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GLACIARES DE ROCA EN LOS ANDES DEL GLACIARES DE ROCA EN LOS ANDES DEL GLACIARES DE ROCA EN LOS ANDES DEL GLACIARES DE ROCA EN LOS ANDES DEL CENTRO DE CHILE.CENTRO DE CHILE.CENTRO DE CHILE.CENTRO DE CHILE.

C. Marangunic, Febrero 2010C. Marangunic, Febrero 2010C. Marangunic, Febrero 2010C. Marangunic, Febrero 2010

� Exploraciones detalladas de glaciares de roca se iniciaron a mediados de la década de 1990. Antes solo existían estudios puntuales.

� El auge de las exploraciones se debe a la irrupción de la minería de rajo abierto en la alta cordillera. El apoyo de la minería condujo al desarrollo de nuevas tecnologías y a una comprensión acabada de estos glaciares.

� Se han completado estudios y largos monitoreos en al menos 18 glaciares, y se han analizado parcialmente otros. Estudios en nuevos glaciares están en curso o en proceso de inicio.

� Los inventarios de glaciares están en ejecución; completos hay solo algunos, y parciales otros.

� Actualmente, se está poniendo énfasis en tecnologías de manejo de glaciares.

INTRODUCCIONINTRODUCCIONINTRODUCCIONINTRODUCCION

� Espesor: sondajes y gravimetría.

� Composición interna: sondajes (>150) Odex y aire reverso, zanjas, catas.

� Temperatura interna: sensores en sondajes con arena, y en pozos.

� Nivel freático: agua en casing de sondajes

� Velocidad en superficie: estación total y robot.

� Velocidad basal: inclinometria en casing de sondajes.

� Deformación y esfuerzos: en “red de hielo” en superficie.

� Ablación en superficie: ablatografo, “emergencia” de casing, laser.

� Ablación en la base: según calor geotérmico y de fricción (según velocidad).

� Balance de hielo, agua y calor: estac. met, vertedero, evaporación, otros.

� Propiedades cubierta detrito: composición, conductividad térmica, humedad.

� Propiedades núcleo de hielo: respuesta a cargas (con modelo MDGR).

� Propiedades del material en el lecho: composición, geotecnia.

� Estabilidad general: según modelos, aceleración sísmica, y nivel freático.

METODOLOGIAS EMPLEADASMETODOLOGIAS EMPLEADASMETODOLOGIAS EMPLEADASMETODOLOGIAS EMPLEADAS

� Transportado y depositado por avalanchas. Parte del depósito de nieve se funde en verano, el resto queda protegido por una cubierta de detrito.

� Cae desde las pendientes marginales de talus y cubre la nieve de cabeceras. Luego se incorpora al glaciar.

� Partículas arrastradas por el viento. Poco relevante.

ORIGEN DEL DETRITO ROCOSOORIGEN DEL DETRITO ROCOSOORIGEN DEL DETRITO ROCOSOORIGEN DEL DETRITO ROCOSO

A) CUBIERTA DE DETRITOS. Espesor: 0,5 to 3,3 m. Composición: mezcla de gravas angulosas (05%), algo de arena (3%), y nada o casi nada de finos(<2%). Angulo de fricción interna: 35º to 38º. Sin cohesión. Conductividad térmica: 0,20 – 0,39 (media 0,217) W/mK.

B) NUCLEO DE HIELO. Composición por volumen: 78% to 82% hielo (mínimo 60%), resto es detrito rocoso. El detrito se ubica en bandas entre hielo claro. El detrito en las bandas no excede el 50%, en volumen.

C) MORRENA BASAL. Espesor: 0,3 to 8,0 m. Composición: >50% hielo.

ESTRUCTURA GENERAL DE GLACIARESESTRUCTURA GENERAL DE GLACIARESESTRUCTURA GENERAL DE GLACIARESESTRUCTURA GENERAL DE GLACIARES

� Todos los glaciares de roca son templados.

� El núcleo de hielo y la morrena basal se encuentran al punto de fusión según la presión.

� Las variaciones estacionales de la temperatura ambiente afectan a la cubierta de detritos y, según el espesor de esta, hasta unos pocos de los metros más superiores del núcleo de hielo.

TEMPERATURA DEL HIELOTEMPERATURA DEL HIELOTEMPERATURA DEL HIELOTEMPERATURA DEL HIELO

TEMPERATURA EN POZO 3

-3.5

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

-6 -1 4 9 14 19

Temperatura (ºC)

Pro

fund

idad

(m

)

08/02/2006 21/02/2006 05/04/2006 18/04/2006 16/05/2006 07/03/2006 22/03/2006 11/01/2007

30/01/2007 14/02/2007 01/03/2007 02/04/2007 10/04/2007 07/05/2007 05/02/2008 27/02/2008

Ejemplo:

Efecto de la temperatura atmosférica virtualmente no penetra bajo los 2,5 m de profundidad del detrito.

El mejor ajuste entre el área (X) de la superficie de un glaciar, y su espesor medio (X) es:

Y = A x XB

A = 0,00944 and B = 0,65185. El coeficiente de correlación es 0,84084.

� Como varios glaciares considerados coalescen, el espesor que resulta de la ecuación puede ser algo mayor que si se calcula solo con glaciares aislados.

� Ecuación derivada de glaciares no mayores que 1 km2.

ESPESOR DE LOS GLACIARESESPESOR DE LOS GLACIARESESPESOR DE LOS GLACIARESESPESOR DE LOS GLACIARES

� El flujo glaciar se simula con gran precisión suponiendo que toda la deformación ocurre en el hielo del núcleo y la morrena basal, y considerando la carga adicional del detrito rocoso y su distribución en profundidad.

� El hielo se deforma según la conocida ley de flujo del hielo

E = B x Sn

E = tasa de deformación, S = el esfuerzo de corte efectivo en la base.

� Los valores de B y n que mejor se ajustan a los resultados son 0,164 (como en glaciares templados) y 3 (como en glaciares templados en que los esfuerzos raramente exceden 1 bar).

EL FLUJO DE GLACIARES DE ROCAEL FLUJO DE GLACIARES DE ROCAEL FLUJO DE GLACIARES DE ROCAEL FLUJO DE GLACIARES DE ROCA

1) El movimiento de un glaciar es por deformacion del hielo y por deslizamiento sobre la base (en glaciares templados), ambos bajo influjo de la gravedad.

2) El hielo se deforma visco-plásticamente con cargas de 50 a 100 kPa (glaciares templados) y 150 kPa en glaciares muy fríos.

3) Con densidad del hielo de 900 kg/m3

cargas de 50 y 100 kPa equivalen a 5,5 y 11,1 m de espesor de hielo, y menos si el hielo contiene detritos rocosos.

4) En consecuencia, hielos de espesores superiores a 6 a 11 m se deforman (fluyen) y se consideran glaciares.

5) En glaciares de roca, con cargas unitarias mayores, la deformación (flujo) se inicia con espesores mínimos de hielo menores.

GLACIARES (ACTIVOS) Y HIELO “INACTIVO”.

2

Efectos de Efectos de Efectos de Efectos de cargas de cargas de cargas de cargas de detritos detritos detritos detritos

(modelo todo (modelo todo (modelo todo (modelo todo en superficie) en superficie) en superficie) en superficie)

sobre sobre sobre sobre glaciares.glaciares.glaciares.glaciares.

ESPESOR DE GLACIAR =50m

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15 20 25 30 35

ESPESOR DE BOTADERO (m )

VE

LOC

IDA

D(m

. por

año

)

5

7.5

10

12.5

15

PENDIENTES (en grados)

ESPESOR DE GLACIAR =75(m)

0

50

100

150

200

250

0 5 10 15 20 25 30 35

ESPESOR DE BOTADERO (m)

VE

LO

CID

AD

(m

. po

r a

ño

)

5

7.5

10

12.5

15

PENDIENTES (en g rados)

Velocidades en superficie que producen diversos espesores de cargas de detritos, sobre hielo glaciar de 50 y 75 m de espesor y con variadas pendientes en la base; compárese con espesor 0 m de detritos.

ESPESOR DE DETRITOS (m)

ESPESOR DE DETRITOS (m)

GLACIAR DE ROCA MONOLITO EN SECTOR RINCONADA

METODO DE CONTROL DEL MODELO: QUE LAS VELOCIDADES EN SUPERFICIE, Y LAS COTAS (EN CONSECUENCIA TAMBIÉN LOSESPESORES DE HIELO) MEDIDAS, CORRESPONDAN A LO PRONOSTICADO POR EL MODELO.

EL COMPORTAMIENTO DE LOS GLACIARES ES PREDECIBLE: RESULTADOS DEL MODELO MDGR (Geoestudios) DE COMPORTAMIENTO DE UN GLACIAR. Proporciona velocidades de desplazamiento y sus variaciones en el tiempo

hasta el frente, cambios de espesores, con/sin cubierta de detritos, año a año.Input: relieve del lecho, espesor inicial y distribución del detrito rocoso, y tasa

acumulación/ablación.

EJEMPLO DE RESULTADOS DEL MODELO MDGR (Geoestudios) DE UN CASO DE GLACIAR AL CUALSE LA HA SOBREPUESTO UNA CARGA (CUBIERTA) DE MATERIAL DETRÍTICO (se han suprimido años).

METODO DE CONTROL DEL MODELO: QUE LAS VELOCIDADES EN SUPERFICIE, Y LAS COTAS (EN CONSECUENCIA TAMBIÉN LOSESPESORES DE HIELO) MEDIDAS, CORRESPONDAN A LO PRONOSTICADO POR EL MODELO.

� Las velocidades en los meses de verano son 29 % a 74 % mayores que las velocidades anuales.

� Las velocidades en los meses de verano son 42 % a 84 % mayores que en los meses de invierno.

� Las variaciones de las velocidades reflejan la relativa abundancia de agua en el lecho del glaciar en las estaciones del año.

� Las variaciones interanuales son pequeñas; en general reflejan la disponibilidad de agua de fusión proveniente del manto de nieve invernal.

� Los esfuerzos varían congruentemente con las velocidades.

VARIACIONES DE LAS VARIACIONES DE LAS VARIACIONES DE LAS VARIACIONES DE LAS VELOCIDADES EN SUPERFICIEVELOCIDADES EN SUPERFICIEVELOCIDADES EN SUPERFICIEVELOCIDADES EN SUPERFICIE

VARIACION DE LA MAGNITUD DE LOS ESFUERZOS, positivo = tensión, negativo = compresión.

-0.40000

-0.30000

-0.20000

-0.10000

0.00000

0.10000

0.20000

0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300

Tiempo (años)

Esf

uer

zo (

bar

es)

S1

S3

El deslizamiento del glaciar sobre su lecho es responsable del 31 % al 57 % de las velocidades en superficie (determinaciones en 3 sondajes).

DESLIZAMIENTO SOBRE EL LECHODESLIZAMIENTO SOBRE EL LECHODESLIZAMIENTO SOBRE EL LECHODESLIZAMIENTO SOBRE EL LECHO

Deformación del glaciar

Inclinación de perforación

Morrena de fondo

Roca

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2

Pro

fund

idad

(m

)

Distancia (m)

Botadero

Glaciar

Superficie

Sondaje ZZ-150, 32 dias, Velocidad en la base = 2,7

cm/dia

� Los glaciares descansan sobre roca o sobre una morrena glacial.

� La superficie de apoyo en roca es:

� El material morrenico: Composición: 50-60% gravas, 30-40% arena, 10-20% finos. Espesor max. 28 m. Comúnmente saturado, o húmedo. Angulo de fricción interna 11º y cohesión 0,1 kg/cm2 cuando cargado por el glaciar, según resultados de análisis de casos de deslizamientos catastróficos. Los valores de fricción y cohesión resultan mucho más altos en muestras secas analizadas en laboratorio.

EL LECHO GLACIAREL LECHO GLACIAREL LECHO GLACIAREL LECHO GLACIAR

Tabla 4.2-B. Proporción de la base del glaciar apoyada en roca basal, según pendientes del techo de

la roca y la zona de balance de masa del glaciar.

PENDIENTE DEL TECHO ROCOSO

PROPORCIÓN DE LA BASE DEL

GLACIAR APOYADA EN ROCA

ZONA DE ABLACION : 0° - 19° Sin contacto con la roca basal

ZONA DE ABLACION: 20° - 26° 10% en contacto con roca basal

ZONA DE ABLACION: 27° - 80° 50% en contacto con roca basal

ZONA DE ABLACION: > 80° 75% en contacto con roca basal

ZONA DE ACUMULACIÓN 100% en contacto con roca basal

� El hielo al interior de glaciares templados es permeable. La porosidad es, aprox. 1%.

� En verano, el nivel freático muestra que el 50 – 60 % del volumen glaciar está saturado. Durante eventos especiales (intensa lluvia cálida, o fuerte ablación), excede el 90 %.

� En invierno, el nivel freático muestra que el 15 – 20 % del volumen glaciar está saturado.

� El nivel freático es muy irregular, como respuesta al efecto de la estructura glaciar en el drenaje del hielo.

EL AGUA AL INTERIOR DE GLACIARESEL AGUA AL INTERIOR DE GLACIARESEL AGUA AL INTERIOR DE GLACIARESEL AGUA AL INTERIOR DE GLACIARES

Sección vertical longitudinal por un glaciar de roca, mostrando el balance de masas. La masa ganada en la Zona de Alimentación es el remanente de la nieve de avalanchas (y/o de márgenes superiores) al fin del verano; en la

de Ablación la masa perdida es el hielo del glaciar perdido bajo el detrito entre una y otra temporada de verano.

BALANCE DE MASA Y

ESTRUCTURA GENERAL DE UN GLACIAR

DE ROCA.

Fusión bajo el detrito superficial

0.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000.8000.9001.000

Oct

ubre

Noviem

bre

Dicie

mbre

Enero

Febre

ro

Mar

zo

Abril

May

o

Mes 2008

Fu

sió

n (

cm

/me

s)

La fusión de hielo en la base del detrito superficial depende del flujo calórico (G) a través de este, que es:

G = L * dT/dZ cal/s

L = conductividad térmica de detrito húmedo (0,000776 cal/cm-s), y dT/dZ = gradiente de temperatura (0,021ºC/cm).

Bajo 2 m de espesor de detrito, G = 268 cal/cm2 /año (para una temporada de fusión de 190 días/año el 2008).

Como el calor de fusión del hielo es 80 cal/g, el flujo de calor funde 3,4 g/cm2 de hielo, o ~3,8 cm de hielo (densidad 0,88 g/cm3) por año.

Fusión de hielo calculada para el verano 2008 es congruente con los 3,5 cm de descenso de superficie, medido en ablatógrafo.

ABLACION EN LA SUPERFICIE DE ABLACION EN LA SUPERFICIE DE ABLACION EN LA SUPERFICIE DE ABLACION EN LA SUPERFICIE DE HIELO BAJO EL DETRITOHIELO BAJO EL DETRITOHIELO BAJO EL DETRITOHIELO BAJO EL DETRITO

� El calor que aporta la radiación neta es preponderante, y proviene de la radiación en onda corta (radiación solar). La radiación en onda larga resta calor al glaciar.

� El resto de los aportes calóricos son poco relevantes, en particular el balance de calor sensible.

� El calor almacenado produce importantes cambios de temperatura al interior de la cubierta de detritos del glaciar. La información de temperatura registrada en los pozos en el detrito lo avala.

� Ejemplo de balance calórico en 2008, a 4.103 m.s.n.m.: el hielo fundido bajo más de 2 m de detrito corresponde al flujo calórico, y es de 0,64 g/cm2 en Marzo, y 0,06 g/cm2 en Abril.

Q rad.onda larga

Q rad.onda

corta

Q radiación

neto

Q sensible

Q latente

Q del flujo

calorico

Q de precipitación

Q almacenado Mes

(Ly) (Ly) (Ly) (Ly) (Ly) (Ly) (Ly) (Ly)

Enero -2800,00 9325,00 6525,00 -167,40 -22.36 Febrero -1742,00 6726,00 4984,00 -140,94 -96.43 Marzo -2588,00 7993,00 5405,00 0,44 -100,44 -51,96 -127.55 -5253,04 Abril -3537,00 6891,00 3354,00 0,32 -81,00 -5,03 -2.76 -3268,29

BALANCE CALORICOBALANCE CALORICOBALANCE CALORICOBALANCE CALORICO

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30N

-150

LM

-140

NO

-140

L-1

30

N-1

10

MN

-100

M-9

0

LM

-80

MN

-80

M-7

0

KL

-60

K-5

0

KL

-20

H-1

0

J-10

Reducción natural de la superficie del Reducción natural de la superficie del Reducción natural de la superficie del Reducción natural de la superficie del glaciar de roca Monolito: promedio1998glaciar de roca Monolito: promedio1998glaciar de roca Monolito: promedio1998glaciar de roca Monolito: promedio1998----

2009 es 0,16 m/año. Medida como 2009 es 0,16 m/año. Medida como 2009 es 0,16 m/año. Medida como 2009 es 0,16 m/año. Medida como descenso entorno a descenso entorno a descenso entorno a descenso entorno a casing casing casing casing de sondajes.de sondajes.de sondajes.de sondajes.

1998 drill casing

m

Casing de sondaje 1998

La fusión en la base de los glaciares ocurre por:

� Calor geotérmico; su gradiente se puede determinar, entre otros, en antiguos pozos de sondajes con agua.

� Calor de fricción; según medidas de velocidades en la base, o inferidas de velocidades en superficie.

Suele resultar inferior a 1 g/año de hielo.

TASAS DE ABLACION EN LA BASETASAS DE ABLACION EN LA BASETASAS DE ABLACION EN LA BASETASAS DE ABLACION EN LA BASE

BALANCE DE HIELO:Masa perdida bajo la cubierta del detrito rocoso de superficie: - 49.122 tonsMasa perdida en la base del glaciar (por calor geotérmico y de fricción): - 1.233 tonsMasa ganada en los campos de penitentes: + 40.909 tonsMasa ganada por sepultamiento de neviza en márgenes del glaciar: + 9.245 tonsBALANCE DE MASAS: - 201 tons

CONCLUSION: 1) El año entre fin de veranos 2008 y 2009, el glaciar está, esencialmente, en

equilibrio. La diferencia está dentro del margen de error de las estimaciones.

RAZON DEL EQUILIBRIO:1) La precipitación en invierno de 2008 fue un 12% superior a la normal en la región. 2) Los parámetros meteorológicos diferentes (con respecto al verano 2007):

a) Balance de radiacion solar es menor (13%) en Marzo 2009b) Precipitación durante el verano 2009 = ppt. 2007 x 3, con fuerte influencia en

el albedo.

BALANCE DE HIELO ANUAL 2008BALANCE DE HIELO ANUAL 2008BALANCE DE HIELO ANUAL 2008BALANCE DE HIELO ANUAL 2008----2009 (al fin 2009 (al fin 2009 (al fin 2009 (al fin del verano): GLACIAR RINCONADA OESTEdel verano): GLACIAR RINCONADA OESTEdel verano): GLACIAR RINCONADA OESTEdel verano): GLACIAR RINCONADA OESTE

Los parámetros empleados en los análisis de estabilidad :

� Densidad de los materiales; las densidades medias de los glaciares de roca.

� Áreas de las secciones, según espesores.

� Cohesión y ángulo de fricción interna del material en el plano de falla (morrena de fondo y/o roca-hielo).

� Ángulo de fricción interna de hielo 38°. Se comporta en intervalos breves de tiempo como un material rígido.

� Caso dinámico, con aceleraciones sísmicas de 0,2 g (u otro según norma chilena).

� Presiones de poros de variado valor en cada caso analizado.

� La falla ocurre en planos basales. La rimaya u otra grieta vertical es una falla vertical preexistente, sin cohesión.

ANALISIS DE ESTABILIDADANALISIS DE ESTABILIDADANALISIS DE ESTABILIDADANALISIS DE ESTABILIDAD

EL MANEJO DE GLACIARES DE MONTAÑA: CONCEPTOS BASICOS.

1. LOS GLACIARES DE MONTAÑA SE CONSIDERAN UN IMPORTANTE RECURSO DE AGUA, PERO EN EXTINCIÓN POR CAUSAS NATURALES Y ANTRÓPICAS, A MENOS QUE SE MANEJEN.

2. PARA QUE SEAN UN RECURSO, TECNOLOGÍAS PARA USAR ECONOMICAMENTE EL AGUA CUANDO SE REQUIERA, Y ALIMENTARLOS EN OTRAS OCASIONES, DEBEN SER DESARROLLADAS.

3. LOS GLACIARES EXISTENTES DEBEN SER SALVADOS (= INTERVENIDOS).

4. GENERAR GLACIARES NUEVOS, AUTOSUSTENTABLES.

5. LOS PELIGROS POR GLACIARES (deslizamientos, lahares, glof’s, avances rápidos, etc.) DEBEN SER PREVENIDOS O REDUCIDOS.

TECNOLOGIAS PARA EL MANEJO DE GLACIERES SE ESTAN PROBANDO. NUEVAS DEBEN DESARROLLARSE. ESTAMOS TRABAJANDO EN VARIAS.

1) Los glaciares de roca son masas de hielo, con cubierta de detritos y formadas por acumulaciones de nieve con detritos, que se deforman bajo su propio peso y mueven pendiente abajo. En la mayoría de sus aspectos son similares a glaciares templados de montaña.

2) Los glaciares de roca se comportan, en todos los aspectos mecánicos, como los glaciares templados. Para modelar el flujo glaciar debeconsiderarse la cantidad, y distribución en profundidad, de la carga de detritos.

3) No deben confundirse los glaciares de roca con otra formas de lacriósfera, como permafrost (suelos helados).

4) Chile es un país en la vanguardia del conocimiento de glaciares de roca.

CONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONESCONCLUSIONES

FIN DE LA PRESENTACIONFIN DE LA PRESENTACIONFIN DE LA PRESENTACIONFIN DE LA PRESENTACION