Evaluación del sistema erosivo fluvial en el volcán Popocatépetl (México) mediante análisis morfométricos Translated title: Assessment of the fluvial erosive system in the Popocatépetl volcano (Mexico) by means of morphometric analysis

Abstract

El sistema fluvial es sensible a los cambios tectónicos, volcánicos, climáticos y litológicos, mismos que afectan las tasas de incisión e inducen cambios en la topografía del lecho de los ríos así como en laderas del sistema montañoso. El análisis de los perfiles longitudinales de ríos y la morfometría de cuencas son, por lo tanto, herramientas útiles para detectar la propagación de señales tectónicas y climáticas además de que resaltan las zonas litológicas que presentan una distinta resistencia frente a los procesos erosivos fluviales. Gran parte de los estudios sobre la erosión y evolución del relieve en los sistemas montañosos se han centrado en relieves controlados por una tectónica activa, sin embargo, los estratovolcanes han recibido menos atención, no obstante que estos llegan a construir una parte importante del relieve montañoso y más aún en la parte central de México. En esta investigación se analizan los perfiles longitudinales de los ríos principales del volcán Popocatépetl (n = 12) así como la morfometría de sus cuencas (n = 11). El objetivo es obtener información cuantitativa del relieve y explorar la relación que éste guarda con los procesos erosivos fluviales. Los resultados del análisis de los perfiles longitudinales de los ríos indican que los valores del índice normalizado de la verticalidad del canal (k sn) así como la potencia fluvial (AS) aumentan en la transición del sistema montañoso al piedemonte. Las tasas de erosión son particularmente altas aguas debajo de las cabeceras fluviales. Se detectaron knickpoints (n = 19), los cuales se asocian, por lo general, a la presencia de flujos de lava. Se encontró una mediana correlación (R² = 0.50; n = 11) entre la distancia de retroceso del knickpoint y el área de drenaje y una baja a moderada correlación (R² = 0.38) entre las tasas de retroceso y el área de descarga. Los resultados obtenidos sugieren que la edad de las lavas y su dureza (competencia a la erosión) controlan las tasas de propagación de los knickpoints, los cuales retroceden a una media de 0.05 ± 0.2 m a-1. La morfometría de las cuencas revela que no existe una relación directa entre la incisión fluvial y la morfología de las laderas, a pesar de que la primera es alta en la mayoría de las barrancas. Se concluyó que el sistema fluvial se encuentra en desequilibrio, probablemente debido a la intensa actividad volcánica que ha predominado en el Popocatépetl.

Translated abstract

Fluvial systems are sensitive to changes in tectonics, volcanic processes, climate and lithology. These factors can modify the erosion rates producing changes in the topography of mountains, channels and hillslopes. The analysis of the longitudinal profile of rivers and the morphometry of river basins are powerful tools that allow the detection of both tectonic and climatic signals and also allow the detection of zones presenting lithologies with a high degree of resistance to erosion. Most of the studies in landscape evolution have been focused on mountain settings driven by active tectonics. The study of stratovolcanoes has, however, received less attention although they are an important part of mountainous reliefs, specially in central Mexico. Here we analyze the stream long profiles of the Popocatépetl volcano (n = 12) and the morphometry of its river basins (n = 11) with the aim to obtain the quantitative data of relief and explore the relation between the mountain topography and the erosion due to fluvial processes. Our results indicate that both the normalized channel steepness index (k sn) and stream power (AS) increase at the transition between the mountain area and piedmont. The erosion rates are particularly high downstream of headwaters. We detected the presence of knickpoints (n = 19), which in most of the cases, are generated at the front of lava flows. We found a moderate correlation (R² = 0.51; n = 11) between the distance of knickpoint retreat and the drainage area and a weak to moderate correlation (R² = 0.38) between the retreat rate and the drainage area. Our results suggest that the age and resistance of lavas to erosion control the rates of knickpoint recession which has a mean of 0.05 ± 0.02 m yr-1. The river basin morphometry indicates that the hillslope morphology is not tightly related to fluvial incision. Nevertheless, the channel incision rates are high in most of valleys of the study area. We conclude that the fluvial system is in disequilibrium, probably due to the continuous volcanic activity of Popocatépetl volcano.