importante señalar que los estudios de formas de lecho generadas por flujo laminar utilizaron las condiciones de flujo promediadas temporalmente para determinar el grado de turbulencia , lo que indica el número de Reynolds en el régimen laminar. Sin embargo, los procesos instantáneos, como las ráfagas y los barridos, que son poco frecuentes en números de Reynolds bajos pero aún así presentes, pueden ser los mecanismos impulsores para generar las formas de lecho. La generación de formas de lecho en flujos laminares sigue siendo un tema de debate dentro de la comunidad científica, ya que, de ser cierto, sugiere que debería haber otros procesos para el desarrollo de defectos además del sugerido por Best (1992). [6] : 1 Este modelo alternativo para el desarrollo de estratos a bajas tasas de transporte de sedimentos debería explicar la generación de defectos y estratos para los casos en que el flujo no es turbulento.
Los diagramas de fase o de estabilidad se definen como gráficos que muestran los regímenes de existencia de uno o más estados estables del lecho. La estabilidad del lecho puede definirse cuando la forma del lecho está en equilibrio y no cambia en el tiempo para la misma condición de flujo. Esta invariancia en el tiempo no debe confundirse con una morfología estática o equilibrio congelado; por el contrario, el lecho se mueve y se ajusta en un equilibrio dinámico con el flujo y el transporte de sedimentos para esa condición particular. Estos diagramas de fase [1] : 1 [9] se utilizan para dos propósitos principales: i) para la predicción de estados del lecho en una condición conocida de flujo y transporte de sedimentos, y, ii) como una herramienta para la reconstrucción de paleoambientes a partir de un estado de lecho o estructura sedimentaria conocida. A pesar de la gran utilidad de tales diagramas, son muy difíciles de construir, lo que los hace incompletos o muy difíciles de interpretar. Esta complejidad radica en el número de variables necesarias para cuantificar el sistema.
Las formas de lecho unidireccionales típicas representan una velocidad de flujo específica, asumiendo sedimentos típicos (arenas y limos) y profundidades de agua, y se puede utilizar un gráfico como el siguiente para interpretar los entornos deposicionales , [10] con una velocidad del agua creciente a medida que desciende por el gráfico.
Este gráfico es para uso general, ya que los cambios en el tamaño del grano y la profundidad del flujo pueden cambiar la forma del lecho presente y omitir formas del lecho en ciertos escenarios. Los entornos bidireccionales (por ejemplo, las planicies de marea) producen formas del lecho similares, pero la reelaboración de los sedimentos y las direcciones opuestas del flujo complican las estructuras.
Esta secuencia de formación de lecho también se puede ilustrar esquemáticamente:
"Lecho del plano inferior" se refiere a la configuración plana del lecho de un río que se produce debido a bajas tasas de transporte de sedimentos . [11]
Las características del "estrato del plano superior" son planas y se caracterizan por un flujo unidireccional con altas tasas de transporte de sedimentos , tanto como carga del lecho como carga suspendida . Las condiciones del lecho del plano superior pueden producir lineaciones de corrientes de separación , que son típicamente vetas sutiles en la superficie del lecho debido al flujo de alta energía. [11]
