Megainundaciones por desbordamiento de lagos

[Update: my conference on this subject at the PAGES meeting, 2017]

Las inundaciones desencadenadas por el desbordamiento de grandes lagos han sido mayores en el pasado geológico que las inundaciones de origen meteorológico que conocemos históricamente. El fenómeno geológico es el mismo que el que tiene lugar cada vez que un corrimiento de tierras o una avalancha de roca bloquea el valle de un río de montaña, creando un nuevo lago: A veces la barrera colapsa por la presión del agua antes de que el lago rebose, de forma parecida a las inundaciones producidas por el colapso de lenguas glaciares que bloquean el cauce de un río. Pero aún cuando el lago rebose, aunque inicialmente lo haga con poca descarga de agua, existe el riesgo de que lo haga de forma abrupta, con caudales enormes que pueden causar importantes pérdidas humanas y económicas río abajo. Esto es debido a la erosión que realiza el agua en el canal de salida, que se retroalimenta con el flujo de agua que permite evacuar.

Esquema de la retroalimentación entre flujo de agua y erosión del desaguadero de un lago de montaña.

Los datos acumulados sobre el flujo de agua que se alcanza en estos desbordamientos y sus efectos geomorfológicos están sirviendo para estimar empíricamente el riesgo en escenarios naturales. Los resultados son bastante intuitivos: indican que cuanto mayor es el tamaño del lago y mayor la erodabilidad (debilidad) de la barrera, más intenso será el pico de descarga de agua tras el desbordamiento. Pero la predictibilidad que proporcionan estos resultados es muy limitada porque las heterogeneidades de la barrera pueden ser tan determinantes como los factores anteriores. Una sola roca de gran tamaño puede retrasar la erosión del desaguadero y evitar la inundación.  

Este sigue siendo el video que mejor muestra la fuerza a la que puede conducir un desbordamiento (en este caso el mar desborda sobre una mina a cielo abierto). Se trata de la Pantai Remis landslide, que ocurrió en Malasia en 1993.

Pero podría haber otra manera de aprovechar esos datos: modelar numéricamente este tipo de escenarios sí podría servir para estimar la importancia de este tipo de desbordamientos en la evolución del relieve a escalas de tiempo geológico. Varios estudios recientes (e.g., Egholm et al., 2013, Nature) muestran la importancia de la retención de sedimento en los valles fluviales en determinar la evolución del relieve continental. Un modelo cuantitativo del desbordamiento de grandes lagos que permita reproducir los datos de descarga de agua implicada en estas inundaciones podría, en particular, dar luz sobre cuánto vale y de qué depende la propia erodabilidad de las presas naturales, dejando aparte las heterogeneidades, para luego entender mejor la evolución del relieve terrestre: los desbordamientos catastróficos son poco frecuentes en comparación con la erosión gradual del relieve, pero podrían ser relevantes debido a su enorme intensidad. Para ello se podrían integrar modelos numéricos existentes de erosión en ríos de montaña (modelos de evolución del relieve desarrollados por la comunidad geomorfológica y geofísica) con modelos del flujo de agua durante el desbordamiento de lagos (desarrollados principalmente por la comunidad hidrológica).

Time lapse del desbordamiento de una presa de tierra 
en Oregón (Marmot Dam, Sandy River, Oregon)

Pero veamos algunos precedentes a estos estudios: Desde las exploraciones de Gilbert en el Lago Bonneville (Gilbert, 1890), se han acumulado numerosas evidencias de que el desbordamiento de lagos puede desencadenar inundaciones de mayor intensidad que las registradas históricamente. Si los desbordamientos documentados históricamente alcanzan los 105 m3/s (la mitad del débito medio actual del río Amazonas, esto ocurrió p.e. tras el bloqueo del río Yigong por una avalancha en 2000), hay numerosos escenarios geológicos que presentan evidencias de débitos de agua mucho mayores. Los mejor documentados son las inundaciones del Lago Missoula (O'Connor & Baker, 1992) y el río Ob en las Cordillera de Altai (Herget, 2005), pero estos casos consisten en roturas de presas de hielo formadas por lenguas glaciares de edad Pleistocena, y por tanto no están relacionados con la resistencia de la roca. En cambio, el desbordamiento del Lago Bonneville (Jarrett & Malde, 1987) tuvo lugar al sobrepasar su nivel la barrera topográfica formada por un delta fluvial (detritos poco consolidados) a unos 1500 m sobre el nivel del mar. Finalmente, la mayor inundación que se ha documentado es la Inundación Zancleense, que puso fin a la Crisis de Salinidad Messiniense hace 5.33 millones de años (e.g., Blanc, 2006; Garcia-Castellanos et al., 2009), tras el desbordamiento del Océano Atlántico sobre un Mediterráneo parcialmente desecado (el consenso en este caso no es completo). La compilación más completa de este tipo de eventos puede encontrarse en O'Connor & Beebee (2009).

Gracias a estos estudios y a experimentos realizados con barreras de tierra o arena, junto con los escenarios naturales pleistocenos (O'Connor & Beebee, 2009), disponemos de datos sobre la descarga de agua que se extienden a lo largo de 10 órdenes de magnitud en términos de volumen de agua total evacuada. La figura 1 muestra los escenarios naturales mejor estudiados (los de volúmenes más importantes).

Datos sobre inundaciones debidas a roturas de presas naturales, compilados por O’Connor & Beebee (2010). Descarga máxima de agua frente al volumen total de agua. Los datos se extienden a 10 órdenes de magnitud en términos de volumen. Sólo se incluyen las presas naturales que cedieron por rebose (y no por infiltración o colapso).

Estos datos han servido para estimar empíricamente el riesgo en escenarios naturales. Se aplica habitualmente en el desalojo de valles fluviales cuando un río ha sido bloqueado por una avalancha de roca, como ocurrió en el río Hunza (sin consecuencias) o como en el desbordamiento e inundación en 1963 del Lago Issyk (Gerasimov, 1963) o el actual Lago Sarez (localización en este enlace), que presenta todavía riesgo de un desbordamiento catastrófico.

Por último, como curiosidad, el proceso de desbordamiento de lagos ha sido propuesto también como origen de la morfología de algunos de los mayores canales erosivos de la superficie de Marte (ver el libro ‘Megaflooding on Earth and Mars’, por Burr et al., 2009).


Referencias:
Burr, D.M., Baker, V.R., Carling, P.A. (Eds), 2009. Megaflooding on Earth and Mars. Cambridge University Press. 319 pp.
Garcia-Castellanos, D., 2006. Long-term evolution of tectonic lakes: Climatic controls on the development of internally drained basins. In: Tectonics, Climate, and Landscape evolution. Eds.: S.D. Willett, N. Hovius, M.T. Brandon & D.M. Fisher. GSA Special Paper 398. 283-294. doi: 10.1130/2006.2398(17).
Garcia-Castellanos, D., F. Estrada, I. Jiménez-Munt, C. Gorini, M. Fernàndez, J. Vergés, R. De Vicente, 2009. Catastrophic flood of the Mediterranean after the Messinian Crisis. Nature, 462, 778-781. doi:10.1038/nature08555
Gerasimov, V.A. (1965). Issykskaia katastrofa 1963 g. i otrazhenie ee in geomorfoogii doliny r. Issyk. [The Issyk catastrophe in 1963 and its effect on geomorphology of the 166 Jim E. O’Connor and Robin A. Beebee Issyk River valley.] Akademiia Nauk SSSR, Izvestiia Vsesoiuznogo, Geograficheskogo Obshchestva, 97–6, 541–547. (En ruso, disponemos de traducción).
Gilbert, Grove Karl, 1890. Lake Bonneville. 438 p., 51 leaves of plates. Monographs of the United States Geological Survey, v. 1.
O’Connor, J.E. & Beebee, R.A., 2009, Floods from natural rock-material dams, in Burr, D., Carling, P., and Baker, V. editors, Megafloods on Earth and Mars: Cambridge University Press.
O’Connor, J.E., 1993, Hydrology, Hydraulics, and Geomorphology of the Bonneville Flood: Geological Society of America Special Paper 274, 83 p.
O’Connor, J.E., & Baker, V.R., 1992, Magnitudes and implications of peak discharges from Glacial Lake Missoula: Geological Society of America Bulletin, v. 104, p. 267–279, doi:10.1130/0016-7606(1992)104<0267:maiopd>2.3.CO;2.
Walder, J.S. & O’Connor, J.E., 1997: Methods for predicting peak discharge of floods caused by failure of natural and constructed earthen dams. Water Resources Research 33: 2337–2348.