La deposición es el proceso geológico en el que se añaden sedimentos , tierra y rocas a una forma de relieve o masa terrestre . El viento, el hielo, el agua y la gravedad transportan material de la superficie previamente erosionado , que, al perder suficiente energía cinética en el fluido, se deposita, formando capas de sedimento.
Esto ocurre cuando las fuerzas responsables del transporte de sedimentos ya no son suficientes para superar las fuerzas de gravedad y fricción , creando una resistencia al movimiento; esto se conoce como la hipótesis del punto nulo. La deposición también puede referirse a la acumulación de sedimentos a partir de materia de origen orgánico o procesos químicos . Por ejemplo, la tiza está formada en parte por los esqueletos microscópicos de carbonato de calcio del plancton marino , cuya deposición indujo procesos químicos ( diagénesis ) para depositar más carbonato de calcio. De manera similar, la formación de carbón comienza con la deposición de material orgánico, principalmente de plantas, en condiciones anaeróbicas .
La hipótesis del punto nulo explica cómo se depositan los sedimentos a lo largo de un perfil de costa según su tamaño de grano. Esto se debe a la influencia de la energía hidráulica, que da como resultado un afinamiento hacia el mar del tamaño de las partículas de sedimento, o donde la fuerza del fluido es igual a la gravedad para cada tamaño de grano. [2] El concepto también se puede explicar como "el sedimento de un tamaño particular puede moverse a través del perfil hasta una posición donde está en equilibrio con las olas y los flujos que actúan sobre ese grano de sedimento". [3] Este mecanismo de clasificación combina la influencia de la fuerza gravitacional descendente del perfil y las fuerzas debidas a la asimetría del flujo; la posición donde hay transporte neto cero se conoce como el punto nulo y fue propuesta por primera vez por Cornaglia en 1889. [3] La Figura 1 ilustra esta relación entre el tamaño de grano del sedimento y la profundidad del entorno marino.
El primer principio que sustenta la teoría del punto nulo se debe a la fuerza gravitacional; los sedimentos más finos permanecen en la columna de agua durante períodos más largos, lo que permite el transporte fuera de la zona de rompientes para depositarse en condiciones más tranquilas. El efecto gravitacional o la velocidad de sedimentación determina la ubicación de la deposición de sedimentos más finos, mientras que el ángulo interno de fricción de un grano determina la deposición de granos más grandes en un perfil de costa. [3] El principio secundario para la creación de clarificación de sedimentos en dirección al mar se conoce como la hipótesis de umbrales asimétricos bajo las olas; esto describe la interacción entre el flujo oscilatorio de las olas y las mareas que fluyen sobre las formas del lecho de ondulación de las olas en un patrón asimétrico. [4] "El movimiento relativamente fuerte de la onda hacia la tierra forma un remolino o vórtice en el lado de sotavento de la onda. Si el flujo hacia la tierra persiste, este remolino queda atrapado en el lado de sotavento de la onda. Cuando el flujo se invierte, el remolino es lanzado hacia arriba desde el fondo y una pequeña nube de sedimento suspendido generado por el remolino es expulsada hacia la columna de agua por encima de la onda; luego, la nube de sedimento se mueve hacia el mar por el movimiento de la onda hacia la costa". [4] Cuando hay simetría en la forma de la onda, el vórtice se neutraliza; el remolino y su nube de sedimento asociada se desarrollan en ambos lados de la onda. [4] Esto crea una columna de agua turbia que viaja bajo la influencia de la marea, ya que el movimiento orbital de la onda está en equilibrio.
La hipótesis del punto nulo se ha demostrado cuantitativamente en el puerto de Akaroa (Nueva Zelanda), The Wash (Reino Unido), la bahía de Bohai y el lago Huang Sera occidental (China continental) y en numerosos otros estudios: Ippen y Eagleson (1955), Eagleson y Dean (1959, 1961) y Miller y Zeigler (1958, 1964).
Los sedimentos de grano grande transportados por una carga de fondo o una carga suspendida se detendrán cuando no haya suficiente esfuerzo cortante de fondo y turbulencia de fluido para mantener el sedimento en movimiento; [4] con la carga suspendida esto puede ser cierta distancia ya que las partículas necesitan caer a través de la columna de agua. Esto está determinado por la fuerza de peso que actúa hacia abajo del grano que se combina con una flotabilidad combinada y una fuerza de arrastre de fluido [4] y puede expresarse por:
Fuerza de peso que actúa hacia abajo = Fuerza de flotabilidad que actúa hacia arriba + Fuerza de arrastre del fluido que actúa hacia arriba [4]
dónde:
Para calcular el coeficiente de arrastre, es necesario conocer el número de Reynolds del grano, que se basa en el tipo de fluido por el que fluye la partícula de sedimento, flujo laminar, flujo turbulento o un híbrido de ambos. Cuando el fluido se vuelve más viscoso debido a tamaños de grano más pequeños o velocidades de sedimentación más altas, la predicción es menos sencilla y es aplicable para incorporar la Ley de Stokes (también conocida como fuerza de fricción o fuerza de arrastre) de sedimentación. [4]
La cohesión de los sedimentos se produce con los tamaños de grano pequeños asociados con limos y arcillas, o partículas más pequeñas que 4ϕ en la escala phi . [4] Si estas partículas finas permanecen dispersas en la columna de agua, la ley de Stokes se aplica a la velocidad de sedimentación de los granos individuales, [4] aunque debido a que el agua de mar es un fuerte agente de unión de electrolitos , se produce la floculación donde las partículas individuales crean un enlace eléctrico que las adhiere entre sí para formar flóculos. [4] "La cara de una plaqueta de arcilla tiene una ligera carga negativa donde el borde tiene una ligera carga positiva cuando dos plaquetas se acercan entre sí, la cara de una partícula y el borde de la otra se atraen electrostáticamente". [4] Los flóculos tienen entonces una masa combinada más alta que conduce a una deposición más rápida a través de una mayor velocidad de caída y una deposición en una dirección más hacia la costa de la que tendrían como granos finos individuales de arcilla o limo.
El puerto de Akaroa está ubicado en la península de Banks , Canterbury, Nueva Zelanda , 43°48′S 172°56′E / 43.800, -43.800; 172.933 . La formación de este puerto se ha producido debido a procesos erosivos activos en un volcán escudo extinto, por lo que el mar ha inundado la caldera, creando una entrada de 16 km de longitud, con un ancho promedio de 2 km y una profundidad de -13 m en relación con el nivel medio del mar en el punto de 9 km por debajo del transecto del eje central. [5] La energía predominante de las olas de tormenta tiene un alcance ilimitado para el puerto exterior desde una dirección sur, con un entorno más tranquilo dentro del puerto interior, aunque las brisas localizadas del puerto crean corrientes superficiales y oleajes que influyen en los procesos de sedimentación marina. [6] Los depósitos de loess de períodos glaciares posteriores han llenado fisuras volcánicas durante milenios, [7] dando como resultado que el basalto volcánico y el loess sean los principales tipos de sedimentos disponibles para la deposición en el puerto de Akaroa.
Hart et al. (2009) [5] descubrieron mediante un estudio batimétrico y un análisis de tamices y pipetas de sedimentos submareales que las texturas de los sedimentos estaban relacionadas con tres factores principales: profundidad, distancia desde la costa y distancia a lo largo del eje central del puerto. Esto dio como resultado que las texturas de los sedimentos se afinaran con el aumento de la profundidad y hacia el eje central del puerto o, si se clasificaban en tamaños de clase de grano, "el transecto trazado para el eje central va desde arenas limosas en la zona intermareal hasta limos arenosos en la zona cercana a la costa interior, limos en los confines exteriores de las bahías y lodo a profundidades de 6 m o más". [5] Consulte la figura 2 para obtener más detalles.
Otros estudios han demostrado que este proceso de reducción del tamaño de grano de los sedimentos se debe al efecto de la fuerza hidrodinámica; Wang, Collins y Zhu (1988) [8] correlacionaron cualitativamente la intensidad creciente de la fuerza del fluido con el aumento del tamaño de grano. "Esta correlación se demostró en las planicies de marea arcillosas de baja energía de la bahía de Bohai (China), el entorno moderado de la costa de Jiangsu (China) donde el material del fondo es limoso, y las planicies arenosas de la costa de alta energía de The Wash (Reino Unido)". Esta investigación muestra evidencia concluyente de la teoría del punto nulo que existe en planicies de marea con diferentes niveles de energía hidrodinámica y también en planicies que son tanto erosivas como acrecionales.
Kirby R. (2002) [9] profundiza en este concepto y explica que las partículas finas se suspenden y se retrabajan en el aire en alta mar, dejando atrás depósitos de las conchas principales de bivalvos y gasterópodos separados del sustrato más fino que se encuentra debajo; las olas y las corrientes amontonan estos depósitos para formar crestas de cheniers en toda la zona de mareas, que tienden a ser empujadas hacia arriba por el perfil de la zona de la costa, pero también a lo largo de ella. Las cheniers se pueden encontrar en cualquier nivel de la zona de la costa y caracterizan predominantemente un régimen dominado por la erosión. [9]
La teoría del punto nulo ha sido controvertida en su aceptación en la ciencia costera convencional, ya que la teoría opera en equilibrio dinámico o equilibrio inestable, y muchos campos y observaciones de laboratorio no han logrado replicar el estado de un punto nulo en cada tamaño de grano a lo largo del perfil. [3] La interacción de variables y procesos a lo largo del tiempo dentro del contexto ambiental causa problemas; "una gran cantidad de variables, la complejidad de los procesos y la dificultad en la observación, todos ellos colocan serios obstáculos en el camino de la sistematización, por lo tanto, en ciertos campos estrechos la teoría física básica puede ser sólida y confiable, pero las brechas son grandes" [10]
Los geomorfólogos, ingenieros, gobiernos y planificadores deben ser conscientes de los procesos y resultados involucrados con la hipótesis del punto nulo al realizar tareas como la regeneración de playas , la emisión de permisos de construcción o la construcción de estructuras de defensa costera . Esto se debe a que el análisis del tamaño de grano de los sedimentos a lo largo de un perfil permite inferir las tasas de erosión o acreción posibles si se modifica la dinámica de la costa. Los planificadores y administradores también deben ser conscientes de que el entorno costero es dinámico y que se debe evaluar la ciencia contextual antes de implementar cualquier modificación del perfil de la costa. Por lo tanto, los estudios teóricos, los experimentos de laboratorio y los modelos numéricos e hidráulicos buscan responder preguntas relacionadas con la deriva litoral y la deposición de sedimentos; los resultados no deben considerarse de forma aislada y un cuerpo sustancial de datos de observación puramente cualitativos debe complementar cualquier decisión de planificación o gestión. [2]
