Curso: Geomorfología - Prof. Edier Aristizábal - Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín

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GEOMORFOLOGÍA

Prof. Edier Aristizábal

Motivación

Geomorfología: Ciencia que estudia la forma de la superficie de la Tierra y los procesos que las originan.

Por qué estudiar la geomorfología?

Entender el paisaje es clave para:

Ordenar el territorio
Evaluar las amenazas
Evaluar los impactos ambientales
Intervenir el territorio adecuadamente
La geomorfología nos provee de una nueva forma del ver el paisaje…

La mayor parte de la superficie terrestre es agua, y la mayor parte de la superficie terrestre continental es menor a 2 km de altura

Pero la mejor razón de todas para estudiar geomorfología es por que el paisaje es simplemente fascinante e increíblemente bello...por lo tanto entenderlo debe ser igual.

Curso

Para la entrega de trabajos e interactuar con todo el equipo se podrá usar el Classroom:

https://classroom.google.com/u/0/c/NjI0Mjg5NTg3NTda

Class code: [zap5jhd]

La información del curso, tales como programa, lecturas recomendadas y demás podrá ser consultado en su página web:

https://edieraristizabal.github.io/Geomorfologia/

Objetivo: El curso de geomorfología está orientado para estudiantes de ciencias ambientales que deseen adquirir conocimientos sobre los procesos endógenos y exógenos que modelan las geoformas de la superficie terrestre, y la relación suelo-relieve.

Alcance: El alcance de este curso es comprender los procesos de modelación del paisaje con sus geoformas asociadas, y aplicar dichos conocimientos en cartografía.

Curso teórico (50%) y práctico (50%) de 3 créditos académicos, lo que significa 9 horas semanales de dedicación en promedio durante todo el semestre... eso significa unas semanas menos horas y otras muchas mas horas.

Resumen

Aprender a aprender...

Cuánto tiempo se requiere para aprender algo nuevo?

Cómo aprendemos?

Conceptos claves

Sistemas en geomorfología

Diffusive - Advective processes

Equilibrio dinámico

Umbrales en geomorfología

Feedback

Credit: David Bice © Penn State University is licensed under CC BY-NC-SA 4.0

Magnitud-Frecuencia

Geomorfología histórica

Evolución de la geomorfología

Paisaje --> agregado de Geoformas --> Historia + Forma + Procesos

Evolución del paisaje

El Ciclo Geográfico

Ciclo Geomorfológico

Retroceso de las laderas

Paisajes maduros

Penillanura (Peniplain) o Pedillanura (Pediplain)

Peniplain: slopes within landscapes decline through time - maximum slope angles slowly lessen. So topography is reduced, little by little, to an extensive flat region close to baselevel - a peneplain-with occasional hills, called monadnocks.

Pediplain: Penck's model of slope retreat was adopted by Lester Charles King, who, in another model of landscape evolution, proposed that slope retreat produces pediments and that, where enough pediments form, a pediplain results.

Penillanura

Pedillanura

Palimpsesto

Compuesto de un mosaico de geoformas activas y relictos (inactivas) de diferentes edades. Episodios sucesivos de eventos que cambian el paisaje (cambio climático, glaciación, movimientos en masa, deforestación) pueden tener diferentes manifestaciones espaciales y temporales, y pueden generar marcas muy diferentes.

Palimpsesto

Pero los antiguos, que escribían sobre pergaminos y papiros, de costo mucho más elevado que el papel, debían aprovechar al máximo el material que utilizaban como soporte de la escritura. Por esa razón, los copistas medievales solían escribir sus textos sobre pergaminos antiguos, cuyo contenido, a veces de enorme valor histórico, era borrado para reaprovechar el material. El producto de esa sobrescritura se llama palimpsesto.

Source: El Castellano.org

Paisaje dinámico

Procesos geomorfológicos

Geomorfología tectónica

Geoformas al interior del continente

Los cratones son antiguas superficies continentales de baja elevación y bajo relieve que se caracterizan por su prolongada estabilidad tectónica. Cuando los cratones son expuestos se utiliza el término escudos, y cuando son cubiertos inconformemente por delgadas cubiertas sedimentarias se utiliza el termino plataforma

Plateaux

Extensive area of flat upland usually bounded by an escarpment (i.e., steep slope) on all sides but sometimes enclosed by mountains. The essential criteria for plateaus are low relative relief and some altitude

Plateaux

Márgenes Activas vs Pasivas

Formación Márgenes Pasivas

Evolución Márgenes Pasivas

Marco geotectónico

Paisaje dinámico

Márgenes activas

Márgenes divergente

Rift continental

Rift oceánico

Márgenes convergentes

Continente - Continente

Oceano - Continente

Oceano - Oceano

Márgenes transformantes

Hotspot

Isostacia

Levantamiento vertical o subsidencia de la corteza en respuesta a cambios en el espesor. A medida que material es adicionado, el espesor de la corteza aumenta y se hunde mas dentro del manto, y a medida que el material es erosionado, la corteza se adelgaza, y material formado a profundidades sube hacia la superficie

Isostacia

Geomorfología Estructural

Rumbo & Buzamiento

Tipos de fallas

Graben & Horst

Marco extensional

Faceta triangular

Evolución Faceta triangular

Fallas de rumbo

Shutter ridge

Pressure ridge & Sag pond

Saddle

Relieve plegado

Relieve Jurásico

Relieve Apalachense

Cuesta & Hogback

Cuesta

Hogback

Río & Estructuras

Valle cataclinal

Ambiente volcánico

Dinámica de las erupciones

Composición

Type of volcanoes

Volcanes de escudo

Major volcano eruption in Grandavik, Iceland tonight.

The city of Grandvik has 4000 inhabitants.

The crack is 4 km long. pic.twitter.com/NYAHYHRjZb
— Visegrád 24 (@visegrad24) December 19, 2023

Type of volcanoes

Volcanoes & Water

Cinder cone

Volcanic neck

Maar

Calderas

Calderas --> Tall (Filipinas)

Calderas (New Mexico)

Calderas (Nápoli)

Calderas (Krakatoa)

Materiales piroclásticos

Depósitos de origen volcánico

Los sedimentos y depósitos de origen volcánico pueden ser divididos de acuerdo a su origen en:

Piroclásticos → primarios → restringido a material generado, transportado y depositado por vulcanismo explosivo subaereo (Explosivo).
Hyaloclásticos → primarios → Fragmentos formados por el choque térmico cuando la lava caliente entra en contacto con el agua fría (efusivo).
Autoclásticos → primarios → formados por movimiento mecánico o gravitacional de flujos de lava y/o domos (efusivo).
Epiclásticos → secundarios → fragmentos volcánicos que son producidos por erosión de rocas volcánicas por viento, agua o hielo de rocas volcánicas preexistentes consolidadas.

Depósitos de origen volcánico

Teffra: Material expulsado, fragmentado y distribuido por el viento, no compactado se denomina tefra, independientemente de la composición o del tamaño de los granos. Los diferentes fragmentos, sueltos o compactados, son llamados piroclástos

Depósitos piroclásticos

Caida de cenizas

Flujos

Nuve ardiente

Modelado granítico - estructural

Ambiente glacial

Alta montaña en Colombia

Definición de glaciar

Gruesa masa de hielo
Se origina en la superficie terrestre por acumulación, compactación y recristalización de la nieve
Con evidencias de flujo en el pasado o en la actualidad, Su existencia es posible cuando la precipitación anual de nieve supera la evaporada en verano La mayoría se encuentra en zonas cercanas a los polos, aunque existen en otras zonas montañosas
El proceso del crecimiento y establecimiento del glaciar se llama glaciación

Ongoing #surge of Scheelebreen #glacier, Svalbard. Time lapse of @CopernicusEU Sentinel-1 images from January to November 2021 😮 pic.twitter.com/hqMGdEtaHg
— Simon Gascoin (@sgascoin) November 12, 2021

Another Svalbard surge! Scheelebreen has long been building up to a surge. This summer, a bulge began to move rapidly downglacier, riding over the stagnant snout, pushing its way to the fjord, advancing more than 1km. The fastest ice flow speeds have been >30m/d.
PC: Jack & Sen2 pic.twitter.com/QM4LXQAc59
— NPIglaciology (@NPIglaciology) November 12, 2021

One year time lapse of surging Muldrow glacier in Alaska (update of the #Sentinel1 time series https://t.co/BdE1ZsdBRD) @CopernicusEU @DenaliNPS
More here: https://t.co/JaHnMj8XmR pic.twitter.com/kqFTY6P5zt
— Simon Gascoin (@sgascoin) October 17, 2021

Tipos de glaciar

Localización

Glaciar continental de casquete

source: https://openpress.usask.ca/physicalgeology/chapter/17-1-types-of-glaciers/

Glaciar continental de casquete

source: https://openpress.usask.ca/physicalgeology/chapter/17-1-types-of-glaciers/

Glaciar alpino

Glaciares extintos en Colombia

Glaciares actuales en Colombia

Evolución de los glaciares actuales en Colombia

Cambios en la temperatura

Origen de las glaciaciones

Changes in the obliquity (tilt) of Earth's axis

Oblicuidad: cambios en el ángulo del eje de rotación de la tierra (+ ó – inclinación). La inclinación oscila entre 21,6º y 24.5º cada 40,000 años. Actualmente está en 23,5º. Este fenómeno es el responsable de las estaciones. Aunque no cambia la cantidad de radiación que recibe la Tierra, sí varía su distribución sobre la superficie.

Variations in the shape of Earth's orbit (eccentricity)

Excentricidad de la órbita, basada en lo estirada que está de la elipse. Si la órbita de la Tierra es más elíptica la excentricidad es mayor y al contrario si es más circular. La excentricidad varía entre sus valores extremos cada 100,000 años, y esta variación puede suponer entre un 1\% y un 11\% de diferencia en la cantidad de radiación solar que recibe la Tierra entre el afelio y el perihelio. En la actualidad, entre el afelio y el perihelio la cantidad de radiación que llega a la Tierra cambia un 6%.

Changes in Earth's "Wobble" (Precession)

Precesión: giro del eje de rotación, en sentido contrario a la rotación, cada 26,000 años. Se debe al achatamiento de la esfera terrestre. Su efecto sobre el clima es consecuencia de la modificación de la posición relativa de los solsticios y los equinoccios respecto al afelio y al perihelio. En la actualidad el solsticio de verano coincide con el afelio en el hemisferio norte. Dentro de 6,000 años el afelio coincidirá con el equinoccio de primavera, y dentro de unos 12,000 años el solsticio de verano coincidirá con el perihelio

Glaciaciones

Zona de equilibrio

source: https://openpress.usask.ca/physicalgeology/chapter/17-1-types-of-glaciers/

Circo glacial

Geoforma cóncava erodada como depresiones cerca al tope de las montañas donde la nieve se acumula y forma la parte alta del los glaciales alpinos. Corresponden a las etapas tempranas de los glaciales y son la ultima parte en fundirse del glacial en su retroceso.

Circo glacial

Tarn

Paternoster

Son una serie de lagos glaciales conectados creados por erosión diferencial o por represamiento por morrenas

Paternoster

Horn, Arete & Col

Col

Crestas en forma de silla de montar formada por dos circos en lados opuestos que erodaron el arete que los separaba.

Col

Arete

Horn

Pico piramidal formado por la conjunci´on y erosi´on de circos y valles glaciales.

Horn

Glaciar ablation

Valle glacial

Valle colgado

Fjords

Es un profundo, estrecho y alongado valle glacial parcialmente inundado por el mar. Pueden ser el resultado de glaciaci´on activa o post glaciación, dependiendo el nivel el mar.

Fjords

Morrenas

El hielo que se va desplazando formando la lengua glaciar a su paso arranca materiales de dicho terreno actuando como una lija. Los Tills son los sedimentos arrastrados por el glaciar. Cuando se acumulan, se compactan mediante el proceso de diagénesis, y forman las tillitas. En ocasiones el till se presenta dando formas de relieve características que se conocen con el nombre de morrena. Las Morrenas glaciares son la forma de depósito glaciar más importante y conocida. Las Morrenas son acumulaciones de material transportado por el glaciar que aparecen en las zonas donde el hielo desaparece. Según dónde encontremos este tipo de derrubios de tamaños muy diversos se habla de:

morrenas terminales (en el frente del glaciar)
morrenas laterales (a los lados de la lengua de hielo)
morrena central; es la que resulta al juntarse dos morrenas laterales, y forman una única
morrenas de fondo (en la base del valle glaciar).

Morrenas

Retroceso glacial

Kettles

Kame

Esker

Drumlins

Outwash

Ambiente Periglacial

Ambiente periglacial

Los ambientes periglaciares se caracterizan por un predominio de los ciclos de hielo y deshielo del terreno y por la existencia de un permafrost o terreno perennemente helado que genera procesos tales como:

Gelifracción (crioclastia): Meteorización física consecuencia del hielo que se forma en el interior de las grietas en las rocas, que producen aumento de volumen, desescamaci´on y posterior fragmentación de la roca.

Solifluxión: Movimientos ladera abajo del suelo en regiones fr´ıas por el ciclo de hielo - deshielo.

GelifluxiónProcesos de solifluxión desencadenados al saturarse la capa superior del pergelisuelo (mollisuelo) como consecuencia del deshielo por que el subsuelo o permafrost está siempre congelado y por tanto es impermeable; esto impide que el hielo fundido del mollisuelo pueda infiltrarse
Crioturbación Forma especial de solifluxión que provoca una serie de movimientos verticales, laterales y de fisuración superficial que modifican la consistencia del suelo y favorecen su fluidificación, rompiendo su estructura y dándole un aspecto caótico.

Gelifraxión

Gelifruxión

Crioturbación

Procesos de ladera

Meteorización

Proceso de alteración y separación de la roca y materiales del suelo sobre y cerca de la superficie terrestre por descomposición química, desintegración física y/o biológica (Anon, 1995).

Debido a la diferencia de energía de formación y la energía a la cual está expuesta la roca...

Meteorización

Factores de meteorización

Desquilibrio termodinámico

Temperatura & Precipitation

Distribución de suelos

Suelos

Los suelos y las alteración de rocas pueden ser considerados dos sistemas abiertos independientes. Los suelos implica actividad de plantas y animales, mientras que la alteración de rocas implica interacción entre el agua y los materiales ricos en silicato.

Se entiende por perfil de un suelo a la sección vertical de un terreno, constituido por una secuencia de horizontes o capas, separables por sus características morfológicas, físicas, químicas y mineralógicas.

Source: Key concepts in geomorphology

Suelos

Catena o Toposecuencia

Suelos insitu

Perfil de meteorizacion

Perfil Deer & Patton (1971)

Tipos de meteorización

Meteorización biológica

Meteorización física

Frost wedging

Gelifraction (Cryoclastie)

Exfoliation (Onion skin)

Exfoliation

Chemical weathering

Relative mobility of cations

Ca²⁺ --> Mg⁺ --> Na⁺ --> K⁺--> Si⁴⁺ --> Fe³⁺ --> Al³⁺

Diagrama de óxidos

A-CN-K ternary diagram

A-CNK-FM ternary diagram

Dissolution

Pseudocarst

Dissolution

Pavement

Pavement & Karren

Karren (Lapies)

Doline

Dolina vs Uvala

Uvala

Polje

Conos (Kegelcarst - Turmkarst - Mogotes - Cockpit)

Endocarst (Espeleotemas)

Stalactite & Stalagmite

Columna

Gour

Bandera

Helictitas

Moonmilk

Frostwork

Carst hipogénico

Hydration

Hydrolisis

Oxidation- Reduction (Redox)

Laterite profile

Duricrust

Capas duras formadas por la concentración de componentes específicos durante la meteorización

Lixiviación:

Ferricrete (Fe)
Alcrete (Al)

Acumulación:

Silicrete (Si)
Calcrete (Ca)

Relieve inverso

Procesos de ladera

Movimientos en masa

Slope processes

Hillslope

Unidad de geoforma inclinada con un ángulo de pendiente mayor que un umbral mínimo que lo delimita de llanuras y menor a un umbral máximo que lo delimita de superficies verticales, y que es limitado por una unidad de geoforma en la parte superior e inferior (Denh et al., 2001).

Movimientos en masa

El movimiento hacia afuera y abajo de una masa de suelo, roca o detritos (Varnes, 1978)

Modificaciones del terreno dentro del ciclo geomorfológico continuo, y que corresponden a la respuesta normal del sistema debido a complejos parámetros exogénicos (meteóricos) y endogénicos (tectónicos) (Sheidegger, 1998)

Los procesos de movimiento en masa son el resultado de las condiciones naturales del terreno, tales como geomorfología, hidrología y geología, y las modificaciones de estas condiciones por procesos geodinámicos, vegetación, usos del suelo y actividades humanas. Dichas modificaciones activan movimientos lentos, generalmente imperceptibles debido a que las propiedades mecánicas del material o condiciones de equilibrio decrecen gradualmente, y posteriormente, factores como precipitación, sismicidad o cortes de origen antrópico detonan dichos movimientos lentos en rápidos movimientos en masa (Soeters & van Westen, 1996).

Evolución de la estabilidad

Factores condicionantes & detonantes

Resistencia al cortante

Envolvente de falla

Presión de poros

Saturación

Succión

El agua en el suelo

Clasificación de movimientos en masa

Cruden & Varnes (1996)

Deslizamientos

Deslizamientos planares

Partes de un deslizamiento

Partes de un flujo

Toppling

Fall

Creeping

Depósitos

Colluvium

Colluvium = Transported regolith formed by the accumulation of clastic sediments by mass-gravity movement where water can function as a lubricant. Deposits exhibit heterogeneous particle sizes that frequently include angular fragments of rock, poor sorting, and little to no stratification. Usually found on slopes and at their bases.

Source: Miller & Juilleret (2020)

Erosión

Erosión: proviene del Latin erodere, que significa to gnaw. Es un proceso natural que reduce todas las montañas (denudación), pero al mismo tiempo enriquece en nutrientes los suelos de los valles

Erosión: Proceso natural de arranque y movimiento de las partículas del suelo por medio de la acción de un agente erosivo (agua, viento, etc).. . . .. y asociado a la erosión, se produce transporte y depositación de los materiales.

Types of Erosion

Driving vs Resisting force

Types of Erosion

Splash Erosion

Raindrop size

Splash Erosion

Granulometría del suelo

Terminal velocity

Distance Downslope

Estoraques

Sheet erosion

Rill erosion

Gully erosion

Erosion control

Trinchos

Conducción de agua

Wind Erosion

Evolución

Wind Erosion

Longitudinal dunes

Dunas transversales

Barchans

Star dune

Geomorfología de cuencas

Cuenca

Stream order

Drainage density

Erosión - Depositación

hillslope and drainage area

Respuesta de la cuenca

Impermeabilización de la cuenca

Permeabilidad secundaria

Basin shape

Basin response

Regulación de la cuenca

Debris flow

Respuesta de la cuenca a flujos de escombros

Fuente: Bovis and Jakob (1999)

Fuente: El Tiempo

Fuente: García-Delgado et al., 2019

San Carlos (1990)

Foto: Velasquez & Mejía

San Carlos (1990)

Foto: Velasquez & Mejía

Tarazá (2007)

Foto: Marco Gamboa

Yalí (2020)

Foto: DAPARD

Anorí (2020)

Foto: DAPARD

Dabeiba (2020)

Foto: DAPARD

Modificado de Phillips & Davis (1991)

Fuente: Jakob et al (2015)

Clasificación de movimientos en masa

Reología de flujos

Source: Coussot & Meunier (1996)

Reología de flujos

Source: Gibson et al. (2021)

Reología de flujos

HEC-RAS

Reología de flujos

Source: Pierson & Crosta (1987)

Lluvia + Sedimentos --> Avenida torrencial

Lluvia + Enjambre MenM --> Avenida torrencial

Lluvia + Sismo --> Avenida torrencial

Glaciar + Piroclastos --> Avenida torrencial

Embalse + Rotura presa --> Avenida torrencial

Sismo + GLOF's --> Avenida torrencial

This amazing video captured by San Bernardino county public works - watch all the processes of a #debrisflow of the El Dorado scar September 12, 2022 - heavy rain rates on scar at 8000 feet in 1 hour pic.twitter.com/ZApuQZ5FuP
— Alex Tardy Skiwxman (@SanDiegoWCMwx) October 25, 2022