Una forma de lecho es una característica que se desarrolla en la interfaz del fluido y un lecho móvil, el resultado de que el material del lecho se mueva por el flujo de fluido. Los ejemplos incluyen ondas y dunas en el lecho de un río . Los lechos a menudo se conservan en el registro rocoso como resultado de estar presentes en un entorno de depósito . Las formas del lecho son a menudo características de los parámetros de flujo, [1] y pueden usarse para inferir la profundidad y velocidad del flujo y, por lo tanto, el número de Froude .
Iniciación de Bedforms
Las formas del lecho son omnipresentes en muchos entornos (p. Ej., Fluvial, eólico, glaciofluvial, deltaico y de aguas profundas), aunque todavía existe cierto debate sobre cómo se desarrollan. Hay dos modelos [2] separados, aunque no mutuamente excluyentes, de iniciación de la forma del lecho: iniciación del defecto e iniciación instantánea.
Iniciación de defectos
La teoría del defecto propone que los barridos turbulentos que se generan en los flujos turbulentos [3] [4] arrastran sedimentos [5] que al depositarse generan defectos en un material no cohesivo. Estos depósitos luego se propagan corriente abajo a través de un proceso de separación de flujo, desarrollando así campos de forma de lecho. Se cree que el origen de los defectos está relacionado con paquetes de estructuras de vórtice en horquilla. [6] Estas estructuras turbulentas coherentesdan lugar a corredores de arrastre en el lecho móvil, formando líneas de grano 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 la separación del flujo sobre la nueva estructura. El sedimento se erosionará cerca del punto de reinserción y se depositará corriente abajo creando un nuevo defecto. Este nuevo defecto inducirá así la formación de otro defecto y el proceso continuará, propagándose corriente abajo mientras las acumulaciones de granos evolucionan rápidamente a pequeñas formas de lecho.
Iniciación instantánea
En general, la teoría de la propagación de defectos juega un papel más importante a velocidades bajas de transporte de sedimentos , ya que para velocidades altas los defectos pueden desaparecer y las formas del lecho generalmente se inician espontáneamente en todo el lecho. [7] [8] Venditti y col. (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 galón que migran independientemente de la estructura del patrón. Esta estructura en forma de galón se reorganiza para formar las futuras líneas de cresta de las formas de cama. Venditti y col. (2006), [8] : 1basado 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 activo y el fluido que está encima de ella. Además, Venditti et al. (2005) [7] : 2 implican que no existe un vínculo entre la iniciación instantánea y las estructuras coherentes de flujo turbulento, ya que los eventos aleatorios espacial y temporalmente deben bloquearse en su lugar para generar el patrón de trama cruzada. Además, no existe una explicación clara del efecto de la turbulencia en la formación de formas del lecho, ya que las formas del lecho también pueden ocurrir bajo flujos laminares.. Es importante señalar que los estudios de forma de lecho generados 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, procesos instantáneos, como estallidos y barridos, que son infrecuentes con un número de Reynolds bajo pero aún están presentes, pueden ser los mecanismos impulsores para generar las formas del 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 deberían existir otros procesos para el desarrollo de defectos distintos al sugerido por Best (1992). [6] : 1 Este modelo alternativo para el desarrollo de formas de lecho con poco transporte de sedimentos Las tasas deben explicar la generación de defectos y formas del lecho para los casos en que el flujo no es turbulento.
Diagramas de fase de forma de cama
Los diagramas de fase o estabilidad se definen como gráficos que muestran los regímenes de existencia de uno o más estados estables del lecho. La estabilidad del lecho se puede definir cuando la forma del lecho está en equilibrio y no cambia con 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 la predicción del estado 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 conocido del lecho o estructura sedimentaria. 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.
Bedforms vs. flow
Las formas de lecho unidireccionales típicas representan una velocidad de flujo específica, asumiendo sedimentos (arenas y limos) y profundidades de agua típicas, y una tabla como la que se muestra a continuación se puede utilizar para interpretar los ambientes deposicionales , [10] con una velocidad del agua en aumento que desciende por la tabla.
| Régimen de flujo | Bedform | Potencial de conservación | Consejos de identificación |
| Más bajo | |||
| Cama del plano inferior | Elevado | Láminas planas, casi sin corriente. | |
| Marcas de ondulación | Elevado | Ondulaciones pequeñas a escala cm | |
| Olas de arena | Medio a bajo | Rara, longitud de onda más larga que las ondas | |
| Dunas / Megaripples | Elevado | Ondulaciones grandes a escala de metros | |
| Superior | |||
| Cama del plano superior | Elevado | Láminas planas, granos alineados +/- ( líneas de partición ) | |
| Antidunas | Bajo | Agua en fase con lecho, ángulo bajo, láminas sutiles | |
| Piscina y tobogán | Muy bajo | Principalmente características erosivas |
Esta tabla es para uso general, porque los cambios en el tamaño del grano y la profundidad del flujo pueden cambiar la forma del lecho presente y omitir las formas del lecho en ciertos escenarios. Los ambientes bidireccionales (por ejemplo, las planicies de marea) producen formas de lecho similares, pero la reelaboración de los sedimentos y las direcciones opuestas del flujo complica las estructuras.
Esta secuencia de forma de cama también se puede ilustrar esquemáticamente:
Tipos de formas de cama
Cama del plano inferior
"Lecho plano inferior" se refiere a la configuración plana en la que se produce el lecho de un río a través de bajas tasas de transporte de sedimentos . [11]
Cama del plano superior
Las características del "lecho del plano superior" son planas y se caracterizan por un flujo unidireccional con altas tasas de transporte de sedimentos como carga del lecho y carga suspendida . Las condiciones del lecho del plano superior pueden producir líneas de corriente de separación , que suelen ser rayas sutiles en la superficie del lecho debido al flujo de alta energía. [11]
Ver también
- Agitar flujo turbulento
- Sedimentación
- Estructuras sedimentarias
Referencias
- ↑ a b Southard, JB (1991). "Determinación experimental de la estabilidad de la forma del lecho". Revista anual de ciencias terrestres y planetarias . 19 : 423–455. Código Bibliográfico : 1991AREPS..19..423S . doi : 10.1146 / annurev.ea.19.050191.002231 .
- ↑ a b Perillo, Mauricio M. (2013). Flujo, transporte de sedimentos y formas de lecho bajo flujos combinados (Ph.D.). Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
- ^ Willmarth, WW; Lu, SS (1972). "Estructura de la tensión de Reynolds cerca de la pared". Revista de Mecánica de Fluidos . 55 (1): 65–92. Código Bibliográfico : 1972JFM .... 55 ... 65W . doi : 10.1017 / S002211207200165X .
- ^ Lu, SS; Willmarth, WW (1973). "Medidas de la estructura de la tensión de Reynolds en una capa límite turbulenta". Revista de Mecánica de Fluidos . 60 (3): 481–511. Código bibliográfico : 1973JFM .... 60..481L . doi : 10.1017 / S0022112073000315 .
- ^ Hierba, 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. págs. 3-18.
- ↑ a b Best, JL (1992). "Sobre el arrastre de sedimentos y la iniciación de defectos del lecho: conocimientos de los desarrollos recientes dentro de la investigación de la capa límite turbulenta". Sedimentología . 39 (5): 797–811. Código bibliográfico : 1992Sedim..39..797B . doi : 10.1111 / j.1365-3091.1992.tb02154.x .
- ^ a b c Venditti, JG; Church, MA; Bennett, SJ (2005). "Inicio de la forma del lecho a partir de un lecho de arena plano". Revista de Investigación Geofísica . 110 : F01009. Código bibliográfico : 2005JGRF..110.1009V . doi : 10.1029 / 2004jf000149 .
- ↑ a b Venditti, JG; Church, MA; Bennett, SJ (2006). "Sobre la inestabilidad interfacial como causa de las formas transversales del lecho subcrítico" . Investigación de recursos hídricos . 42 : W07423. Código bibliográfico : 2006WRR .... 42.7423V . doi : 10.1029 / 2005wr004346 .
- ↑ Perillo, Mauricio M .; Saludos, James L .; García, Marcelo H. (2014). "Un nuevo diagrama de fase para formas de lecho de flujo combinado". Revista de investigación sedimentaria . 84 : 301–313. Código bibliográfico : 2014JSedR..84..301P . doi : 10.2110 / jsr.2014.25 .
- ^ Prothero, DR y Schwab, F., 1996, Geología sedimentaria, pág. 45-49, ISBN 0-7167-2726-9
- ^ a b Klaus KE Neuendorf; James P. Mehl Jr .; Julia A. Jackson, eds. (2005). Glosario de geología . Alejandría: Instituto Geológico Americano. pag. 382. ISBN 0-922152-76-4.
