Geomorphic aspects of groundwater flow

Abstract

 The many roles that groundwater plays in landscape evolution are becoming more widely appreciated. In this overview, three major categories of groundwater processes and resulting landforms are considered: (1) Dissolution creates various karst geometries, mainly in carbonate rocks, in response to conditions of recharge, geologic setting, lithology, and groundwater circulation. Denudation and cave formation rates can be estimated from kinetic and hydraulic parameters. (2) Groundwater weathering generates regoliths of residual alteration products at weathering fronts, and subsequent exhumation exposes corestones, flared slopes, balanced rocks, domed inselbergs, and etchplains of regional importance. Groundwater relocation of dissolved salts creates duricrusts of various compositions, which become landforms. (3) Soil and rock erosion by groundwater processes include piping, seepage erosion, and sapping, important agents in slope retreat and headward gully migration. Thresholds and limits are important in many chemical and mechanical groundwater actions. A quantitative, morphometric approach to groundwater landforms and processes is exemplified by selected studies in carbonate and clastic terrains of ancient and recent origins.

Résumé

Les rôles variés joués par les eaux souterraines dans l'évolution des paysages deviennent nettement mieux connus. La revue faite ici prend en considération trois grandes catégories de processus liés aux eaux souterraines et les formes associées: (1) La dissolution crée des formes karstiques variées, surtout dans les roches carbonatées, en fonction des conditions d'alimentation, du cadre géologique, de la lithologie et de la circulation des eaux souterraines. Les taux d'érosion et de formation des grottes peuvent être estimés à partir de paramètres cinétiques et hydrauliques. (2) L'érosion par les eaux souterraines donne naissance à des régolites, résidus d'altération sur des fronts d'altération, et l'exhumation résultante fait apparaître des rognons, des pentes qui s'évasent, des roches en équilibre, des inselbergs et des plaines de corrosion d'extension régionale. La migration des sels dissous des eaux souterraines crée des croûtes de compositions variées, qui constituent des paysages particuliers. (3) Les processus d'érosion des sols et des roches par les eaux souterraines comprennent les phénomènes suivants: la chenalisation, l'érosion par suintement, le sapement, qui tous sont des agents notables du recul des versants et d'érosion régressive vers l'amont. Les seuils et les limites sont importants dans de nombreuses actions chimiques et mécaniques des eaux souterraines. Une approche morphométrique quantitative des formes et des processus liés aux eaux souterraines est donnée en exemple à partir d'études choisies dans les terrains carbonatés et détritiques d'origine aussi bien ancienne que récente.

Resumen

Las aguas subterráneas tienen una importancia fundamental en la evolución de los paisajes geomorfológicos. En este artículo se consideran tres grandes categorías de procesos ligados al agua subterránea y sus correspondientes paisajes resultantes: (1) La disolución crea distintas geometrías kársticas, fundamentalmente en rocas carbonatadas, como respuesta a las condiciones de recarga, condicionantes geológicos, litologías y al propio flujo de agua subterránea. La velocidad de denudación y formación de cavernas se puede estimar a partir de los parámetros cinéticos e hidráulicos. (2) La erosión producida por las aguas subterráneas genera regolitas de alteración residual en los frentes de erosión, con los subsiguientes afloramientos de rocas inalteradas, inselbergs, rocas oscilantes o llanuras de corrosión de carácter regional. La recolocación de las sales disueltas crea costras superficiales de diferente composición. (3) La erosión de rocas y suelos por procesos ligados al agua subterránea, como filtración y arrastre de finos da lugar a un movimiento de retroceso de taludes y barrancos. La existencia de umbrales y límites de actuación es muy importante en muchas acciones químicas y mecánicas. Una metodología para el estudio de relieves y procesos, basada en aspectos cuantitativos y morfométricos se ejemplifica mediante estudios realizados en rocas carbonatadas y en terrenos clásticos de diferentes edades.