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 las eras glaciales pasadas . [1] Pueden tener hasta 100 km (62 mi) de largo, 4 km (2,5 mi) de ancho y 400 m (1300 pies) de profundidad.
Los valles túnel se formaron por la erosión subglacial del 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 . En la actualidad aparecen como valles secos, lagos, depresiones del lecho marino y como 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 túnel aparecen en la literatura técnica bajo varios términos, incluidos canales de túnel, valles subglaciales, vías de hielo , espirales de serpiente e incisiones lineales.
Los valles túnel desempeñan un papel en la identificación de áreas ricas en petróleo en Arabia y el norte de África. Los materiales del Ordovícico Superior y Silúrico Inferior contienen una capa de esquisto negro de aproximadamente 20 m (66 pies) de espesor, rica en carbono. Aproximadamente el 30% del petróleo del mundo se encuentra en estos depósitos de esquisto. Aunque el origen de estos depósitos aún está en estudio, se ha establecido que el esquisto se superpone rutinariamente a sedimentos glaciales y glaciomarinos depositados unos 445 millones de años antes del presente por la glaciación hirnantiense . El esquisto se ha relacionado con el enriquecimiento de nutrientes del ambiente marino poco profundo por el agua de deshielo glacial. Por lo tanto, la presencia de valles túnel es un indicador de la presencia de petróleo en estas áreas. [3]
Los valles en túnel representan una fracción sustancial de todo el drenaje de agua de deshielo de los glaciares. El drenaje de agua de deshielo influye en el flujo del hielo glaciar, lo que es importante para comprender la duración de los períodos glaciales e interglaciales y ayuda a identificar la ciclicidad glacial, un problema que es importante para las investigaciones paleoambientales. [4]
Los valles en forma de túnel suelen estar erosionados hasta el lecho rocoso y llenos de restos glaciares de distintos tamaños. Esta configuración los hace excelentes para captar y almacenar agua. Por lo tanto, cumplen una función importante como acuíferos en gran parte del norte de Europa, Canadá y Estados Unidos. Algunos ejemplos son el acuífero Oak Ridges Moraine , el acuífero Spokane Valley-Rathdrum Prairie, el acuífero Mahomet , el acuífero Saginaw Lobe y el acuífero Corning.
Los valles en forma de túnel se han observado como valles abiertos y como valles parcialmente o totalmente enterrados. Si están enterrados, pueden estar parcial o totalmente llenos de sedimentos glaciales u otros desechos. Los valles pueden estar excavados en el lecho de roca, arena, limo o arcilla. [1]
Una parte de un valle de 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 es parte del lecho del Mar del Norte ) hay algunos valles de túnel 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 y 2,49 mi) de ancho y entre 50 y 350 m (160 y 1150 pies) de profundidad. Varían en profundidad a lo largo de su curso, exhibiendo sobreprofundización ; secciones sobreprofundizadas cortadas en el lecho de roca y típicamente 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 túneles incluyen frecuentemente segmentos individuales relativamente rectos, paralelos e independientes entre sí. Los cursos de los valles de túneles pueden ser interrumpidos periódicamente; la interrupción puede incluir un tramo de esker elevado , lo que indica que el canal atravesó el hielo durante una distancia. Las secciones por debajo del nivel del suelo suelen tener una longitud de 5 a 30 km (3,1 a 18,6 mi); 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 mi). [1]
La parte superior, la que se encuentra más adentro del glaciar, consiste en un sistema de ramificaciones que forman una red similar a los patrones de ramificación anastomótica de los tramos superiores de un río (en contraste con los patrones dendríticos). Por lo general, presentan la mayor área transversal en el centro del curso y terminan a una distancia relativamente corta en abanicos de afloramiento elevados en el margen del hielo. [1]
Se ha descubierto que los valles en forma de túnel cruzan el gradiente regional, por lo que pueden ser atravesados por redes fluviales modernas. En un ejemplo, los afluentes del río Kalamazoo atraviesan en ángulos casi rectos un canal de túnel enterrado lleno de hielo y escombros. [6] Con frecuencia terminan en una morrena recesiva . Los valles en forma de túnel de glaciaciones sucesivas pueden cruzarse entre sí. [7]
Los valles túnel suelen seguir cursos aproximadamente paralelos. Se originan y atraviesan regiones que incluyen evidencia clara de erosión glacial por abrasión y pueden presentar estrías y roche moutonnée . En su extremo terminal se encuentran formas de sedimentación como morrenas terminales y abanicos de desagüe . [1] En Michigan se ha observado que los canales de los valles túnel divergen ligeramente con un espaciamiento promedio entre los canales de 6 km (3,7 mi) y una desviación estándar de 2,7 km (1,7 mi). [8]
Los canales de valles de túneles suelen comenzar o terminar de manera abrupta. Tienen perfiles longitudinales convexos hacia arriba. Suelen estar ocupados por lagos alargados de arroyos que no están bien adaptados . 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 se ha argumentado que drena episódicamente en repetidos jökulhlaups desde lagos y embalses subglaciales; se han observado ejemplos de dicho movimiento en la Antártida . Aunque hay evidencia de erosión del hielo, como estrías lineales en el lecho rocoso, estas se observan solo en los valles más anchos y se cree que han jugado un papel secundario. [1]
La disposición subglacial de los túneles de valle está orientada predominantemente 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 presentar 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]
Los valles en forma de túnel pueden formarse bajo capas de hielo glaciar extremadamente gruesas; se han observado ejemplos en el fondo del Lago Superior y en los océanos de la costa de la Antártida. El curso de un valle en forma de túnel suele ir desde el hielo glaciar más grueso hasta el borde del glaciar; como resultado, el hielo glaciar presuriza el agua de tal manera que corre cuesta arriba hacia su final. [1]
Aunque existe consenso sobre el papel del agua de deshielo en la creación de valles de túneles, todavía se están considerando varias teorías sobre el papel de dicha agua de deshielo:
Se han observado erupciones periódicas de agua subglacial que se desplazan entre lagos subglaciales debajo de la capa de hielo de la Antártida Oriental. Los datos satelitales registraron una descarga subglacial de un total de dos km3 ( 0,48 mi3) que recorrió ~260 km (160 mi) durante un período de menos de un año. A medida que el flujo disminuía, el peso del hielo cerró el túnel y selló nuevamente el lago. [13] El flujo de agua se modeló satisfactoriamente con canalización en hielo y sedimento. El modelo analítico muestra que en algunas regiones, la geometría del lecho de roca 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 estable 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 ambos. El agua de deshielo puede fluir tanto supraglacialmente como basalmente; las características del flujo de agua supraglacial y basal difieren según la zona de paso. El flujo supraglacial es similar al flujo fluvial en todos los entornos de superficie: el agua fluye desde 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 deshielo en la base o extraída hacia abajo desde la superficie por la 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 superficial, el agua del deshielo superficial fluirá hacia abajo y se acumulará en grietas en el hielo, mientras que el agua del deshielo basal se acumulará debajo del glaciar; cualquiera de las dos fuentes formará un lago subglacial. La carga hidráulica del agua recogida en un lago basal aumentará a medida que el agua se drena a través del hielo hasta que la presión crece lo suficiente como para desarrollar un camino a través del hielo o para hacer flotar el hielo sobre él. [4] [9]
Las fuentes de agua y las rutas de drenaje de agua a través y por debajo de los glaciares templados y subpolares se comprenden razonablemente bien y proporcionan una base para comprender los valles túnel. En estos glaciares, el agua supraglacial se acumula o se mueve en ríos a lo largo de la superficie del glaciar hasta que cae por una grieta vertical (un molino ) en el glaciar. Allí se une al agua subglacial creada por el calor geotérmico; una parte del agua se drena hacia los acuíferos debajo del glaciar. El exceso de agua subglacial que no puede drenar a través de sedimentos o lechos rocosos impermeables como agua subterránea, se mueve a través de canales erosionados en el lecho de sedimentos debajo del glaciar (llamados canales de Nye [15] ) o a través de canales hacia arriba en el hielo glaciar (llamados canales de Rothlisberger), y finalmente fluye hacia afuera en el margen del hielo. En el nivel más simple, el valle túnel puede considerarse una versión a mayor escala de estos fenómenos. [16]
Los valles o canales en forma de túnel se forman por el flujo de agua de deshielo que se produce debajo del hielo glacial. Los valles en forma de túnel suelen quedar enterrados total o parcialmente por la acumulación de sedimentos durante los períodos de avance y retroceso del hielo. [9]
Aunque la teoría del estado estacionario es atractiva porque amplía la escala de la formación del canal de Nye que se ha observado en los sedimentos, una debilidad de la teoría del estado estacionario es que requiere que los valles de túnel se excaven en sedimentos no consolidados, en los que el agua de deshielo se fuerza inicialmente a través de un conducto subglacial inicialmente estrecho. Con la erosión progresiva de los sedimentos por el agua de deshielo, el hielo se deforma bajo su propio peso en la cavidad para crear un valle de túnel cada vez más grande. Sin embargo, la teoría del estado estacionario parece no tener en cuenta la erosión en el lecho rocoso, que se ha observado ampliamente. [17]
Hay 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 subterráneo cada vez mayor. Las áreas donde el hielo se levanta más fácilmente (es decir, áreas con capas de hielo suprayacentes 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 el agua se acumula, se levanta más hielo hasta que se crea una ruta de liberación.
Si no hay un canal preexistente, el agua se libera inicialmente en un frente amplio de jökulhlaup que puede tener un frente de flujo de decenas de kilómetros de ancho, extendiéndose en un frente delgado. A medida que el flujo continúa, tiende a erosionar los materiales subyacentes y el hielo suprayacente, creando un canal al mismo tiempo que 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 túnel formados por una glaciación específica proporciona un mapeo general del espesor del glaciar cuando se formaron los valles de túnel, particularmente si el relieve superficial original debajo del glaciar era limitado. [4] [9]
Los análisis de Piotrowski demuestran que la producción anual de agua de una cuenca típica de 642.000.000 m3 ( 2,27 × 10 10 pies cúbicos) normalmente se drenaría a través de su valle de túnel asociado en menos de 48 horas. [11] Los desechos que se encuentran en los túneles y en la boca de los túneles tienden a ser rocas gruesas y cantos rodados, lo que es indicativo de altas velocidades de flujo y un entorno extremadamente erosivo. Este entorno erosivo es consistente con la creación de túneles de más de 400 m (1.300 pies) de profundidad y 2,5 km (1,6 mi) de ancho, como se ha observado en la Antártida. [9] El modelo de Piotrowski predice un ciclo como el siguiente:
Los valles túnel tienen características similares, independientemente de si se forman en tierra o en un entorno sumergido. Esto se debe a que se forman por agua a alta presión debajo de una gruesa capa de hielo; en un entorno sumergido, todavía tienen suficiente presión para erosionar los valles túnel hasta formar configuraciones comparables a las generadas en tierra. [17]
Los valles túnel pueden permanecer abiertos, parcialmente llenos o rellenos, en función de la recesión glacial. La configuración rellena es importante porque los valles túnel rellenos se convierten en excelentes reservorios de agua (acuífero) o de petróleo. Esto se debe a que las areniscas de grano relativamente grueso se encuentran en los fondos y márgenes de los valles y en el fondo de los valles porque los sedimentos de grano más grueso se sedimentan más fácilmente y se acumulan preferentemente en el agua corriente común a las etapas de relleno de los valles túnel. [17]
Las redes de valles túnel subglaciales se formaron originalmente cerca del borde del hielo. Es probable que los valles túnel se llenen de sedimentos como resultado de la liberación de agua de deshielo durante la recesión glacial. Los valles túnel se llenan de dos formas principales. En primer lugar, los desechos transportados por el flujo se depositan y se acumulan en el valle túnel. Posteriormente, una vez que el hielo se ha retirado lo suficiente, pueden depositarse depósitos marinos, dependiendo de la profundidad del agua en el frente de hielo. [17]
El registro sedimentario del valle del túnel está controlado por las tasas de flujo 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 entorno de mareas, un entorno de transición o un entorno esencialmente seco con buen drenaje. En el entorno glaciomarino, los depósitos relacionados con los glaciares se intercalan con aquellos similares a los de las áreas de mareas no glaciadas; el entorno de mareas mostrará abanicos dominados por la resaca. El entorno de transición se caracteriza por una mezcla de vida marina y de agua dulce en un entorno de delta. En un entorno esencialmente seco, el flujo glaciar transporta sedimentos que se acumulan de manera muy similar a como lo harían en el lecho de cualquier arroyo. [17]
El flujo de hielo dentro de los glaciares es el resultado de un aumento en la pendiente de la superficie del glaciar, que resulta de las características geográficas combinadas con un desequilibrio entre las cantidades de hielo acumuladas a través de la precipitación y las perdidas por ablación . El aumento del gradiente aumenta la tensión de corte en 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 generalmente 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 cobertura de hielo más delgada. El agua se acumula en esta área interlobulada. La carga hidráulica (presión) es menor en áreas de hielo más delgado; por lo tanto, el agua subglacial tiende a converger en la unión 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 está agrietada, 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 túneles y los eskers indican flujo de agua hacia las zonas interlobuladas, que están elevadas como resultado de los escombros transportados y depositados allí. [19]
Se han identificado valles túnel formados por glaciares en todos los continentes.
Se han observado valles de túnel asociados con la glaciación del Ordovícico Tardío en países del norte de África, incluida Libia . [20] Estos cuerpos de arenisca de relleno de canales a gran escala (valles de túnel) son una característica sedimentológica sorprendente de los depósitos relacionados con los glaciares en el antiguo margen del norte de Gondwana . Varían de 10 a 200 m (33 a 656 pies) de profundidad y 500 a 3000 m (1600 a 9800 pies) de ancho. Los valles de túnel están incisos en el lecho de roca y se pueden rastrear durante 2 a 30 km (1,2 a 18,6 mi) de longitud. En un ejemplo, en Mauritania , en el Sahara occidental , las características y depósitos glaciares siliciclásticos del Ordovícico Tardío en la plataforma continental de Gondwana del Norte incluyen canales incisos identificados como valles de túnel. El valle de túnel relleno tiene 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 glaciar; las secciones transversales de los valles son comparables a las que se confirmó que se formaron glacialmente, los valles terminan en abanicos de desagüe similares a los valles de túnel y el relleno es postglacial típico de lo observado para los valles de túnel. [21]
En el sur de África se ha identificado un sistema de valles túnel del Pérmico-Carbonífero en el norte de la Provincia del Cabo, Sudáfrica. [22]
En la actualidad se observa la formación activa de valles túnel bajo el hielo antártico. [4] [9]
A finales del Ordovícico , el este de Gondwana estaba cubierto de capas de hielo. Como consecuencia, Jordania y Arabia Saudita presentan estructuras de valles túnel rellenos que se extienden a lo largo de toda la región. [3]
Las minas de oro a cielo abierto cerca de Kalgoorlie , Australia Occidental, exponen una extensa red de valles erosionados por los glaciares llenos de tillita 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 de Weichsel y glaciaciones anteriores , habiendo fluido desde las montañas de Escandinavia , comenzó a elevarse por la ladera norte de Europa, impulsada por la altitud de la acumulación de hielo glaciar 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]
Entre los ejemplos de lagos formados en valles de túnel se 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 forma de cinta en el valle de Okanagan de la Columbia Británica que se formó en un valle de túnel a partir del lóbulo Okanogan de la capa de hielo de la Cordillera . El lago tiene 135 km (84 mi) de largo, entre 4 y 5 km (2,5 y 3,1 mi) de ancho y tiene una superficie de 351 km2 ( 136 millas cuadradas). [28] El norte de Idaho y Montana muestran evidencia de la formación de valles de túnel bajo el lóbulo Purcell y el lóbulo Flathead de la capa de hielo de la Cordillera. [29] Los valles de túnel en el sureste de Alberta forman una red interconectada y ramificada que comprende Sage Creek, el río Lost y el río Milk y generalmente drenan hacia el sureste. [30]
Se han observado valles túnel en Minnesota , Wisconsin y Michigan en los márgenes de la capa de hielo Laurentide . [35] Ejemplos de valles túnel de lecho rocoso en Minnesota incluyen las cataratas del río Warren y varios valles que se encuentran muy por debajo del till depositado por los glaciares que los crearon, pero se pueden rastrear en muchos lugares por la Cadena de Lagos en Minneapolis y lagos y valles secos en St. Paul .
Los lagos Kawartha de Ontario se formaron en el período glaciar de finales de Wisconsin . El hielo derretido de la escarpa del Niágara fluyó a través de valles túnel debajo del hielo expandido para formar un paso de oeste a este entre la capa de hielo Laurentide principal y una masa de hielo en la cuenca del lago Ontario . [36]
Cedar Creek Canyon es un valle en forma de túnel ubicado en el condado de Allen, Indiana . Es un desfiladero muy recto y estrecho de unos 15 a 30 m (50 a 100 pies) de profundidad que contiene parte del segmento inferior de Cedar Creek , el mayor afluente del río St. Joseph .
En el canal Laurentiano, frente a la costa 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 túneles sugieren que son de varias edades, y los más recientes datan de poco después del Máximo Glacial Tardío . Son el resultado de la erosión por agua subglacial que cruza la plataforma oriental de Scotian frente a Nueva Escocia . Se originan en el canal Laurentiano al sur del estrecho de Cabot . Además, los perfiles sísmicos muestran canales postmiocenos profundamente enterrados , algunos de los cuales se encuentran a 1100 m (3600 pies) por debajo del nivel del mar moderno, que atraviesan la parte oriental del canal Laurentiano exterior, que también se ha determinado tentativamente que son valles de túneles. Los perfiles sísmicos también han cartografiado grandes valles de túneles en el banco Banquereau y el banco de la isla Sable . [37]
El glaciar Perito Moreno se encuentra en el sur del Campo de Hielo Patagónico Sur y desemboca en el lago Argentino . Divide el lago Argentino en el canal Los Témpanos y el brazo Rico, bloqueando el canal y formando una represa de hielo. El lago Argentino se abre paso periódicamente en inundaciones repentinas con drenaje inicialmente a través de un túnel con posterior colapso del techo para formar un canal abierto. [38]
Se conocen cinco eras glaciales en la historia de la Tierra; actualmente, la Tierra está atravesando la Era glacial Cuaternaria . Se han identificado valles en forma de túnel formados durante cuatro de esas cinco.
{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace ){{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )