Las 'corrientes de turbidez' no son solo corrientes

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detector de evento bentónico

También implican movimientos a gran escala del propio lecho marino

Las corrientes de turbidez han sido descritas históricamente como corrientes de rápido movimiento que barren los cañones submarinos, transportando arena y lodo hacia las profundidades marinas.

Pero un nuevo artículo en Nature Communications muestra que, en lugar de consistir simplemente en agua de mar cargada de sedimentos que fluye sobre el lecho marino, las corrientes de turbidez (turbidity currents en inglés) también implican movimientos a gran escala del propio lecho marino.

Este dramático descubrimiento, resultado de un estudio multiinstitucional de 18 meses sobre Monterey Canyon, podría ayudar a los ingenieros oceánicos a evitar daños en tuberías, cables de comunicaciones y otras estructuras de fondos marinos.

Los geólogos han sabido de las corrientes de turbidez al menos desde 1929, cuando un gran terremoto provocó una violenta corriente que recorrió varios cientos de kilómetros y dañó 12 cables de comunicaciones transatlánticos. Las corrientes de turbidez siguen siendo una amenaza hoy en día, ya que las personas colocan en el fondo marino cada vez más cables, tuberías y otras estructuras. Las corrientes de turbidez también son importantes para los geólogos petroleros porque dejan capas de sedimentos que comprenden algunas de las reservas de petróleo más grandes del mundo.

A pesar de casi un siglo de investigación, los geólogos han luchado para encontrar un modelo conceptual que describa en detalle cómo se forman y evolucionan las corrientes de turbidez. El experimento coordinado de Canyon fue diseñado, en parte, para resolver este debate.

Durante este estudio de 18 meses de duración, investigadores del Monterey Bay Aquarium Research Institute (MBARI), el Servicio Geológico de los Estados Unidos, la Universidad de Hull, el Centro Nacional de Oceanografía, la Universidad de Southampton, la Universidad de Durham y la Ocean University of China combinaron su experiencia y equipos para monitorear un tramo de 50 kilómetros de longitud (31 millas) de Monterey Canyon con detalles sin precedentes.

Durante el experimento los investigadores colocaron en el cañón más de 50 diferentes instrumentos en siete ubicaciones distintas y realizaron mediciones detalladas durante 15 diferentes corrientes de turbidez. Casi todos las corrientes comenzaron cerca de la cabecera del cañón en agua a menos de unos 300 metros (1.000 pies) de profundidad. Una vez iniciados, los flujos viajaron al menos varios kilómetros por el cañón. Los tres flujos más grandes viajaron a lo largo de 50 kilómetros, pasando la estación de monitoreo más profunda del cañón a una profundidad de 1.850 metros (6.000 pies).

detectores en el Cañón de Monterey

Este extenso programa de investigación demostró que las corrientes de turbidez en Monterey Canyon involucran movimientos de sedimento saturado de agua y de agua cargada de sedimento. Como se describe en el reciente documento de Nature Communications, la parte más importante del proceso es una densa capa de sedimento saturado de agua que se mueve rápidamente sobre el fondo y removiliza los pocos metros superiores del fondo marino preexistente.

Esto es muy diferente de los modelos conceptuales anteriores de las corrientes de turbidez, que se centraban en los flujos de agua turbia y cargada de sedimentos que viajan sobre el fondo marino. Los autores del reciente artículo observaron columnas de agua cargada de sedimentos durante los eventos de turbidez, pero sugieren que estas son características secundarias que se forman cuando el pulso de los sedimentos saturados se mezcla con el agua de mar suprayacente.

"Todo este experimento fue un intento de aprender lo que estaba sucediendo en el fondo del cañón", dijo Charlie Paull, geólogo marino del MBARI y primer autor del reciente artículo. "Durante años, hemos visto cómo los instrumentos en el fondo se mueven de manera inesperada y sospechamos que el fondo marino podría estar moviéndose. Ahora tenemos datos reales que muestran cuándo, dónde y cómo sucede esto".

Entre los instrumentos utilizados en el experimento se encontraban medidores de corriente montados en siete amarres distribuidos a lo largo del fondo del cañón. Al analizar los datos de estos instrumentos y medir el tiempo que tardaron los flujos en viajar entre los amarres, los investigadores se sorprendieron al descubrir que las corrientes parecían viajar por el cañón a velocidades superiores a las corrientes de agua medidas en realidad.

Aunque la inclinación y otros movimientos de los medidores de corriente podrían explicar algunas de estas observaciones, los científicos llegaron a la conclusión de que sus instrumentos no eran simplemente movidos por corrientes de agua turbia que fluían sobre el fondo marino.

detector de corriente en marco de aceroLos investigadores también colocaron en el fondo marino sensores del tamaño de una pelota de playa, llamados detectores de eventos bentónicos (BED, por sus siglas en inglés). Los BEDs fueron diseñados para ser transportados por corrientes de turbidez mientras transportaban instrumentos que registraron su profundidad, movimiento horizontal y vertical, y rotación. Otros sensores de movimiento fueron montados en grandes marcos de acero que pesaban hasta 800 kilogramos. Estos fueron diseñados para permanecer estacionarios mientras las corrientes pasaban a su alrededor.

Sin embargo, tanto los BEDs como los pesados marcos fueron llevados a lo largo del cañón durante fuertes eventos de turbidez. De hecho, los pesados marcos de instrumentos y de toscas formas a menudo viajaban tan rápido como los BEDs relativamente ligeros y aerodinámicos.

Los investigadores también notaron grandes olas de arena, de hasta dos metros (6.5 pies) de altura, en el suelo del cañón. Los repetidos estudios del fondo mostraron que estas olas de arena cambiaron drásticamente durante los eventos de turbidez, volviendo a moldear los dos o tres metros superiores del fondo marino. Pero los investigadores aún no estaban seguros de cómo se produjo esta remodelación.

Los datos de los BEDs proporcionaron una importante pista. Durante muchos eventos, los BEDs no solo se movieron por el cañón hacia aguas más profundas, sino que viajaron tan rápido o más rápido que el agua que los cubría. También se movieron hacia arriba y hacia abajo dentro del flujo hasta tres metros a intervalos regulares.

Los investigadores concluyeron que, en lugar de ser "arrastrados" a lo largo del fondo por una fuerte corriente, sus instrumentos estaban siendo "transportados" por una densa capa de sedimento saturado de agua que se abría al fondo. Plantearon la hipótesis de que los movimientos ascendentes y descendentes de los BEDs ocurrían cuando los instrumentos viajaban sobre olas de arena individuales. Como señaló Paull, "Los BEDs proporcionaron un núcleo esencial de nuevos datos que nos permitieron entender por primera vez el movimiento del fondo marino".

"Los libros de texto y los esfuerzos de modelado se han centrado tradicionalmente en los flujos diluidos de agua cargada de sedimentos en el fondo", agregó Paull. "Pero ahora sabemos que los flujos diluidos son solo una parte de la ecuación. Resulta que son el final del proceso, que realmente comienza en el fondo marino".

Artículo científico: Powerful turbidity currents driven by dense basal layers

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