Causes of sinks near Tucson, Arizona, USA

Abstract

 Land subsidence in the form of sinks has occurred on and near farmlands near Tucson, Pima County, Arizona, USA. The sinks occur in alluvial deposits along the flood plain of the Santa Cruz River, and have made farmlands dangerous and unsuitable for farming. More than 1700 sinks are confined to the flood plain of the Santa Cruz River and are grouped along two north-northwestward-trending bands that are approximately parallel to the river and other flood-plain drainages. An estimated 17,000 m³ of sediment have been removed in the formation of the sinks. Thirteen trenches were dug to depths of 4–6 m to characterize near-surface sediments in sink and nonsink areas. Sediments below about 2 m included a large percentage of dispersive clays in sink areas. Sediments in nonsink areas contain a large component of medium- to coarse-grained, moderately to well sorted sand that probably fills a paleochannel. Electromagnetic surveys support the association of silts and clays in sink areas that are highly electrically conductive relative to sand in nonsink areas. Sinks probably are caused by the near-surface process of subsurface erosion of dispersive sediments along pre-existing cracks in predominantly silt and clay sediments. The pre-existing cracks probably result from desiccation or tension that developed during periods of water-table decline and channel incision during the past 100 years or in earlier periods.

Résumé

Des effondrements en forme d'entonnoir se sont produits sur et près d'exploitations agricoles de Pima (Arizona). Ces entonnoirs apparaissent dans les alluvions le long de la plaine d'inondation de la rivière Santa Cruz ; ils ont rendu ces terrains dangereux et inexploitables pour l'agriculture. Plus de 1700 entonnoirs existent dans la plaine d'inondation de la rivière Santa Cruz et sont groupés en deux bandes orientées nord-nord-ouest, approximativement parallèles à la rivière et aux autres chenaux de la plaine d'inondation. Un volume de sédiments estiméà 17,000 m³ a été entraîné lors de la formation de ces entonnoirs. Treize tranchées ont été creusées à des profondeurs de 4 à 6 m afin de caractériser les sédiments proches de la surface dans les zones avec et sans entonnoirs. Les sédiments situés à 2 m environ sous la surface contiennent un fort pourcentage d'argile dispersée, dans les zones à entonnoirs. Dans les zones sans entonnoirs, la granulométrie des sédiments est constituée en fortes proportions de sables moyens à grossiers, moyennement à bien lités, qui remplissent probablement un ancien chenal. Des levés électromagnétiques montrent que l'association de silts et d'argiles dans les zones à entonnoirs possède une forte conductivitéélectrique, par comparaison avec les sables des zones sans entonnoirs. Les entonnoirs sont dus probablement à des processus, proches de la surface, d'érosion souterraine des sédiments constitués surtout de silts et d'argiles. Les fractures préexistantes résultent sans doute de la dessiccation ou de la tension se produisant lors des périodes d'abaissement de la nappe, liéà l'enfoncement du lit de la rivière au cours des cent dernières années ou même avant.¹

Resumen

Se ha detectado la formación de dolinas como resultado de la subsidencia que ha tenido lugar en las zonas agrícolas Condado de Pima, Arizona, EEUU. Estos colapsos han aparecido en depósitos aluviales a lo largo de la llanura de inundación del Río Santa Cruz y han hecho que las zonas agrícolas sean peligrosas e inadecuadas para su uso. Las más de 1700 dolinas aparecidas se agrupan a lo largo de dos bandas con dirección nor-noroeste, paralelas al río y a otros ejes de drenaje del llano. Se ha estimado un desplazamiento de 17.000 metros cúbicos de sedimentos para formar estas dolinas. Se excavaron trece zanjas de entre 4 y 6 metros para caracterizar los sedimentos más superficiales tanto en áreas colapsadas como no colapsadas. Por debajo de los dos metros de profundidad, los sedimentos presentan altos porcentajes de arcillas dispersivas en las zonas de dolinas. En las zonas en que no se han producido colapsos, se aprecian altos contenidos de arena de grano entre mediano y grueso, con una granulometría entre moderada y bastante uniforme, que probablemente rellenan un paleocanal. Las campañas electromagnéticas confirman la asociación entre los materiales arcillosos, eléctricamente conductivos, y la presencia de dolinas, mientras que los materiales arenosos, menos conductivos eléctricamente, se asocian a las zonas no colapsadas. Las dolinas se deben probablemente a procesos de erosión subsuperficial de los sedimentos arcillosos a lo largo de fracturas preexistentes. Estas fracturas se produjeron probablemente como resultado de la desecación del suelo en los periodos de descenso del nivel freático, en los últimos cien años.