Un meandro es una de una serie de curvas sinuosas regulares en el cauce de un río u otro curso de agua . Se produce cuando un curso de agua erosiona los sedimentos de un banco cóncavo exterior ( banco cortado o acantilado de río ) y deposita sedimentos en un banco interior convexo que suele ser una barra puntiaguda . El resultado de esta erosión y sedimentación combinadas es la formación de un curso sinuoso a medida que el canal migra hacia adelante y hacia atrás a lo largo del eje de una llanura aluvial . [1] [2]
La zona dentro de la cual una corriente serpenteante cambia periódicamente su cauce se conoce como cinturón de meandros . Por lo general, oscila entre 15 y 18 veces el ancho del canal. Con el tiempo, los meandros migran río abajo, a veces en tan poco tiempo que crean desafíos de ingeniería civil para los municipios locales que intentan mantener carreteras y puentes estables. [1] [2]
El grado de meandro del cauce de un río, arroyo u otro curso de agua se mide por su sinuosidad . La sinuosidad de un curso de agua es la relación entre la longitud del canal y la distancia en línea recta valle abajo. Se definen como arroyos o ríos meandros los arroyos o ríos con un solo cauce y sinuosidades de 1,5 o más. [1] [3]
El término deriva del sinuoso río Menderes ubicado en Asia Menor y conocido por los antiguos griegos como Μαίανδρος Maiandros ( latín : Maeander ), [4] [5] caracterizado por un camino muy complicado a lo largo del tramo inferior. Como resultado, incluso en la Grecia clásica (y en el pensamiento griego posterior) el nombre del río se había convertido en un sustantivo común que significaba cualquier cosa complicada y sinuosa, como patrones decorativos o discursos e ideas, así como la característica geomorfológica . [6] Estrabón dijo: '...su curso es tan extremadamente sinuoso que todo lo que es sinuoso se llama meandro.' [7]
El río Meandro está al sur de Esmirna, al este de la antigua ciudad griega de Mileto , ahora Milet, Turquía. Fluye a través de una serie de tres graben en el Macizo de Menderes, pero tiene una llanura aluvial mucho más ancha que la zona del meandro en su tramo inferior. Su nombre turco moderno es río Büyük Menderes . [8]
Los meandros son el resultado de la interacción del agua que fluye a través de un canal curvo con el lecho del río subyacente. Esto produce un flujo helicoidal , en el que el agua se mueve desde la orilla exterior a la interior a lo largo del lecho del río y luego fluye de regreso a la orilla exterior cerca de la superficie del río. Esto, a su vez, aumenta la capacidad de carga de sedimentos en la orilla exterior y la reduce en la orilla interior, de modo que los sedimentos se erosionan desde la orilla exterior y se redepositan en la orilla interior del siguiente meandro aguas abajo. [9]
Cuando se introduce un fluido en un canal inicialmente recto que luego se curva, las paredes laterales inducen un gradiente de presión que hace que el fluido altere su curso y siga la curva. A partir de aquí se producen dos procesos opuestos: (1) flujo irrotacional y (2) flujo secundario . Para que un río serpentee, debe dominar el flujo secundario.
Flujo irritacional : según las ecuaciones de Bernoulli, la alta presión da como resultado una baja velocidad. Por lo tanto, en ausencia de flujo secundario, esperaríamos una velocidad del fluido baja en la curva exterior y una velocidad alta del fluido en la curva interior. Este resultado clásico de la mecánica de fluidos es el flujo de vórtice irrotacional . En el contexto de los ríos meandros, sus efectos están dominados por los del flujo secundario.
Flujo secundario : existe un equilibrio de fuerzas entre las fuerzas de presión que apuntan al recodo interior del río y las fuerzas centrífugas que apuntan al recodo exterior del río. En el contexto de ríos serpenteantes, existe una capa límite dentro de la fina capa de fluido que interactúa con el lecho del río. Dentro de esa capa y siguiendo la teoría estándar de la capa límite, la velocidad del fluido es efectivamente cero. Por lo tanto, la fuerza centrífuga, que depende de la velocidad, también es efectivamente cero. La fuerza de presión, sin embargo, no se ve afectada por la capa límite. Por lo tanto, dentro de la capa límite, la fuerza de presión domina y el fluido se mueve a lo largo del fondo del río desde el recodo exterior hacia el recodo interior. Esto inicia el flujo helicoidal: a lo largo del lecho del río, el fluido sigue aproximadamente la curva del canal pero también es forzado hacia la curva interior; lejos del lecho del río, el fluido también sigue aproximadamente la curva del canal pero es forzado, hasta cierto punto, desde el interior hacia el exterior.
Las velocidades más altas en la curvatura exterior provocan tensiones de corte más altas y, por tanto, provocan erosión. De manera similar, velocidades más bajas en la curvatura interior provocan tensiones cortantes más bajas y se produce deposición. Por lo tanto, las curvas de los meandros se erosionan en la curva exterior, lo que hace que el río se vuelva cada vez más sinuoso (hasta que ocurren eventos de corte ). La deposición en la curva interior ocurre de tal manera que para la mayoría de los ríos con meandros naturales, el ancho del río permanece casi constante, incluso a medida que el río evoluciona. [10]
En un discurso ante la Academia de Ciencias de Prusia en 1926, Albert Einstein sugirió que debido a que la fuerza de Coriolis de la Tierra puede causar un pequeño desequilibrio en la distribución de la velocidad, de modo que la velocidad en una orilla sea mayor que en la otra, podría desencadenar la erosión. en una orilla y la deposición de sedimentos en la otra, lo que produce meandros [11] Sin embargo, las fuerzas de Coriolis probablemente sean insignificantes en comparación con otras fuerzas que actúan para producir meandros de los ríos. [12]
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La descripción técnica de un curso de agua serpenteante se denomina geometría de meandro o geometría en planta de meandro . [13] Se caracteriza por ser una forma de onda irregular . Las formas de onda ideales, como una onda sinusoidal , tienen un grosor de una línea, pero en el caso de una corriente se debe tener en cuenta el ancho. El ancho del banco lleno es la distancia a través del lecho en una sección transversal promedio al nivel del caudal completo, generalmente estimada por la línea de vegetación más baja.
Como forma de onda, la corriente serpenteante sigue el eje del valle, una línea recta ajustada a la curva de modo que la suma de todas las amplitudes medidas desde ella es cero. Este eje representa la dirección general de la corriente.
En cualquier sección transversal, el flujo sigue el eje sinuoso, la línea central del lecho. Dos puntos de cruce consecutivos de ejes sinuosos y de valle abajo definen un bucle de meandro. El meandro son dos bucles consecutivos que apuntan en direcciones transversales opuestas. La distancia de un meandro a lo largo del eje valle abajo es la longitud del meandro o longitud de onda . La distancia máxima desde el eje del valle hasta el eje sinuoso de un bucle es el ancho o amplitud del meandro . El curso en ese punto es el ápice.
A diferencia de las ondas sinusoidales, los bucles de una corriente serpenteante son casi circulares. La curvatura varía desde un máximo en el vértice hasta cero en un punto de cruce (línea recta), también llamado inflexión, porque la curvatura cambia de dirección en esa vecindad. El radio del bucle es la línea recta perpendicular al eje del valle que corta el eje sinuoso en el vértice. Como el bucle no es ideal, se necesita información adicional para caracterizarlo. El ángulo de orientación es el ángulo entre el eje sinuoso y el eje descendente en cualquier punto del eje sinuoso.
Un bucle en el vértice tiene un banco exterior o cóncavo y un banco interior o convexo. El cinturón de meandros se define por un ancho promedio de meandro medido de banco exterior a banco exterior en lugar de de línea central a línea central. Si hay una llanura aluvial , se extiende más allá del cinturón de meandros. Se dice entonces que el meandro es libre: se puede encontrar en cualquier lugar de la llanura aluvial. Si no hay llanura aluvial, los meandros son fijos.
Diversas fórmulas matemáticas relacionan las variables de la geometría del meandro. Resulta que se pueden establecer algunos parámetros numéricos, que aparecen en las fórmulas. La forma de onda depende en última instancia de las características del flujo pero los parámetros son independientes de éste y aparentemente son causados por factores geológicos. En general, la longitud del meandro es de 10 a 14 veces, con un promedio de 11 veces, el ancho del canal de banco completo y de 3 a 5 veces, con un promedio de 4,7 veces, el radio de curvatura en el vértice. Este radio es de 2 a 3 veces el ancho del canal. [14]
Un meandro también tiene un patrón de profundidad. Los cruces están marcados por rápidos o lechos poco profundos, mientras que en los vértices hay estanques. En una piscina, la dirección del flujo es hacia abajo, limpiando el material del lecho. El volumen mayor, sin embargo, fluye más lentamente en el interior de la curva donde, debido a la disminución de la velocidad, deposita sedimentos. [15]
La línea de máxima profundidad, o canal, es la línea de vaguada o vaguada. Por lo general, se designa como límite cuando los ríos se utilizan como fronteras políticas. El thalweg abraza los bancos exteriores y regresa al centro sobre los rápidos. La longitud del arco del meandro es la distancia a lo largo del vaguada a lo largo de un meandro. La longitud del río es la longitud a lo largo de la línea central. [15]
Una vez que un canal comienza a seguir una trayectoria sinusoidal, la amplitud y concavidad de los bucles aumentan dramáticamente. Esto se debe al efecto del flujo helicoidal que barre el material erosionado denso hacia el interior de la curva y deja el exterior de la curva desprotegido y vulnerable a la erosión acelerada. Esto establece un circuito de retroalimentación positiva . En palabras de Elizabeth A. Wood: "...este proceso de formar meandros parece ser un proceso que se autointensifica... en el que una mayor curvatura produce más erosión del banco, lo que resulta en una mayor curvatura..." [dieciséis]
La corriente cruzada a lo largo del fondo del canal es parte del flujo secundario y barre el material erosionado denso hacia el interior de la curva. [17] La corriente cruzada luego sube a la superficie cerca del interior y fluye hacia el exterior, formando el flujo helicoidal . Cuanto mayor es la curvatura de la curva y cuanto más rápido es el flujo, más fuerte es la corriente cruzada y el barrido. [18]
Debido a la conservación del momento angular, la velocidad en el interior de la curva es mayor que en el exterior. [19]
Dado que la velocidad del flujo disminuye, también lo hace la presión centrífuga. La presión de la columna superelevada prevalece, desarrollando un gradiente desequilibrado que hace retroceder el agua a través del fondo desde el exterior hacia el interior. El flujo se suministra mediante un contracorriente que atraviesa la superficie desde el interior hacia el exterior. [20] Toda esta situación es muy similar a la paradoja de la hoja de té . [21] Este flujo secundario transporta sedimentos desde el exterior de la curva hacia el interior, lo que hace que el río sea más serpenteante. [22]
En cuanto a por qué las corrientes de cualquier tamaño se vuelven sinuosas, existen varias teorías, no necesariamente excluyentes entre sí.
La teoría estocástica puede tomar muchas formas, pero una de las afirmaciones más generales es la de Scheidegger: "Se supone que el tren de meandros es el resultado de las fluctuaciones estocásticas de la dirección del flujo debido a la presencia aleatoria de obstáculos que cambian de dirección en el camino del río." [23] Dada una superficie artificial plana, lisa e inclinada, la lluvia se escurre sobre ella en láminas, pero incluso en ese caso la adhesión del agua a la superficie y la cohesión de las gotas producen riachuelos al azar. Las superficies naturales son rugosas y erosionables en distintos grados. El resultado de todos los factores físicos que actúan al azar son canales que no son rectos y que luego progresivamente se vuelven sinuosos. Incluso los canales que parecen rectos tienen un vaguado sinuoso que eventualmente conduce a un canal sinuoso.
En la teoría del equilibrio, los meandros disminuyen el gradiente de la corriente hasta que se alcanza un equilibrio entre la erosionabilidad del terreno y la capacidad de transporte de la corriente. [24] Una masa de agua que desciende debe ceder energía potencial , que, dada la misma velocidad al final de la caída que al principio, se elimina por interacción con el material del lecho del arroyo. La distancia más corta; es decir, un canal recto, resulta en la mayor energía por unidad de longitud, alterando más las orillas, creando más sedimentos y agravando la corriente. La presencia de meandros permite que la corriente ajuste la longitud a un equilibrio de energía por unidad de longitud en el que la corriente se lleva todos los sedimentos que produce.
Geomórfico se refiere a la estructura superficial del terreno. Morfotectónico significa que tiene que ver con la estructura más profunda o tectónica (placa) de la roca. Las funciones incluidas en estas categorías no son aleatorias y guían las transmisiones por rutas no aleatorias. Son obstáculos predecibles que provocan la formación de meandros al desviar la corriente. Por ejemplo, la corriente podría ser guiada hacia una falla (morfotectónica). [25]
Un banco cortado es un banco o acantilado, a menudo vertical, que se forma donde el banco cóncavo exterior de un meandro corta la llanura aluvial o la pared del valle de un río o arroyo. Un cutbank también se conoce como acantilado cortado por un río , acantilado de río o acantilado y se escribe como cutbank . [1] La erosión que forma un banco cortado ocurre en el banco exterior de un meandro porque el flujo helicoidal de agua mantiene el banco limpio de arena suelta, limo y sedimentos y lo somete a una erosión constante. Como resultado, el meandro se erosiona y migra en dirección a la curva exterior, formando el banco cortado. [26] [27]
A medida que la erosión socava el banco cortado, comúnmente colapsa al hundirse en el canal del río. El sedimento desplomado, una vez desmenuzado por el hundimiento, se erosiona fácilmente y se transporta hacia el centro del canal. El sedimento erosionado de un banco cortado tiende a depositarse en la barra de puntas del siguiente meandro aguas abajo, y no en la barra de puntas opuesta a él. [28] [26] Esto se puede ver en áreas donde los árboles crecen en las orillas de los ríos; en el interior de los meandros, los árboles, como los sauces, suelen estar lejos de la orilla, mientras que en el exterior de la curva, las raíces de los árboles suelen estar expuestas y socavadas, lo que acaba provocando que los árboles caigan al río. [28] [29]
Un corte de meandro , también conocido como meandro de corte o meandro abandonado , es un meandro que ha sido abandonado por su arroyo después de la formación de un corte de cuello. Un lago que ocupa un meandro de corte se conoce como lago en forma de meandro . Los meandros de corte que han cortado hacia abajo el lecho de roca subyacente se conocen en general como meandros de corte incisos . [1] Como en el caso del Anderson Bottom Rincon, los meandros incisos que tienen paredes empinadas, a menudo verticales, a menudo, pero no siempre, se conocen como rincones en el suroeste de los Estados Unidos . [30] Rincón en inglés es una palabra no técnica en el suroeste de los Estados Unidos para designar un pequeño valle apartado, un nicho o hueco angular en un acantilado o un recodo de un río. [31]
Los meandros de un arroyo o río que ha cortado su lecho en el lecho de roca se conocen como meandros incisos , atrincherados , atrincherados , cerrados o encarnados . Algunos científicos de la Tierra reconocen y utilizan una subdivisión más fina de meandros incisos. Thornbury [32] sostiene que los meandros incisos o cerrados son sinónimos apropiados para describir cualquier meandro inciso hacia abajo en el lecho de roca y define los meandros cerrados o atrincherados como un subtipo de meandros incisos (meandros cerrados) caracterizados por lados de valle simétricos. Sostiene que los lados simétricos del valle son el resultado directo de la rápida excavación de un curso de agua en un lecho de roca. [1] [33] Además, como propone Rich, [34] Thornbury sostiene que los valles incisos con una pronunciada asimetría de sección transversal, a los que llamó meandros encarnados , son el resultado de la migración lateral y la incisión de un meandro durante un período de reducción de canales más lenta . Independientemente, se cree que la formación tanto de meandros arraigados como de meandros encarnados requiere que el nivel base caiga como resultado de un cambio relativo en el nivel medio del mar , un levantamiento isostático o tectónico , la ruptura de una presa de hielo o deslizamiento de tierra , o una inclinación regional. Los ejemplos clásicos de meandros incisos están asociados con ríos en la meseta de Colorado , las Palisades del río Kentucky en el centro de Kentucky y arroyos en la meseta de Ozark . [33] [35]
Como se señaló anteriormente, inicialmente se argumentó o se supuso que un meandro inciso es característico de una corriente o río anterior que había incidido su canal en estratos subyacentes . Una corriente o río antecedente es aquel que mantiene su curso y patrón originales durante la incisión a pesar de los cambios en la topografía y los tipos de rocas subyacentes. [32] [33] Sin embargo, geólogos posteriores [36] sostienen que la forma de un meandro inciso no siempre, si es que alguna vez, se "hereda", por ejemplo, estrictamente de una corriente serpenteante anterior donde su patrón de meandro podría desarrollarse libremente a un nivel llanura aluvial. En cambio, argumentan que a medida que avanza la incisión fluvial del lecho de roca, el curso del arroyo se modifica significativamente por variaciones en el tipo de roca y fracturas , fallas y otras estructuras geológicas en meandros condicionados litológicamente o meandros estructuralmente controlados . [33] [35]
El meandro , que es el tipo más común de lago fluvial, tiene forma de media luna y debe su nombre a su distintiva forma curva. [37] Los lagos Oxbow también se conocen como lagos de corte . [1] Estos lagos se forman regularmente en llanuras aluviales no perturbadas como resultado del proceso normal de meandros fluviales. Un río o un arroyo forma un canal sinuoso a medida que el lado exterior de sus curvas se erosiona y los sedimentos se acumulan en el lado interior, lo que forma una curva serpenteante en forma de herradura. Finalmente, como resultado de su meandro, el canal fluvial corta el estrecho cuello del meandro y forma un meandro de corte. La ruptura final del cuello, que se llama corte de cuello , ocurre a menudo durante una inundación importante porque es entonces cuando el curso de agua está fuera de sus orillas y puede fluir directamente a través del cuello y erosionarlo con toda la fuerza de la inundación. . [28] [38]
Después de que se forma un meandro de corte, el agua del río fluye hacia su extremo desde el río y forma una pequeña característica similar a un delta en cada extremo durante las inundaciones. Estas características similares a un delta bloquean cualquiera de los extremos del meandro de corte para formar un meandro estancado que está separado del flujo del canal fluvial e independiente del río. Durante las inundaciones, las aguas depositan sedimentos de grano fino en el meandro. Como resultado, los lagos en forma de meandro tienden a llenarse con sedimentos de grano fino ricos en materia orgánica con el tiempo. [28] [38]
Una barra puntual , también conocida como barra de meandro , es una barra fluvial que se forma por la adición lenta, a menudo episódica, de acumulaciones individuales de sedimentos no cohesivos en la orilla interior de un meandro por la migración acompañante del canal hacia su banco exterior. [1] [26] Este proceso se llama acreción lateral. La acreción lateral ocurre principalmente durante mareas altas o inundaciones cuando la barra de puntos está sumergida. Normalmente, el sedimento consiste en arena, grava o una combinación de ambas. El sedimento que comprende algunas barras puntuales podría graduarse río abajo hasta convertirse en sedimentos limosos. Debido a la disminución de la velocidad y la fuerza de la corriente desde el canal del canal hasta la superficie superior de la barra de puntos cuando se deposita el sedimento, la secuencia vertical de sedimentos que comprende una barra de puntos se vuelve más fina hacia arriba dentro de una barra de puntos individual. Por ejemplo, es típico que las barras puntiagudas se afinen hacia arriba desde grava en la base hasta arena fina en la parte superior. La fuente del sedimento suele ser bancos cortados río arriba desde los cuales arena, rocas y escombros han sido erosionados, barridos y rodados a través del lecho del río y río abajo hasta la orilla interior de un recodo del río. En la curva interior, estos sedimentos y escombros finalmente se depositan en la pendiente de deslizamiento de una barra puntiaguda. [1] [26] [27]
Las barras de desplazamiento son el resultado de la migración lateral continua de un bucle de meandro que crea una topografía asimétrica de crestas y pantanos [39] en el interior de las curvas. La topografía es generalmente paralela al meandro y está relacionada con formas de barras migratorias y rampas de barras traseras, [40] que excavan sedimentos desde el exterior de la curva y depositan sedimentos en el agua que fluye más lentamente en el interior del circuito, en un proceso llamado acreción lateral. Los sedimentos en forma de barra de desplazamiento se caracterizan por estratificación cruzada y un patrón de clarificación ascendente. [41] Estas características son el resultado del sistema fluvial dinámico, donde los granos más grandes se transportan durante inundaciones de alta energía y luego mueren gradualmente, depositando material más pequeño con el tiempo (Batty 2006). Los depósitos de ríos serpenteantes son generalmente homogéneos y lateralmente extensos, a diferencia de los depósitos de ríos trenzados más heterogéneos. [42] Hay dos patrones distintos de deposiciones con barra de desplazamiento; el patrón de barra de desplazamiento de acumulación de remolinos y el patrón de desplazamiento de barra de puntos. Cuando se mira hacia el valle del río, se pueden distinguir porque los patrones de desplazamiento de las barras de puntos son convexos y los patrones de barras de desplazamiento de acreción de remolinos son cóncavos. [43]
Las barras de desplazamiento suelen verse más claras en la parte superior de las crestas y más oscuras en las cunetas. Esto se debe a que las cimas pueden ser moldeadas por el viento, ya sea agregando granos finos o manteniendo el área sin vegetación, mientras que la oscuridad en las ciénagas se puede atribuir a los limos y arcillas que llegan durante los períodos de aguas altas. Este sedimento añadido, además del agua que se acumula en los pantanos, es a su vez un entorno favorable para la vegetación que también se acumulará en los pantanos.
Dependiendo de si un meandro es parte de un río atrincherado o parte de un río que serpentea libremente dentro de una llanura aluvial, el término pendiente de deslizamiento puede referirse a dos accidentes geográficos fluviales diferentes que comprenden la orilla interior y convexa de un circuito de meandro. En el caso de un río que serpentea libremente en una llanura aluvial, una pendiente de deslizamiento es la orilla interior de suave pendiente de un meandro en la que los sedimentos se acumulan episódicamente para formar una barra puntual a medida que un río serpentea. Este tipo de pendiente de deslizamiento se sitúa frente al talud. [44] Este término también se puede aplicar al banco interior e inclinado de un canal de marea serpenteante. [45]
En el caso de un río atrincherado, una pendiente de deslizamiento es una superficie de lecho rocoso de suave pendiente que se eleva desde el interior y la orilla cóncava de un río atrincherado asimétricamente. Este tipo de pendiente de deslizamiento suele estar cubierta por una capa fina y discontinua de aluvión. Se produce por la migración gradual hacia afuera del meandro a medida que un río corta el lecho de roca. [46] [47] Una terraza en la pendiente de deslizamiento de un espolón de meandro, conocida como terraza de pendiente de deslizamiento , puede formarse mediante una breve parada durante la incisión irregular de un río que serpentea activamente. [48]
El ratio de meandros [49] o índice de sinuosidad [50] es una forma de cuantificar cuánto serpentea un río o arroyo (cuánto se desvía su curso del camino más corto posible). Se calcula como la longitud del arroyo dividida por la longitud del valle . Un río perfectamente recto tendría una proporción de meandros de 1 (tendría la misma longitud que su valle), mientras que cuanto mayor sea esta proporción por encima de 1, más serpenteará el río.
Los índices de sinuosidad se calculan a partir del mapa o de una fotografía aérea medida sobre una distancia llamada tramo , que debe ser al menos 20 veces el ancho promedio del canal de banco completo. La longitud de la corriente se mide por la longitud del canal, o thalweg, sobre el tramo, mientras que el valor inferior de la relación es la longitud del valle abajo o la distancia aérea de la corriente entre dos puntos que definen el tramo.
El índice de sinuosidad juega un papel en las descripciones matemáticas de las corrientes. El índice puede requerir elaboración, porque el valle también puede serpentear; es decir, la longitud del valle abajo no es idéntica al tramo. En ese caso, el índice del valle es la proporción de meandros del valle, mientras que el índice del canal es la proporción de meandros del canal. El índice de sinuosidad del canal es la longitud del canal dividida por la longitud del valle y el índice de sinuosidad estándar es el índice del canal dividido por el índice del valle. Las distinciones pueden volverse aún más sutiles. [51]
El índice de sinuosidad también tiene una utilidad no matemática. Las transmisiones se pueden colocar en categorías organizadas por él; por ejemplo, cuando el índice está entre 1 y 1,5 el río es sinuoso, pero si está entre 1,5 y 4, entonces serpentea. El índice es también una medida de la velocidad de la corriente y la carga de sedimentos, maximizándose esas cantidades con un índice de 1 (recta).
