Geomorphological evolution of the Aburrá Valley, northern Colombian Andes, and implications for landslide occurrence

Abstract

The ancient and recent history of the Aburrá Valley has been characterized by occurrence of numerous landslides. Those have has caused great economic losses and casualties, especially in Medellín, the second largest city of Colombia. In this study, a survey was carried out in the northern Colombian Andes to examine the link between landscape evolution and landslide occurrence. The objective of this investigation was to unravel the dynamic and mechanism of the valley slopes for understanding contemporary landslide occurrence. Topographic analyses, geomorphological mapping, chemical weathering analysis (XRF, XRD), slope deposit geochronology (14C, fission track), terrace correlation, and stream longitudinal profiles were carried out. The inner morphology of the Aburrá Valley is formed by alluvial plains bounded by gently and moderately dipping surfaces forming step-like slopes. These gently surfaces are composed of slopes deposits, classified as composite slide – debris flows. Pleistocene ages were obtained for the slope deposition (40 ka – 0.22 Ma). These materials display an intense weathering history, characterized by increasing development of clay minerals and sesquioxides. The concentrations of CaO, Na2O, and K2O are markedly lower than in fresh source rocks whereas Al2O3, Fe2O3 and MgO concentrations increase significantly. Kaolinite and halloysite are the dominant secondary minerals in the most weathered material. The Iguana Stream is a broad knickzone composed of many separate knickpoints which a common downstream origin, the Medellín River. Terrace surfaces diverge in the downstream direction and project directly to knickpoints that are propagating upstream. Long-term evolution of the Iguana Stream is controlled by the mechanism of knickpoint upstream migration. Evolution of the Aburrá Valley during the last millions years has been determined based on this mechanism and the geomorphological classification of the Aburrá Valley slopes, it is proposed the. Tectonic episodes have lowered the base level of the Medellín river, forming knickpoints. These knickpoints migrate upstream through the Medellín River tributaries as pulses of dissection, eating back into the higher and older sections. Stream incision initiates upward slope overstepping, changing morphogenetic regime from general slope stability to potential instability. Finally, mass movements are generated to reestablish gentler surfaces, forming a new staircase level in a lower position.

La antigua y reciente historia del Valle de Aburrá se ha caracterizado por la ocurrencia de numerosos deslizamientos de tierra. Estos han causado grandes pérdidas económicas y víctimas, especialmente en Medellín, la segunda ciudad más grande de Colombia. En este estudio, se llevó a cabo una encuesta en los Andes del norte de Colombia para examinar la relación entre la evolución del paisaje y la ocurrencia de deslizamientos. El objetivo de esta investigación fue desentrañar la dinámica y el mecanismo de las laderas del valle para comprender la ocurrencia contemporánea de deslizamientos. Se realizaron análisis topográficos, mapeo geomorfológico, análisis de meteorización química (XRF, XRD), geocronología de depósitos de la ladera (14C, trayectoria de fisión), correlación de terrazas y perfiles longitudinales de arroyos. La morfología interna del Valle de Aburrá está formada por llanuras aluviales delimitadas por superficies suaves y moderadamente inclinadas, formando pendientes escalonadas. Estas superficies suaves están compuestas por depósitos de ladera, clasificados como deslizamientos compuestos - flujos de escombros. Se obtuvieron edades del Pleistoceno para la deposición de las laderas (40 ka - 0.22 Ma). Estos materiales muestran una historia intensa de erosión, caracterizada por el desarrollo creciente de minerales de arcilla y sesquióxidos. Las concentraciones de CaO, Na2O y K2O son notablemente menores que en las fuentes de rocas frescas, mientras que las concentraciones de Al2O3, Fe2O3 y MgO aumentan significativamente. Caolinita y Halloysita son los minerales secundarios dominantes en el material más erosionado. La quebrada Iguaná es una amplia zona de rupturas compuesta por muchos puntos de ruptura separados que tienen un origen común aguas abajo, el Río Medellín. Las superficies de las terrazas divergen en la dirección aguas abajo y se proyectan directamente hacia los puntos de rupturaque se propagan aguas arriba. La evolución a largo plazo de la quebrada Iguaná está controlada por el mecanismo de migración aguas arriba de los puntos de ruptura. La evolución del Valle de Aburrá durante los últimos millones de años se ha determinado con base en este mecanismo y a la clasificación geomorfológica de las pendientes del Valle de Aburrá, se propone que los episodios tectónicos han reducido el nivel base del río Medellín, formando puntos de ruptura. Estos puntos de ruptura migran aguas arriba a través de los afluentes del río Medellín como pulsos de disección, devorando las secciones más altas y antiguas. La incisión de la corriente inicia el sobrepaso de la pendiente ascendente, cambiando el régimen morfogenético de la estabilidad general de la pendiente a una posible inestabilidad. Finalmente, se generan movimientos de masa para restablecer superficies más suaves, formando una nuevo nivel de escalera en una posición más baja. (Texto tomado de la fuente)