Published October 1, 2023 | Version v1
Publication Open

Lithospheric Flexure Controls on Geomorphology, Hydrology, and River Chemistry in the Andean Foreland Basin

  • 1. Institute of Arctic and Alpine Research
  • 2. University of Colorado Boulder
  • 3. University of Nevada Reno
  • 4. Institut des Sciences de la Terre
  • 5. Institut de Recherche pour le Développement
  • 6. Université Grenoble Alpes
  • 7. Université Gustave Eiffel
  • 8. Helmholtz Centre Potsdam - GFZ German Research Centre for Geosciences
  • 9. University of Potsdam
  • 10. Centro Científico Tecnológico - Nordeste

Description

Abstract Tectonics exerts a strong control over the morphology of Earth's surface that is apparent in active mountain belts. In lowland areas, subtle processes like lithospheric flexure and isostatic rebound can impact Earth surface dynamics, hydrologic connectivity, and topography, suggesting that geomorphic and hydrologic analyses can shed light on underlying lithospheric properties. Here we examine the effect of lithospheric flexure on the geomorphology, hydrology, and river water chemistry of the Rio Bermejo fluvial system in the east Andean foreland basin of northern Argentina. Results show that proximal to the mountain front, foredeep basin subsidence causes sedimentation along a braided channel belt that is superelevated relative to the surrounding flood basin. During floods, water flows from the superelevated channel into the groundwater reservoir, causing a net loss of discharge with distance downstream. Further downstream, forebulge uplift forces channel narrowing, high lateral migration rates, and incision up to 13 m into older river deposits. This incision locally allows groundwater flow into the river, causing a ∼20% increase in river solute load. Groundwater emerges from the forebulge into the backbulge, predominantly as spring‐fed channels. Here, channel migration rates decrease, suggesting a switch from net uplift to subsidence that reduces the depth to the groundwater table. This analysis shows that subtle lithospheric flexure can have significant effects on river channel morphology that determine hydrologic flow paths, and ultimately influence geochemical and ecological patterns. We suggest that these effects may elucidate lithospheric properties that are otherwise inferred from bulk geophysical observations.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

تمارس التكتونيات المجردة سيطرة قوية على مورفولوجيا سطح الأرض التي تظهر في الأحزمة الجبلية النشطة. في المناطق المنخفضة، يمكن أن تؤثر العمليات الدقيقة مثل ثني الغلاف الصخري والارتداد المتساوي على ديناميكيات سطح الأرض، والاتصال الهيدرولوجي، والتضاريس، مما يشير إلى أن التحليلات الجيومورفية والهيدرولوجية يمكن أن تلقي الضوء على الخصائص الأساسية للغلاف الصخري. هنا ندرس تأثير ثني الغلاف الصخري على الجيومورفولوجيا والهيدرولوجيا وكيمياء مياه النهر لنظام ريو بيرميخو النهري في حوض الأنديز الأمامي الشرقي في شمال الأرجنتين. تظهر النتائج أنه بالقرب من واجهة الجبل، يتسبب هبوط الحوض الأمامي في الترسيب على طول حزام قناة مضفر مرتفع للغاية بالنسبة لحوض الفيضان المحيط. أثناء الفيضانات، تتدفق المياه من القناة الفائقة الارتفاع إلى خزان المياه الجوفية، مما يتسبب في خسارة صافية للتصريف مع المسافة في اتجاه مجرى النهر. في اتجاه مجرى النهر، تضيق قناة قوى الرفع الأمامية، ومعدلات الهجرة الجانبية العالية، والشق حتى 13 مترًا في رواسب النهر القديمة. يسمح هذا الشق محليًا بتدفق المياه الجوفية إلى النهر، مما يتسبب في زيادة بنسبة 20 ٪ في حمل مذاب النهر. تخرج المياه الجوفية من البلل الأمامي إلى البلل الخلفي، في الغالب كقنوات تغذيها الينابيع. هنا، تنخفض معدلات هجرة القنوات، مما يشير إلى التحول من الارتفاع الصافي إلى الهبوط الذي يقلل من عمق منسوب المياه الجوفية. يُظهر هذا التحليل أن ثني الغلاف الصخري الدقيق يمكن أن يكون له تأثيرات كبيرة على مورفولوجيا القناة النهرية التي تحدد مسارات التدفق الهيدرولوجي، وتؤثر في النهاية على الأنماط الجيوكيميائية والبيئية. نقترح أن هذه التأثيرات قد توضح خصائص الغلاف الصخري التي يتم استنتاجها بطريقة أخرى من الملاحظات الجيوفيزيائية السائبة.

Translated Description (French)

La tectonique abstraite exerce un fort contrôle sur la morphologie de la surface de la Terre qui est apparent dans les ceintures de montagne actives. Dans les zones de plaine, des processus subtils comme la flexion lithosphérique et le rebond isostatique peuvent avoir un impact sur la dynamique de la surface de la Terre, la connectivité hydrologique et la topographie, suggérant que les analyses géomorphologiques et hydrologiques peuvent faire la lumière sur les propriétés lithosphériques sous-jacentes. Nous examinons ici l'effet de la flexion lithosphérique sur la géomorphologie, l'hydrologie et la chimie de l'eau des rivières du système fluvial du Rio Bermejo dans le bassin de l'avant-pays andin oriental du nord de l'Argentine. Les résultats montrent qu'à proximité du front de montagne, l'affaissement du bassin avant profond provoque une sédimentation le long d'une ceinture de canaux tressés qui est surélevée par rapport au bassin d'inondation environnant. Pendant les inondations, l'eau s'écoule du canal surélevé dans le réservoir d'eau souterraine, provoquant une perte nette de débit avec la distance en aval. Plus en aval, les forces de soulèvement des bulles avant forcent le rétrécissement des canaux, les taux de migration latérale élevés et l'incision jusqu'à 13 m dans les dépôts fluviaux plus anciens. Cette incision permet localement à l'eau souterraine de s'écouler dans la rivière, provoquant une augmentation d'environ20% de la charge en solutés de la rivière. Les eaux souterraines émergent de la prébulge dans le remous, principalement sous forme de canaux alimentés par des ressorts. Ici, les taux de migration des canaux diminuent, suggérant un passage du soulèvement net à l'affaissement qui réduit la profondeur de la nappe phréatique. Cette analyse montre que la flexion lithosphérique subtile peut avoir des effets significatifs sur la morphologie des canaux fluviaux qui déterminent les voies d'écoulement hydrologiques et, en fin de compte, influencent les modèles géochimiques et écologiques. Nous suggérons que ces effets peuvent élucider les propriétés lithosphériques qui sont autrement déduites des observations géophysiques en vrac.

Translated Description (Spanish)

La tectónica ejerce un fuerte control sobre la morfología de la superficie de la Tierra que es evidente en los cinturones montañosos activos. En áreas de tierras bajas, procesos sutiles como la flexión litosférica y el rebote isostático pueden afectar la dinámica de la superficie terrestre, la conectividad hidrológica y la topografía, lo que sugiere que los análisis geomórficos e hidrológicos pueden arrojar luz sobre las propiedades litosféricas subyacentes. Aquí examinamos el efecto de la flexión litosférica en la geomorfología, la hidrología y la química del agua fluvial del sistema fluvial del río Bermejo en la cuenca del foreland andino oriental del norte de Argentina. Los resultados muestran que, proximal al frente de la montaña, el hundimiento profundo de la cuenca causa sedimentación a lo largo de un cinturón de canales trenzados que está sobreelevado en relación con la cuenca de inundación circundante. Durante las inundaciones, el agua fluye desde el canal sobreelevado hacia el depósito de agua subterránea, causando una pérdida neta de descarga con la distancia aguas abajo. Más aguas abajo, el levantamiento de protuberancias fuerza el estrechamiento del canal, las altas tasas de migración lateral y la incisión de hasta 13 m en depósitos fluviales más antiguos. Esta incisión permite localmente que el agua subterránea fluya hacia el río, causando un aumento de ~20% en la carga de soluto del río. El agua subterránea emerge de la protuberancia anterior hacia la protuberancia posterior, predominantemente como canales alimentados por manantiales. Aquí, las tasas de migración del canal disminuyen, lo que sugiere un cambio de elevación neta a hundimiento que reduce la profundidad a la capa freática. Este análisis muestra que la sutil flexión litosférica puede tener efectos significativos en la morfología de los canales fluviales que determinan las trayectorias de flujo hidrológico y, en última instancia, influyen en los patrones geoquímicos y ecológicos. Sugerimos que estos efectos pueden dilucidar las propiedades litosféricas que de otro modo se infieren de las observaciones geofísicas a granel.

Files

2023AV000924.pdf

Files (15.9 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:b957eeee0496802ab32b2159776fbedf
15.9 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
ضوابط ثني الغلاف الصخري على الجيومورفولوجيا والهيدرولوجيا وكيمياء الأنهار في حوض الأنديز الأمامي
Translated title (French)
Contrôles de la flexion lithosphérique sur la géomorphologie, l'hydrologie et la chimie des rivières dans le bassin de l'avant-pays andin
Translated title (Spanish)
Controles de Flexión Litosférica en Geomorfología, Hidrología y Química Fluvial en la Cuenca Foreland Andina

Identifiers

Other
https://openalex.org/W4387574416
DOI
10.1029/2023av000924

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Argentina

References

  • https://openalex.org/W1512692177
  • https://openalex.org/W1604785025
  • https://openalex.org/W1677532904
  • https://openalex.org/W1858598489
  • https://openalex.org/W1967622325
  • https://openalex.org/W1969905436
  • https://openalex.org/W1971644794
  • https://openalex.org/W1971914939
  • https://openalex.org/W1974584945
  • https://openalex.org/W1974691910
  • https://openalex.org/W1988618327
  • https://openalex.org/W1999924690
  • https://openalex.org/W2004426447
  • https://openalex.org/W2008587428
  • https://openalex.org/W2010572445
  • https://openalex.org/W2012887763
  • https://openalex.org/W2014149697
  • https://openalex.org/W2017596128
  • https://openalex.org/W2019994858
  • https://openalex.org/W2020527814
  • https://openalex.org/W2025412581
  • https://openalex.org/W2026719186
  • https://openalex.org/W2030816674
  • https://openalex.org/W2031348692
  • https://openalex.org/W2035207306
  • https://openalex.org/W2038552768
  • https://openalex.org/W2041009565
  • https://openalex.org/W2041158780
  • https://openalex.org/W2046648880
  • https://openalex.org/W2054520444
  • https://openalex.org/W2058060439
  • https://openalex.org/W2062776775
  • https://openalex.org/W2064936859
  • https://openalex.org/W2067487196
  • https://openalex.org/W2067910299
  • https://openalex.org/W2069821424
  • https://openalex.org/W2070051413
  • https://openalex.org/W2078823158
  • https://openalex.org/W2080257037
  • https://openalex.org/W2082448911
  • https://openalex.org/W2083997111
  • https://openalex.org/W2084849445
  • https://openalex.org/W2087880652
  • https://openalex.org/W2095475752
  • https://openalex.org/W2097828895
  • https://openalex.org/W2098108672
  • https://openalex.org/W2101644114
  • https://openalex.org/W2103109663
  • https://openalex.org/W2108457453
  • https://openalex.org/W2110154199
  • https://openalex.org/W2112500952
  • https://openalex.org/W2113600417
  • https://openalex.org/W2114159309
  • https://openalex.org/W2115803110
  • https://openalex.org/W2118381748
  • https://openalex.org/W2126661060
  • https://openalex.org/W2126784791
  • https://openalex.org/W2128809243
  • https://openalex.org/W2132695741
  • https://openalex.org/W2137448996
  • https://openalex.org/W2140166729
  • https://openalex.org/W2144871332
  • https://openalex.org/W2147000014
  • https://openalex.org/W2148833898
  • https://openalex.org/W2158346779
  • https://openalex.org/W2160189413
  • https://openalex.org/W2161761265
  • https://openalex.org/W2165770393
  • https://openalex.org/W2168983267
  • https://openalex.org/W2191291587
  • https://openalex.org/W2225905194
  • https://openalex.org/W2314552272
  • https://openalex.org/W2324576165
  • https://openalex.org/W2339002013
  • https://openalex.org/W2346496887
  • https://openalex.org/W2484498837
  • https://openalex.org/W2494000845
  • https://openalex.org/W2562781567
  • https://openalex.org/W2796053598
  • https://openalex.org/W2894560531
  • https://openalex.org/W2896791829
  • https://openalex.org/W2912255781
  • https://openalex.org/W3008093022
  • https://openalex.org/W3025102642
  • https://openalex.org/W3034416609
  • https://openalex.org/W3035375758
  • https://openalex.org/W3094728497
  • https://openalex.org/W3131620174
  • https://openalex.org/W3141646501
  • https://openalex.org/W3159179333
  • https://openalex.org/W4200522234
  • https://openalex.org/W4210610679
  • https://openalex.org/W4220999512
  • https://openalex.org/W4234440840
  • https://openalex.org/W4239617052