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Dec 19, 2023

Cambios paleoambientales en los sistemas de canales fluviales en depósitos de deslizamientos de rocas alpinos, ejemplificados por el deslizamiento de rocas Fernpass en el distrito tirolés de Außerfern, Austria

Scientific Reports volumen 12, Número de artículo: 22215 (2022) Citar este artículo 441 Accesos 1 Detalles de Altmetric Metrics Este artículo describe la inestabilidad de los sistemas de canales fluviales en deslizamientos de rocas alpinos

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 22215 (2022) Citar este artículo

441 Accesos

1 altmétrica

Detalles de métricas

Este artículo describe la inestabilidad de los sistemas de canales fluviales en depósitos de deslizamientos de rocas alpinos utilizando el Fernpass Rockslide y el río Loisach en el distrito tirolés de Außerfern (Austria) como ejemplo de desarrollos paleoambientales. Esta es la primera investigación de este tipo del Fernpass, una de las conexiones de transporte alpinas norte-sur más importantes desde la Edad del Bronce. Utiliza investigaciones geomorfológicas, sedimentológicas, onomásticas e hidrogeológicas para reconstruir el curso de un río del Holoceno tardío en esta zona y una simulación probabilística para la datación. Las pruebas de trazadores ayudaron a investigar las posibles conexiones de aguas subterráneas de los sistemas fluviales. Los resultados muestran que el Palaeoloisach discurre por el lado orográficamente derecho en un valle marginal del surco Fernpass y cambia hacia el lado orográficamente izquierdo del surco en el barrio de Rauth en el pueblo de Biberwier. Una simulación probabilística del evento de deslizamiento de Narrenbichl, que cambió el curso del Paleoloisach, fecha el evento en una edad de 664 ± 116 a.C. Esta investigación es una contribución importante para comprender los desarrollos posteriores a los deslizamientos de rocas en el Cuaternario, cómo el agua subterránea contribuye a la formación de sistemas de canales posteriores a los deslizamientos de rocas y los hallazgos arqueológicos que ocurren en áreas pobladas.

Tanto a nivel internacional como en los Alpes, las inestabilidades de los canales de los ríos en los depósitos de deslizamientos de rocas resultantes de cambios paleoambientales no han sido el foco de investigación en los últimos años. La mayoría de las investigaciones han investigado el efecto de los deslizamientos de rocas en ríos o lagos y su historia de erosión o efectos climáticos para que ocurran los deslizamientos de rocas, pero no su desarrollo posterior al deslizamiento de rocas o la interacción entre el agua subterránea y el agua superficial1,2,3,4,5,6. 7,8,9. Este es, por lo tanto, un primer intento de utilizar el curso de un paleorrío (Palaeoloisach) en el noreste del distrito de Außerfern, Tirol/Austria, alrededor del brazo norte del desprendimiento de rocas de Fernpass (47° 22′ 29″ N 10° 52′ 49″ E, WGS84), como estudio de caso para el desarrollo ambiental posterior a un deslizamiento de rocas y sus implicaciones para los desarrollos históricos y el flujo de agua subterránea. Fernpass es una de las conexiones norte-sur más importantes de los Alpes, se ha utilizado sin interrupción desde la Edad del Bronce10 y alguna vez fue una importante vía romana con el nombre de Via Claudia Augusta11,12. Si bien las condiciones geomorfológicas y geológicas generales del deslizamiento de rocas se han descrito en estudios previos13,14, hasta la fecha, ninguna publicación ha abordado las condiciones paleoambientales, hidrológicas o hidrogeológicas en las cabeceras del río Loisach y el desarrollo de canales que drenan el área del deslizamiento de rocas de Fernpass. hacia el este hasta el distrito de Außerfern. Además, no se han realizado allí estudios geofísicos aéreos, como los paleocanales en Australia15, para identificar este tipo de característica geológica. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo cerrar una brecha en la investigación hidrogeológica de las condiciones geológicas y paleoambientales en Außerfern, y una brecha en la investigación de los desarrollos post-hidrológicos en grandes deslizamientos de rocas en general. Este estudio contribuye a la comprensión del desarrollo posglacial del surco de Fernpass y especialmente su historia después del deslizamiento de rocas de Fernpass.

Para la parte bávara del río Loisach o el cercano río Partnach en las montañas de Wetterstein, se dispone de numerosos estudios sobre el Loisach post y preglaciar, sus sedimentos y paleocursos y la hidrología de las montañas de Wetterstein, así como las condiciones de las aguas subterráneas en estas montañas. áreas16,17,18,19,20. También se han estudiado en detalle los efectos de los desprendimientos de rocas del Eibsee en el paleolago Eibsee8,9. Hasta el momento, los únicos estudios que tratan de las condiciones hidrogeológicas en la parte Außerfern del Loisach no están publicados y no contienen ninguna descripción detallada del río ni de su curso anterior21,22,23. Palaeoloisach (en alemán: Paläoloisach) se elige como terminología para distinguirlo de Urloisach, un canal de arroyo glacial o paleorrío más antiguo que existe en Baviera. Este último es un curso fluvial interglacial24, que fue descrito por primera vez por Knauer16 y estudiado con más detalle por Meyer y Schmidt-Kaler25. Como el desprendimiento de rocas de Fernpass ocurrió después del glacial, hace aproximadamente 4100 años26,27,28, la edad del Palaeoloisach tirolés debe ser más joven que la del Urloisach bávaro. Sin embargo, el Palaeoloisach no debe entenderse como un curso potencial del Loisach antes del desprendimiento de rocas de Fernpass. Todavía faltan estudios detallados sobre el curso anterior al deslizamiento de rocas de Loisach, aunque en la literatura se ha discutido repetidamente el drenaje previo al deslizamiento de rocas hacia el sur hacia el valle del Inn29,30,31. Este curso del Loisach debería denominarse “Pre-Loisach”, y el término “paleorío” significa un “río antiguo […] que ocupaba paleovalles fluviales […], o que depositaba antiguas sucesiones fluviales de cuenca […]”32.

In this paper, an area ranging from west of Biberwier, now known as the Loisach springs (Loisachquellen), to the entrance of the Loisach (Austrian river code 2-6-26) into the Ehrwald Basin (also referred to as “Lermoos Moos”; Fig. 1) at local road L391 (Ehrwalder Straße, Schmitte suburb) is covered. In addition to the Loisach River, the area is traversed by the Dorfbach rivulet (village brook, 2-6-26-3a), which flows into the Loisach 400 m north of the Schmitte suburb, both flowing essentially in a SW–NE direction. In the Ehrwald Basin itself, the course of the Loisach has been strongly altered by river regulation since the end of the nineteenth century33,34. Since 2014, the dead stream branches of the Loisach have been part of the “Ehrwalder Basin Nature Reserve”, which was declared a nature reserve in 1991 (s.a.)." href="/articles/s41598-022-25922-8#ref-CR35" id="ref-link-section-d47152512e498">35 y garantiza una protección duradera de su vegetación de pantano36.

Mapas de la zona de estudio con los topónimos mencionados en el texto. Los códigos de tres letras se refieren a estaciones de muestreo/medición; QIT: Quelle im Tal, HAL: Hotel Halali, FWB: Biberwier Fire Department, PFS: Pastor Fink Steig, SOB: Hotel Sonnenbichl, EWR: Electricity Works Reutte (datos de tirisMaps modificados a partir del 21 de enero de 2020: https://maps .tirol .gv.at, sistema de coordenadas: Gauß-Krüger M28–MGI Austria GK West/EPSG 31,254).

Durante la investigación de la situación hidrogeológica en el ramal norte del desprendimiento de rocas de Fernpass, entre los manantiales de Loisach y el pueblo de Biberwier, se identificaron varios valles secos, lo que sugiere que Loisach, en comparación con la actualidad, podría haber tenido un curso diferente después del desprendimiento de rocas de Fernpass. El mapa geológico 1:50.000 (GEOFAST 116—Telfs, edición 2011/04), datos Lidar (datos de escaneo láser aerotransportado: TirisMaps), cartografía geológica a pequeña escala e investigaciones de campo, perforaciones con núcleos, tres pruebas de trazadores a pequeña escala, análisis hidrogeoquímicos ( Para esta investigación se utilizaron iones principales y oligoelementos) y mapas históricos (Tiris Historische Karten Tirol), especialmente la sección onomástica. Además, se utilizaron resultados de la literatura para verificar los hallazgos en el campo. Además, se incluyeron observaciones de los habitantes de Biberwier sobre Loisach y Dorfbach para evaluar las condiciones del lugar. El pH, la temperatura del agua y la conductividad eléctrica se midieron in situ con instrumentos portátiles de WTW. Todas las muestras, que se mantuvieron en neveras portátiles o refrigeradores hasta el momento de la toma de muestras, se filtraron a través de filtros de acetato de celulosa de 0,45 μm y, para los análisis de oligoelementos, se añadió HNO3. Las muestras de agua se analizaron con un espectrómetro Perkin-Elmer AAS-3300 para zinc, sodio, potasio, calcio y magnesio y DIONEX-IC-DX-100 para fluoruro, cloruro, nitrato y sulfato. El flujo se midió con un sistema de medición de dilución de sal Sommer (Sommer GesmbH, Vorarlberg, Austria) en seis ubicaciones (Fig. 1). Los trazadores utilizados para este estudio fueron uranina (fluoresceína sódica) y se detectaron con un fluorímetro de campo GGUN (Pierre Schnegg, Neuchâtel) a intervalos de muestreo de 4 minutos. Para fechar el evento de deslizamiento de Narrenbichl se aplicó un enfoque probabilístico con el método Monte Carlo y Simulación 5.0.5 (José Ricardo Varela, 2020: https://sites.google.com/view/simulacion5). Después de diez mil pasos de simulación con nueve variables de parámetros de entrada y una variable de salida, los resultados se consideraron estadísticamente significativos. Todos los parámetros se simularon dentro del rango de su variabilidad natural y su distribución se modeló con la herramienta integrada de Simulación “Ajustar distribución a los datos”.

Este artículo es una versión sustancialmente ampliada y modificada de un estudio preliminar presentado en alemán en la conferencia Geoforum Umhausen (Tirol/Austria)37.

Además del cambio hidro(geo)lógico y ambiental del Loisach, el río ha sufrido un cambio de nombre. Por tanto, es importante comprender este proceso histórico para evitar confusiones con el nombre y la ubicación del río. Esta sección resume el conocimiento onomástico e intenta identificar las razones de la confusión.

Durante los últimos 450 años, el manantial del río “Loisach” estuvo ubicado en varios lugares, no siempre en la zona de Fernpass, donde se encuentra hoy38,39. Además, el nombre del río cambió a lo largo de los siglos (Tabla 1), lo que ha sido discutido con más detalle por Stolz40 y Reitzenstein39. No se ha transmitido ningún nombre romano para el río. Varios autores ya han descrito la ubicación del manantial, como Weber41: “El origen de esta gran parte del río Bávaro se encuentra en Lähn. Los demás afluentes de todas las montañas que se reúnen en Ehrwald descienden hacia el norte bajo el Ehrwalderschanze, abandonan el país y, tras un recorrido de 8,5 millas principalmente hacia el noreste, desembocan en el Isar, cerca de Wolfratshausen”. De forma casi idéntica escribe Schaubach42: “Desde Lermos seguimos la carretera de correos hacia Lähn, donde nace el Loisach, que ya conocimos al describir Reutte”. Borne43 describe de manera similar: “El Loisach nace en el Tirol entre Reutte y Lermoos en Zwischenthoren, fluye en los Alpes calcáreos sobre Lermoos y Garmisch, entra en Eocänschichten en Eschenlohe, fluye aquí a través del lago Kochelsee, el pantanoso Rohrsee en su continuación noreste y el Haselmoos. que encierra estos lagos y entra en la meseta de Schwäbisch-Bávaro en Rain”. Müller44 escribió 24 años después: “Detrás de la ermita, el camino conduce a través del alto valle de Hinterthorn, rico en escombros, pasando por Heiterwang (991 m) y Bichelbach, hasta Lähn, un lugar a menudo azotado por avalanchas, no lejos del manantial de Loisach, y luego desciende hasta Lermoos (989 m) hacia la cuenca superior del valle de este río, que hoy probablemente esté ricamente cubierto de escombros, pero cuyo páramo indica claramente la antigua cobertura de agua de la cuenca notablemente grande”. Respecto al significado del nombre Loisach, Reitzenstein39 y Greule y Hackl-Rößler45 deducen que se puede considerar el “arroyo agradable”.

Así, el río que hoy atraviesa Lermoos, conocido como Lussbach, alguna vez llevó el nombre de Loisach y nacía al sur de Lähn. Dado que el origen de los cursos de agua suele estar en el punto más alejado de su desembocadura, el nacimiento del Loisach debería estar situado allí. De hecho, la distancia desde donde nace el Lussbach hasta su confluencia con el Loisach es de aproximadamente 7,7 km, pero desde allí hasta las actuales fuentes de Loisach sólo hay 6 km. Por lo tanto, el manantial de Loisach debería estar correctamente situado en el valle de Riege, cerca de Lähn. Sin embargo, según el Libro de Aguas Tirolés oficial (QU70803002), “[la] cuenca del manantial de Loisach […] se encuentra a aprox. 650 m al oeste del depósito de agua del manantial Brünnen y aprox. 800 m al este del lago Mittersee. Nace al pie de una ladera boscosa y pronunciada con inclinación de oeste a este; aprox. 80 m al oeste hay una ruta de senderismo que conduce al lago Mittersee”. Esta ubicación se encuentra en la propiedad 1908/2 municipio 70803 Biberwier municipio catastral 86003 Biberwier (este: 40456,75 norte: 248193,22 meridiano: M28 elevación: 1061,21 msnm, metros sobre el nivel del mar Adriático), GK100009. En el libro de aguas oficial, el Loisach todavía se denomina a veces "Schmittebach" sin que se sepa el motivo (p. ej., libro de aguas T20840289R3).

Posiblemente, los manantiales se mencionan por primera vez en una descripción fronteriza de la diócesis de Freising, fechada aproximadamente entre 1073 y 1078 d.C.46. Según indicaciones topográficas, “los manantiales que se llaman Dripbach” en la descripción latina “… a geizzital vadit usque; ad fontem qui vocatur dripach et a dripach usque; ad larinmos. …”47 muy probablemente se refieren a los manantiales actuales de Loisach (Fig. 2). “Dripach”, basado en el antiguo alto alemán, se puede traducir como “Tres Ríos”48, que es una indicación de las tres áreas de manantiales de Loisach que se mencionan a continuación (Fig. 3). Localizar los “Tres Ríos” cerca del lago Plansee, como sugiere 49, contradeciría el orden en que el escritor medieval enumeró los nombres de los 21 puntos fijos de la frontera.

Parte de la página de Freising Urkundenbuch (Codex commutationum—BayHStA HL Freising 3b, vol. 301), donde se mencionan por primera vez los manantiales de Loisach (“fontem qui vocatur dropach”) (urn:nbn:de:bvb:12-bsb00003038-8) .

Área de Loisach Springs SW de Biberwier. Izquierda: manantial de Loisach ss (área de origen 1); derecha: área de origen 2, que se puede ver en el lado derecho de la imagen izquierda (tomada el 25 de diciembre de 2019).

Aún no se han podido determinar por qué los “Loisachquellen” (manantiales de Loisach) se encuentran hoy al suroeste de Biberwier y cuándo se generalizó el nombre. Stolz40 menciona que los primeros cartógrafos asumieron que las fuentes del río eran lagos, y como Loisach una vez emergió en un lago en Ehrwald/Lermooser Moos antes de su drenaje en el siglo XIX40,50, esto puede considerarse la razón por la cual el curso de Loisach aguas arriba del El antiguo lago no está claro. Curiosamente, los nombres de los lagos Fernpass no han cambiado sustancialmente desde el siglo XVI. En 153640 figuran como Plinndt See, Mittersee y Weyssen See (hoy: Blindsee, Mittersee, Weißensee).

Un manantial de Loisach en sentido estricto no se puede localizar; Más bien se trata de una fuente semicircular con numerosos manantiales situada al suroeste de Biberwier. Desde la toma de agua potable del municipio de Biberwier hasta la estación de sellos “Loisachquelle”, se compone de un gran número de manantiales, pequeños y grandes, con una longitud de 300 a 400 m (fig. 3). Estos se pueden agrupar en tres zonas de origen, incluido un conjunto de manantiales al norte del suministro de agua potable de Biberwier.

Comenzando desde el área de origen a 1061 msnm, Loisach inicialmente corre 530 m en dirección noreste sobre los escombros del desprendimiento de rocas de Fernpass y labra hasta encontrar la pronunciada caída de Weißwand (dolomita Hauptdolomit, Fig. 4), donde se dobla y sigue esa formación rocosa durante 350 m en dirección este (Fig. 5). Poco antes del campo deportivo Biberwier (nombre local Falte Moos; antes de la construcción del túnel era un pantano), cambia su curso hacia el sureste durante 400 m, y después de pasar entre dos colinas de Toma y bajo la carretera Fernpass (B179), cambia de rumbo. rumbo noreste por 170 m. Los cerros Toma (o Tomas) son cerros con forma de cono propios de algunos depósitos de desprendimientos de rocas, considerados como resultado de la erosión interna51. Desde 1982, los alrededores de Falte Moos se componen principalmente de material excavado en el túnel de Lermooser52, lo que hace sospechar que el Loisach se había desviado durante las obras. Sin embargo, este no es el caso, como lo demuestran los mapas históricos. Más bien, antes de la construcción de la nueva circunvalación de Fernpass, el curso del Loisach era aproximadamente el mismo que el actual (figs. 5 y 6). Abele53 mapea en este lugar una “zona de sedimentación”, así como un “flujo de escombros o cono aluvial”, y en el mapa catastral de 1856, un río baja de Weißwand, que luego desemboca en Loisach, cerca del actual paso subterráneo de la carretera Fernpass.

Panorama geológico, geomorfológico e hidrológico del área noroeste de Fernpass. Flechas azul oscuro: flujo de agua subterránea según Schuch 198123, flechas azul claro: flujo de agua subterránea identificado por este estudio, flechas verdes: flujo de agua subterránea basado en pruebas de trazadores de uranina (fuentes: datos de tirisMaps Lidar: https://maps.tirol.gv .at; Abele 196453; Schuch 198123; Mapa geológico GEOFAST 116—Telfs, edición 2011/04: © 2011 Geologische Bundesanstalt Wien; investigaciones propias).

Río Loisach y riachuelo Dorfbach al suroeste de Biberwier y curso postulado del Palaeoloisach con variantes 1 y 2. El borde del terreno que indica el desvío del Narrenbichl está marcado (datos de tirisMaps Lidar modificados: https://maps.tirol.gv .at; software utilizado: PanaVue ImageAssembler 3.6 para unir las imágenes y CorelDraw 21.3 para texto y símbolos).

Fotografía aérea británica de Biberwier de agosto de 1953 con un “campo de fútbol”. Las condiciones de iluminación muestran claramente el curso del Loisach. En la imagen se puede ver la zona de humedecimiento y el canal que baja desde Weißwände. Nombres de las funciones en la Fig. 4 (fuente: NCAP_JARIC_ASM_0070_AMS_13343: NCAP/ncap.org.uk; software utilizado: CorelDraw 21.3).

Luego, el Loisach fluye hacia el sureste alrededor de Toma Narrenbichl (hoy comúnmente conocido como Sonnbichl) a lo largo de 260 my luego gira hacia el sureste durante 170 m hacia L391 (1019 msnm). Durante estos 1.880 m desde la cabecera hasta la L391, el Loisach tenía una pendiente del 22,3 ‰.

Desde allí, el Loisach fluye a lo largo de 190 m sobre un escalón del terreno (indicado en las figuras 4 y 5), lo que implica un desnivel de 15 m (1005 msnm), lo que corresponde a una pendiente de 78,9 ‰. Esta elevación de 1005 msnm corresponde a la elevación del manantial Dorfbach en la propiedad 157/9 (QIT en la figura 1), al sur de la propiedad Im Tal 15. En este lugar se puede ver claramente la erosión retrógrada del Loisach, que, sin embargo, Fue detenido por la construcción de la carretera Fernpass.

Desde este punto, el Loisach discurre 780 m en dirección norte, pasando por varias colinas de Toma en su lado este. Los flancos en los conos aluviales y de flujo de lodo indican que con el tiempo, el río ha movido su lecho aproximadamente 70 m hacia el oeste. Entre el camping y la finca Mühlsteig 8 se encuentran al sur de los estanques pistas con pendientes pronunciadas y un pequeño valle parcialmente seco, del que emergen numerosos manantiales más pequeños que abastecen a varios estanques.

In the Rauth area, the Loisach meets a transverse Toma, named the Scheibenbühl (Fig. 7) according to Blatt 19 of the 2nd Josephinisch-Franziszeische surveying (2020)." href="/articles/s41598-022-25922-8#ref-CR54" id="ref-link-section-d47152512e1575"> 54, y cambia su rumbo 600 m hacia el este, antes de entrar en Ehrwalder Moos en dirección norte a 967 msnm. Hasta allí, el Loisach recorrió un recorrido de 1.780 m y un desnivel de 38 m desde el final del escalón del terreno hasta la carretera de conexión a Ehrwald, lo que corresponde a una pendiente del 21,3 ‰ y es aproximadamente idéntica a la pendiente encima del escalón del terreno.

Biberwier, distrito de Rauth, mirando hacia el sur (febrero de 2014). A la derecha, el valle del riachuelo Dorfbach y a la izquierda, en el puente, el recodo del río Loisach. El valle entre el lugar de la foto y la colina Toma de enfrente está lleno de arenas y gravas fluviales y es drenado por una acequia hacia el río Loisach. Una vez albergó el Palaeoloisach.

Dorfbach, que corre al oeste de Loisach, tiene un recorrido más sencillo. Sus tres manantiales (QIT: “Brunnenquelle im Tal”: QU70803501; Fig. 8) se encuentran en la desembocadura de un valle seco al sur de la finca Im Tal 15 a una altitud de 1005 msnm (Fig. 9) en la vertiente norte de Narrenbichl en la base de una ladera rocosa con el nombre local de campo Alt Ristele (piedra caliza de Plattenkalk). Desde allí, Dorfbach discurre 1377 m en dirección noreste hasta llegar a la llanura de Ehrwalder Moos a 968 msnm. Esto da como resultado una pendiente de 26,9 ‰.

Manantiales del Dorfbach. Históricamente, el agua se utilizaba como suministro de agua potable para Biberwier. La estructura de hormigón captura el centro de los tres manantiales, los otros dos vienen desde la izquierda y la derecha de la estructura (imagen tomada el 6 de septiembre de 2007).

Vistas del valle marginal seco desde el este (izquierda) y el oeste (derecha). En la imagen de la izquierda se puede ver el manantial de Dorfbach en la esquina inferior derecha (imágenes 27/12/2015).

Hidroquímicamente, el agua de los tres manantiales se diferencia claramente del agua del Loisach; Sólo aguas abajo del hotel Halali (entre HAL y FBW en la Tabla 2 y la Fig. 1) se encuentran los resultados de una prueba de trazador de aguas subterráneas (flechas verdes en la Fig. 4) y los cálculos hidroquímicos muestran una influencia del agua de Loisach, que parece fluir bajo tierra. desde el agujero de golondrina Dreadlloch (idioma local; agujero giratorio) hacia Dorfbach. Estos datos hidroquímicos muestran que, aunque ambos ríos no son idénticos, provienen de una fuente estratigráfica común, como lo demuestran las concentraciones de Ca, Mg e hidrogenocarbonato. Además, los datos sobre el caudal dan una idea de los diferentes tamaños de los dos ríos: el Loisach tiene un caudal medio cinco veces mayor que el Dorfbach.

El lecho del Loisach se encuentra casi en su totalidad en los depósitos sueltos del desprendimiento de rocas de Fernpass, en abanicos torrenciales o en abanicos fluviales (gradiente de 21-22 ‰). Justo entre Narrenbichl y la central eléctrica, el río ha cortado las rocas más duras del desprendimiento de rocas Fernpass (pendiente del 79 ‰). En total, la pendiente desde la zona del manantial hasta la carretera Biberwier-Ehrwald es del 24 ‰. Por otro lado, Dorfbach fluye casi exclusivamente en un pequeño valle entre los depósitos del desprendimiento de rocas de Fernpass y las dolomitas de Karnian a Norian Hauptdolomit y la piedra caliza de Plattenkalk. Su pendiente del 27 ‰ se encuentra en el mismo rango que la pendiente total de Loisach.

Tres características se destacan en el curso del río Loisach (indicadas con números pequeños en las Figs. 1 y 5): (1) el río se curva abruptamente hacia el sureste al llegar a un antiguo abanico torrencial en Falte Moos, (2) algunos Cien metros siguiendo el imaginario curso posterior del Loisach, un valle seco se alinea con el curso de Loisach antes de su abrupta curva y (3) después de unos 500 m más, el Dorfbach sigue la dirección del valle seco. Al igual que el paso del terreno en la L391, el valle seco desciende de 1020 a 1005 msnm en menos de cien metros (Fig. 9). En la entrada del valle seco, Schuch23 perforó una secuencia arenosa-lima de 18 m de espesor con su base a 1002 msnm (perforación 1/80, Figs. 5 y 10). Al momento de su perforación, el nivel freático era de 1017 msnm. Otras perforaciones exploratorias realizadas por el autor encontraron arena y limo similares en el valle seco y un nivel de agua subterránea que caía de 1008 a 1006 msnm hacia el norte, y finalmente emergió en el manantial Dorfbach a 1005 msnm (RKB 1-4 en las Figs. 5, 8 y 10).

Resultados de las perforaciones entre Falte Moos y Dorfbach Spring (perforación 1/80 y RBK 1–4/08). Ubicación de B 1/80 en la Fig. 1. Símbolos según DIN 4023.

Los lugareños creen que el manantial de Dorfbach es alimentado por el río Loisach a través de una conexión de agua subterránea desde un agujero de drenaje (ponor, localmente llamado Dreadlloch: figuras 1 y 11) en la carretera de Sonnbichl. Sin embargo, a pesar de tres pruebas con trazadores con uranina (fluoresceína sódica) en 2008, varias mediciones de flujo (tabla 2) y una comparación hidrogeoquímica de las aguas, no se pudo demostrar una conexión entre este agujero de drenaje y el manantial. Tampoco hay indicación de los flujos a través de este orificio de drenaje hacia el manantial de Dorfbach (QIT) al comparar la descarga antes (PFS) y después (SOB) del orificio de drenaje con la descarga del manantial de Dorfbach. No hubo diferencias sustanciales en el caudal del manantial de Dorfbach en comparación con la diferencia en el caudal de Loisach. Si el flujo a través del Dreadlloch influyera en el manantial de Dorfbach, se esperaría una influencia mucho mayor del flujo. Sin embargo, concentraciones ligeramente elevadas de Na+- y Cl− sugieren que el manantial de Dorfbach se alimenta de agua subterránea del valle seco, donde se encuentra un silo de sal en la carretera Fernpass. Esto también lo han demostrado las investigaciones hidrogeológicas en Fernpass Road23.

Reconstrucción de las condiciones paleoambientales de Palaeoloisach y Loisach en una imagen aérea estadounidense de marzo de 1945 (imagen 60-1060 del 13 de marzo de 1945). Están indicados los bordes del terreno que indican el desvío de Narrenbichl y Dreadlloch (fuente: Luftbilddatenbank Dr. Carls GmbH/HES).

Otro recodo del río Loisach se encuentra en el distrito de Rauth, donde el río gira bruscamente desde el norte hacia el este (fig. 7). Entre este punto y Dorfbach, al pie del Neuwirtswände (caliza de Plattenkalk), se extiende un valle relativamente ancho, que hoy en día es drenado por una acequia y del que, según los lugareños, se produjo mucha agua durante la construcción. De hecho, durante los trabajos de perforación (pequeños sondeos con una profundidad máxima de 5 m, p. ej. RKB S y RKB D en la figura 5) ya se pudo demostrar un fuerte flujo de agua en la zona de Rauth a una profundidad de 60 cm. A profundidades de hasta 4 m se pueden encontrar depósitos redondeados y angulares de grava y arena, que pueden interpretarse como depósitos fluviales y posiblemente como labranza basal en los pozos más profundos, evidenciados por sedimentos orgánicos de color gris oscuro, difíciles de perforar. . No se puede saber si se trata de sedimentos en parte fluviales desplazados por el desprendimiento de rocas de Fernpass sin una perforación más profunda.

Siete sondeos (fig. 5), resultados de mapas geológicos, imágenes Lidar, fotografías aéreas antes de la construcción del túnel de Lermoos y mapas históricos permiten reconstruir la historia de Palaeoloisach y, en particular, el valle enterrado entre la primera curva pronunciada y el manantial de Dorfbach. Los primeros mapas datan del siglo XVI, y la primera fotografía aérea conocida es de 1942, mientras que las primeras imágenes Lidar datan de 2006 a 2010 y fueron actualizadas de 2012 a 2013.

Los datos del pozo revelan que Falte Moos está lleno de aproximadamente 18 m de una secuencia arenosa limo-arcillosa interpretada como escombros de pendiente sobre labranza basal, lo que indica cambios paleoambientales en las condiciones de depósito. Las capas de limo y arena podrían ser depósitos glaciofluviales, depósitos de flujo de escombros y escombros del deslizamiento de rocas de Fernpass. Sin embargo, Abele53 la trazó como una “zona de sedimentación”, así como un “flujo de escombros o cono aluvial”, y el mapa geológico a escala 1:50.000 indicaba depósitos de deslizamientos de rocas. Utilizando el mapeo detallado de Abele junto con los datos del pozo e investigaciones de campo adicionales, resulta obvio que Falte Moos es un valle marginal lleno de flujo de escombros arenosos a limosos, sedimentos aluviales y lacustres que se han convertido en una zona pantanosa que se desecó en un dirección hacia Loisach antes de que fuera modificada por las obras de construcción del túnel de Lermoos. En el valle seco, los datos de perforación muestran franco arenoso a limoso, interpretados como depósitos fluviales hasta una profundidad de aproximadamente 1002 msnm. Esta profundidad corresponde a la base de la roca sólida encontrada en el pozo 1/80.

Antes de llenar este valle marginal con sedimentos (Fig. 12a), el valle debió estar bloqueado, siendo la ubicación más probable el estrecho entre la colina Narrenbichl y Neuwirtswände (Alt Ristele). Como se ve en las imágenes Lidar, algunas fotografías aéreas y estudios de campo, Narrenbichl tiene un seno en su lado norte, que bloquea el valle marginal, donde emerge Dorfbach (Fig. 5). Además, la colina Narrenbichl muestra una pequeña depresión, lo que indica que el seno resulta de un deslizamiento del lado norte de la colina hacia el valle marginal. Esto bloqueó el arroyo Palaeoloisach y, en consecuencia, resultó en un lago del valle bloqueado (Fig. 12b) y el llenado del valle marginal con depósitos de lagos y arroyos, lo que eventualmente resultó en Falte Moos. Debido al llenado, el Loisach quedó obstruido y tuvo que encontrar un nuevo curso, primero en el extremo occidental de Falte Moos y más tarde, a medida que el lago se llenaba, más al oeste, en su ubicación actual (Fig. 12c).

Reconstrucción de los cambios paleoambientales en el alcance de Palaeoloisach y Loisach. Con flechas dobles o triples se indican los escalones del terreno en Palaeoloisach y Loisach descritos en el texto. Trazado de las vías modernas y romanas según Walde y Grabherr11.

More y Wolkersdorfer51 han estudiado los detalles sobre la formación de canales en los depósitos de deslizamientos de rocas de Fernpass en un modelo físico analógico. Este estudio se originó a partir de observaciones de campo durante el mapeo hidrogeológico en el área de Fernpass, donde se podía escuchar el "gorgoteo" del agua en algunas de las depresiones entre las colinas de Toma. Por lo tanto, se desarrolló un modelo conceptual estableciendo que la erosión interna por aguas subterráneas provocó el transporte de material más fino entre los cerros Toma y los posteriores hundimientos en estas áreas formaron los canales entre los cerros Toma. En cinco experimentos de laboratorio físico, se verificó este modelo conceptual y se pudo demostrar que la causa de los canales en los depósitos de deslizamiento de rocas de Fernpass es causada por la erosión interna como resultado del agua subterránea que fluye predominantemente en las zonas más débiles entre las colinas de Toma.

Es posible datar el curso del Paleoloisach utilizando la tasa de recesión del paso del terreno, incluidas simulaciones probabilísticas como se describe a continuación. Además, el uso de estudios publicados y determinaciones de edad permite enmarcar por edad los eventos descritos en este artículo y verificar los resultados del método probabilístico. La datación precisa requeriría perforaciones más profundas y más profundas con datación de paleosuelos. Por ejemplo, el pozo perforado de 5 m de profundidad (RKB D en la Fig. 5) en Dreadlloch mostró un suelo de paleosuelo enraizado a esta profundidad posiblemente cubierto por un labranza basal. Sin más investigaciones no se puede saber si procedía de Weißwände o de Schachtkopf. Para aclarar esto, serían necesarias perforaciones en la zona de Falte Moos y en la zona de Rauth. Sarnthein55 menciona que los depósitos más antiguos en los sedimentos del lago Weißensee se remontan aproximadamente al año 2000 a. C., en la Edad del Bronce más antigua. Concluye que este pudo haber sido el momento en que se formaron los primeros sedimentos impermeables dentro de las vaguadas y, en consecuencia, de los valles marginales. Abele56 informa una fecha de 305 ± 60 a. C. para un abeto dentro de un depósito posterior a un deslizamiento de rocas a 5 km al SO de Biberwier. Según los datos palinológicos10, los musgos sphagnum comenzaron a aparecer alrededor del año 1000 a. C., lo que indica la existencia de zonas pantanosas. La siguiente fecha que existe es la construcción de la Vía Romana Claudia Augusta en el año 46 d.C. Como se sabe que los ingenieros romanos evitaban las zonas húmedas, se puede concluir que en aquella época existía el Falte Moos o el lago Falte Moos. Finalmente, el Paleoloisach debe ser más antiguo que los mapas topográficos más antiguos conocidos, ya que todos muestran un Loisach con una curva hacia el sureste. Utilizando la datación anterior en el área de Fernpass, la formación del Palaeoloisach comenzó poco después del deslizamiento de rocas, alrededor del año 2000 a. C., y el deslizamiento de Narrenbichl que inició la formación del valle seco ocurrió entre el Subboreal tardío y el Subatlántico temprano temprano, entre 1000 y 300 a. C. ( Tabla 3).

Se han utilizado tasas de recesión de cascadas o acantilados para fechar paleoterremotos58 o la evolución del paisaje59,60. Estas tasas de recesión varían dentro de un amplio rango desde menos de un milímetro hasta varios metros anualmente, dependiendo de diversos parámetros como el tipo de cascada, la geología del lecho rocoso, la intensidad de las precipitaciones, las condiciones climáticas, el área de drenaje o la concavidad del canal del lecho rocoso58,61,62,63. 64,65. Por lo tanto, un único valor de la tasa de recesión que ignore esta variabilidad puede dar lugar a extrapolaciones erróneas66. En general, las regiones áridas, como Turquía, muestran tasas de recesión más bajas en comparación con áreas húmedas como Italia61, y las cascadas en rocas o sedimentos más blandos tienen tasas de recesión más altas que las rocas cristalinas64. Hayakawa y Matsukura67 desarrollaron una ecuación empírica que permite calcular la tasa de recesión en función de los parámetros antes mencionados:

donde rr es la tasa de recesión, Q el caudal del río, s el gradiente dentro del punto de quiebre, W el ancho del río, H la altura del paso, ρ la densidad del agua, qu la resistencia compresible ilimitada y k y n son factores determinados por Hayakawa y Matsukura67 mediante regresión de varios datos en cascada. Para calcular el evento de deslizamiento de Narrenbichl, se aplicó la tasa de erosión retrógrada del escalón del terreno utilizando las tasas de recesión calculadas con la ecuación. 1. Esto sigue la hipótesis de que la inclinación del paso se produjo una vez que el Palaeoloisach cambió su curso y reemplazó al Pfarrer-Fink-Bach sustancialmente más pequeño (75 L min-1 en 2007). Para calcular el tiempo Te desde que ocurrió el deslizamiento de Narrenbichl, la longitud del paso del terreno L debe dividirse por la tasa de recesión rr:

Debido a que todas las variables en estas ecuaciones están sujetas a variabilidad, se aplicó un método de distribución probabilística usando simulación Monte Carlo con Simulación 5.0.5 (José Ricardo Varela), donde Te—2022 proporcionó el año del evento en BCE. Lee et al.60 también utilizaron este enfoque para la datación probabilística de la recesión del acantilado, y explica los problemas utilizando un único valor de recesión. Además de los siete parámetros del río Loisach, las dos constantes derivadas de Hayakawa y Matsukura67 fueron simuladas dentro de los rangos de error de su línea de regresión, sumando nueve variables de ajuste. Todos los modelos de distribución (Tab. 3) se basan en mediciones en el área de estudio. Para tener en cuenta la alta variabilidad de los parámetros, se necesitaron 10.000 ejecuciones de simulación para obtener resultados estadísticamente significativos.

Basado en esta simulación (Fig. 13), el deslizamiento de Narrenbichl ocurrió en el borde del Subatlántico Antiguo y Subboreal en 664 ± 116 a. C. (posterior Edad del Bronce). Esto encaja con la fecha basada en evidencia, que indica que el deslizamiento ocurrió en el Subboreal al Subatlántico Antiguo temprano entre 1000 y 300 a.C.

Distribución probabilística de fechas del deslizamiento de Narrenbichl y dataciones conocidas en el área de Fernpass (líneas grises). Las fechas que no son posibles debido al desarrollo del valle se muestran en colores más claros y en el fondo sombreado. La fecha más probable (664 ± 116 a. C.) del deslizamiento de Narrenbichl se indica en color más oscuro.

A partir de las características morfológicas, geológicas e hidrogeológicas del terreno, se puede deducir que las cambiantes condiciones paleoambientales afectaron el curso del actual Loisach. Poco después del desprendimiento de rocas de Fernpass 4100 ± 900 BP28 (≈ 2100 ± 900 a. C.; “grupo Fernpass” sensu Prager et al.27), y el desarrollo de valles marginales51, el Loisach fluyó hacia el norte en el valle marginal orográficamente derecho (occidental) entre los masas de desprendimientos de rocas, las colinas de Toma y la principal dolomita y piedra caliza (“Palaeoloisach”). Esto lo indica un valle seco entre Narrenbichl y Neuwirtswände (Alt Ristele), que parece demasiado grande para haber sido tallado por el caudal relativamente pequeño del Dorfbach, incluso si se supone un caudal mayor en el pasado (Fig. 11, figura 12). El desnivel del terreno en la estación inferior del teleférico de Marienberg y la erosión retrógrada de los depósitos de piedra caliza/dolomía y de lodo parecen ser relativamente recientes, lo que indica un curso relativamente más joven del Loisach y que debió existir un curso "más antiguo". Durante las variaciones climáticas del Holoceno, períodos de lluvias más intensas, como lo discutieron Knapp et al.9, Huggel et al.1 o Prager et al.27, los flujos de escombros a gran escala causaron cambios paleoambientales posteriores al deslizamiento de rocas en el área de Fernpass. Esto provocó además un deslizamiento del Narrenbichl, que bloqueó el valle y un flujo adicional de escombros de Weiß- y Neuwirtswände. Posteriormente, los escombros de "Loisach" llenaron el valle marginal y forzaron al Palaeoloisach a tomar un nuevo cauce hacia el este, que esencialmente sigue el curso actual. Parte del agua que se origina en Weiß- y Neuwirtswände fluye ahora como agua subterránea dentro de estos valles marginales hacia el manantial de Dorfbach. La conexión entre los manantiales y el agujero de golondrina de Loisach (Dreadlloch) no pudo demostrarse mediante pruebas de trazadores ni hidroquímicamente; más bien, el aumento de las concentraciones de Na+- y Cl− en el manantial de Dorfbach indica una influencia de la sal de la carretera procedente del depósito de sal en la entrada del túnel de Lermoos. Sólo aguas abajo del hotel Halali parece que el agua de Loisach se infiltra en Dorfbach como agua subterránea, como lo demuestran los resultados de las pruebas con trazadores y la hidroquímica del agua de Dorfbach. Un banco socavado inactivo en la colina Toma más al norte en Biberwier sugiere que la ruta de flujo del Palaeoloisach, conocida como variante 1, es más probable que la ruta de flujo de la variante 2 (Fig. 5), sin embargo, el uso agrícola de siglos de duración del El valle desdibujó muchos rastros adicionales del Palaeoloisach. En la variante 1, el Palaeoloisach fluía desde el valle marginal orográficamente derecho a través de dos colinas Toma hasta el valle marginal orográficamente izquierdo. En la variante 2, el Palaeoloisach habría seguido el curso del actual Dorfbach. Sin embargo, dado que hay un corte relativamente pequeño en los sedimentos, esto sería una prueba más de la variante 1 para el curso del Paleoloisach. El curso actual del Loisach que comienza en Falte Moos podría corresponder a un curso más antiguo del Pfarrer-Fink-Bach, que nace en la zona de Untere Kohlstattboden.

Conocer el recorrido de un Paleoloisach también podría explicar el recorrido de la vía romana Claudia Augusta en la zona de Biberwier (Fig. 12). Via Claudia Augusta se queda en medio del surco12, p. 128, mientras que la carretera de hoy está más al noroeste. Si el Paleoloisach alguna vez ocupó esa área, podría ser una explicación de por qué los ingenieros romanos evitaron esa parte del surco. Sin duda, esta investigación es una contribución a la comprensión de los desarrollos postdeslizamientos cuaternarios que ocurren en esta zona poblada y podría ayudar a interpretar hallazgos arqueológicos en el futuro.

En general, se puede deducir que el desarrollo posterior al deslizamiento de rocas cambia sustancialmente la morfología y la situación hidrogeológica del área del deslizamiento de rocas y que los cambios en los cursos de los ríos podrían sobreimprimir características importantes para comprender la historia misma del deslizamiento de rocas. Esto puede incluso dar lugar a interpretaciones parcialmente engañosas de la propia evolución del desprendimiento de rocas, ya que la historia posterior al desprendimiento de rocas se vuelve más prominente que el propio desprendimiento de rocas.

Si lo solicita, todos los datos relevantes se pueden obtener del autor. Los datos cartográficos históricos y los datos de pozos están disponibles en los sitios web del gobierno tirolés.

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El autor agradece a la Fundación Nacional de Investigación (NRF) de Sudáfrica bajo la Cátedra SARChI para la Gestión del Agua de Minas (subvención № 86948) por financiar la estancia en Tirol. También agradezco a la LMU Munich, que permitió dos veranos de ejercicios de campo para estudiantes durante los cuales se llevaron a cabo los estudios aquí presentados. Gracias también a las autoridades regionales del distrito de Reutte (Außerfern), que concedieron los permisos para el estudio de campo, y a todos los habitantes de la cuenca, que me apoyaron en mi trabajo y me permitieron trabajar en sus terrenos privados en cualquier momento. Armin Hanneberg y Wolf-Armin v. Reitzenstein proporcionaron literatura que no se podía encontrar en las bibliotecas sudafricanas. También agradezco a Karoline, Franziska y Jochen por su ayuda en parte del trabajo de campo y a Elke v. Hünefeld-Mugova, Michael Strasser, Petra Schneider y Mlindelwa Lupankwa por sus comentarios sobre versiones anteriores de este documento. Los comentarios de dos revisores anónimos ayudaron a mejorar este artículo.

La Fundación Nacional de Investigación (NRF) de Sudáfrica bajo la Cátedra SARChI para la Gestión del Agua de Minas (Subvención № 86948) proporcionó una beca de viaje.

Cátedra SARChI para la Gestión del Agua de Minas, Departamento de Ciencias Ambientales, del Agua y de la Tierra, Universidad Tecnológica de Tshwane, Private Bag X680, Pretoria, 0001, Sudáfrica

Christian Wolkersdorfer

Weidach 16, 6632, Ehrwald, Austria

Christian Wolkersdorfer

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CW es el único autor de este artículo de investigación.

Correspondencia a Christian Wolkersdorfer.

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Wolkersdorfer, C. Cambios paleoambientales en los sistemas de canales fluviales en depósitos de deslizamientos de rocas alpinos, ejemplificados por el deslizamiento de rocas de Fernpass en el distrito tirolés de Außerfern, Austria. Informe científico 12, 22215 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-25922-8

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Recibido: 06 de diciembre de 2021

Aceptado: 07 de diciembre de 2022

Publicado: 23 de diciembre de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-25922-8

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