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Ondulaciones de corrientes marinas conservadas en la arenisca de la Formación Moenkopi , Parque Nacional Capitol Reef , Utah , Estados Unidos. Una forma de lecho es una caracter...

Ondulaciones de corrientes marinas conservadas en la arenisca de la Formación Moenkopi , Parque Nacional Capitol Reef , Utah , Estados Unidos.

Una forma de lecho es una característica geológica que se desarrolla en la interfaz entre un fluido y un lecho móvil , como resultado del movimiento del material del lecho por el flujo del fluido. Ejemplos de ello son las ondulaciones y dunas en el lecho de un río . Las formas de lecho suelen conservarse en el registro rocoso debido a su presencia en un entorno deposicional . A menudo, las formas de lecho son características de los parámetros del flujo [ 1 ] y pueden utilizarse para inferir la profundidad y la velocidad del flujo, y por lo tanto, el número de Froude .

Iniciación de las formas del lecho

Las formas del lecho son omnipresentes en muchos entornos (por ejemplo, fluviales, eólicos, glaciofluviales, deltaicos y de aguas profundas), aunque todavía existe cierto debate sobre cómo se desarrollan. Hay dos modelos distintos, aunque no mutuamente excluyentes, [ 2 ] de iniciación de formas del lecho: iniciación por defectos e iniciación instantánea.

Iniciación de defectos

La teoría de los defectos propone que las turbulencias generadas en los flujos turbulentos [ 3 ] [ 4 ] arrastran sedimentos [ 5 ] que, al depositarse, generan defectos en un material no cohesivo. Estos depósitos se propagan aguas abajo mediante un proceso de separación del flujo, desarrollando así campos de formas de lecho. Se cree 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 estrías de baja velocidad, generando una aglomeración de granos. Una vez alcanzada una altura crítica de granos, se produce la separación del flujo sobre la nueva estructura. El sedimento se erosiona cerca del punto de reenganche y se deposita aguas abajo, creando un nuevo defecto. Este nuevo defecto induce la formación de otro, y el proceso continúa propagándose aguas abajo mientras las acumulaciones de granos evolucionan rápidamente en pequeñas formas de lecho.

Inicio instantáneo

En general, la teoría de propagación de defectos juega un papel más importante a bajas tasas de transporte de sedimentos, ya que para altas tasas los defectos pueden ser arrastrados y las formas del lecho generalmente se inician espontáneamente en todo el lecho. [ 7 ] [ 8 ] Venditti et al. (2005) [ 7 ] : 1 informan que la iniciación instantánea comienza con la formación de un patrón de cuadrícula, que conduce a formas en forma de chevrón que migran independientemente de la estructura del patrón. Esta estructura en forma de chevrón se reorganiza para formar las futuras líneas de cresta de las formas del lecho. Venditti et al. (2006), [ 8 ] : 1 basándose en el modelo anterior de Liu (1957), propusieron 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 que está por encima de ella. Además, Venditti et al. (2005) [ 7 ] : 2 implican que no hay vínculo entre la iniciación instantánea y las estructuras de flujo turbulento coherentes, ya que los eventos aleatorios espaciales y temporales deberían bloquearse en su lugar para generar el patrón de cuadrícula. 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 . Los estudios de formas de lecho generadas laminares utilizaron las condiciones de flujo promediadas temporalmente para determinar el grado de turbulencia , indicando el número de Reynolds en el régimen laminar. Sin embargo, los procesos instantáneos, como las explosiones y los barridos, que son infrecuentes a números de Reynolds bajos pero aún 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 formas de lecho a bajas tasas de transporte de sedimentos debería explicar la generación de defectos y formas de lecho para casos en los que el flujo no es turbulento.

Diagramas de fases de forma de lecho

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 se define 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 un 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 predecir los estados del lecho en una condición conocida de flujo y transporte de sedimentos, y ii) como herramienta para la reconstrucción de paleoambientes a partir de un estado de lecho o estructura sedimentaria conocidos. A pesar de la gran utilidad de estos diagramas, son muy difíciles de construir, lo que los hace incompletos o muy difíciles de interpretar. Esta complejidad radica en la cantidad de variables necesarias para cuantificar el sistema.

Diagrama de fases dimensional para flujos combinados. Relaciones de los campos de estabilidad de las fases del lecho en flujos combinados en un gráfico de velocidad oscilatoria frente a velocidad unidireccional. [ 2 ] : 1

Formas del lecho frente a flujo

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 de deposición , [ 10 ] con una velocidad del agua creciente hacia abajo en el gráfico.

Este gráfico es de uso general, ya que los cambios en el tamaño del grano y la profundidad del flujo pueden modificar la morfología del lecho y, en ciertos casos, omitir algunas. Los entornos bidireccionales (por ejemplo, las marismas) producen morfologías similares, pero la reelaboración de los sedimentos y las direcciones opuestas del flujo complican las estructuras.

Esta secuencia de formas del lecho también se puede ilustrar mediante un diagrama:

Formas de lecho creadas en la arena de canales con flujo unidireccional. Los números corresponden, en términos generales, a regímenes de flujo crecientes, es decir, a velocidades de flujo de agua crecientes. Las flechas azules muestran esquemáticamente las líneas de flujo en el agua sobre el lecho. El flujo siempre va de izquierda a derecha.

Tipos de formas del lecho

Cama de plano inferior

"Lecho plano inferior" se refiere a la configuración plana del lecho de un río que se produce por bajas tasas de transporte de sedimentos . [ 11 ]

Cama de plano superior

Lineamiento estratigráfico, de abajo a la izquierda a arriba a la derecha; Formación Kayenta , Parque Nacional Canyonlands .

Las características del "lecho plano superior" son planas y se caracterizan por un flujo unidireccional con altas tasas de transporte de sedimentos, tanto de fondo como en suspensión . Las condiciones del lecho plano superior pueden producir lineaciones de corriente de separación , que suelen ser estrías sutiles en la superficie del lecho debido al flujo de alta energía. [ 11 ]

Véase también

Megaripple de Utah

Referencias

  1. 1 2 Southard, JB (1991). "Determinación experimental de la estabilidad de las formas del lecho". Annual Review of Earth and Planetary Sciences . 19 : 423–455 . Bibcode : 1991AREPS..19..423S . doi : 10.1146/annurev.ea.19.050191.002231 .
  2. 1 2 Perillo, Mauricio M. (2013). Flujo, transporte de sedimentos y formas del lecho bajo flujos combinados (Ph.D.). Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
  3. Willmarth, WW; Lu, SS (1972). "Estructura de la tensión de Reynolds cerca de la pared". Journal of Fluid Mechanics . 55 (1): 65– 92. Bibcode : 1972JFM....55...65W . doi : 10.1017/S002211207200165X . S2CID 121418853 . 
  4. Lu, SS; Willmarth, WW (1973). "Mediciones de la estructura de la tensión de Reynolds en una capa límite turbulenta". Journal of Fluid Mechanics . 60 (3): 481– 511. Bibcode : 1973JFM....60..481L . doi : 10.1017/S0022112073000315 . S2CID 124179402 . 
  5. Grass, AJ (1983). "La influencia de la turbulencia de la capa límite en la mecánica del transporte de sedimentos". En Sumer, BM; Muller, A. (eds.). Mecánica del transporte de sedimentos . AA Balkema. pp. 3–18 . 
  6. 1 2 Best, JL (1992). "Sobre el arrastre de sedimentos y la iniciación de defectos en el lecho: perspectivas a partir de desarrollos recientes en la investigación de la capa límite turbulenta". Sedimentología . 39 (5): 797– 811. Bibcode : 1992Sedim..39..797B . doi : 10.1111/j.1365-3091.1992.tb02154.x .
  7. 1 2 3 Venditti, JG; Church, MA; Bennett, SJ (2005). "Iniciación de formas de lecho a partir de un lecho de arena plano". Journal of Geophysical Research . 110 (F1): F01009. Bibcode : 2005JGRF..110.1009V . doi : 10.1029/2004jf000149 .
  8. 1 2 Venditti, JG; Church, MA; Bennett, SJ (2006). "Sobre la inestabilidad interfacial como causa de formas de lecho subcríticas transversales" . Water Resources Research . 42 (7): W07423. Bibcode : 2006WRR....42.7423V . doi : 10.1029/2005wr004346 .
  9. Perillo, Mauricio M.; Mejor, James L.; García, Marcelo H. (2014). "Un nuevo diagrama de fases para lechos de flujo combinado". Revista de investigación sedimentaria . 84 (4): 301– 313. Bibcode : 2014JSedR..84..301P . doi : 10.2110/jsr.2014.25 .
  10. ^ Prothero, DR y Schwab, F., 1996, Geología sedimentaria, pág. 45-49, ISBN 0-7167-2726-9
  11. 1 2 Klaus KE Neuendorf; James P. Mehl Jr.; Julia A. Jackson, eds. (2005). Glosario de geología . Alexandria: American Geological Institute. pág. 382. ISBN  0-922152-76-4.