Undrained sediment loading key to long-runout submarine mass movements : evidence from the Caribbean Volcanic Arc

Long undersea debris runout can be facilitated by a boundary layer formed by weak marine sediments under a moving slide mass. Undrained loading of such offshore sediment results in a profound drop of basal shear resistance, compared to subaerial shear resistance, enabling long undersea runout. Thus large long-runout submarine landslides are not truly enigmatic (Voight and Elsworth 1992, 1997), but are understandable in terms of conventional geotechnical principles. A corollary is that remoulded undrained strength, and not friction angle, should be used for basal resistance in numerical simulations. This hypothesis is testable via drilling and examining the structure at the soles of undersea debris avalanches for indications of incorporation of sheared marine sediments, by tests of soil properties, and by simulations. Such considerations of emplacement process are an aim of ongoing research in the Lesser Antilles (Caribbean Sea), where multiple offshore debris avalanche and dome-collapse debris deposits have been identified since 1999 on swath bathymetric surveys collected in five oceanographic cruises. This paper reviews the prehistoric and historic collapses that have occurred offshore of Antilles arc islands and summarizes ongoing research on emplacement processes.

Vulnerability to Heatwaves, Floods and Mass Movements in Mountainous Terrain: Test Cases in South Tyrol

South Tyrol is a region that has been often affected by various mountain hazards such as floods, flash floods, debris flows, rock falls, and snow avalanches. Furthermore, areas located in lower altitudes are often influenced by high temperatures and heat waves. Climate change is expected to influence the frequency, magnitude, and spatial extent of these natural phenomena. For this reason, local authorities and other stakeholders are in need of tools that can enable them to reduce the risk posed by these processes. In the present study, a variety of methods are applied at local level in different places in South Tyrol that aim at: (1) the assessment of future losses caused by the occurrence of debris flows by using a vulnerability curve, (2) the assessment of social vulnerability based on the risk awareness of the exposed people to floods, and (3) the assessment of spatial exposure and social vulnerability of the exposed population to heat waves. The results show that, in South Tyrol, the risk to a number of hazards can be reduced by: (1) improving documentation for past events in order to improve existing vulnerability curves and the assessment of future losses, (2) raising citizens' awareness and responsibility to improve coping capacity to floods, and (3) extending heat wave early warning systems to more low-lying areas of South Tyrol.

Late-Holocene Mass Movements in High Arctic East Lake, Melville Island (Western Canadian Arctic Archipelago)

East Lake, located at Cape Bounty (Melville Island, Canadian High Arctic), was mapped using a high-resolution swath bathymetric sonar and a 12 kHz sub-bottom profiler, allowing for the first time the imaging of widespread occurrence of mass movement deposits (MMDs) in a Canadian High Arctic Lake. Mass movements occurred mostly on steep slopes located away from deltaic sedimentation. The marine to lacustrine transition in the sediment favours the generation of mass movements where the underlying massive mud appears to act as a gliding surface for the overlying varved deposits. Based on acoustic stratigraphy, we have identified at least two distinct events that triggered failures in the lake during the last 2000 years. The synchronicity of multiple failures and their widespread distribution suggest a seismic origin that could be related to the nearby Gustaf-Lougheed Arch seismic zone. Further sedimentological investigations on the MMDs are however required to confirm their age and origin.

Late-Holocene Mass Movements in High Arctic East Lake, Melville Island (Western Canadian Arctic Archipelago)

East Lake, located at Cape Bounty (Melville Island, Canadian High Arctic), was mapped using a high-resolution swath bathymetric sonar and a 12 kHz sub-bottom profiler, allowing for the first time the imaging of widespread occurrence of mass movement deposits (MMDs) in a Canadian High Arctic Lake. Mass movements occurred mostly on steep slopes located away from deltaic sedimentation. The marine to lacustrine transition in the sediment favours the generation of mass movements where the underlying massive mud appears to act as a gliding surface for the overlying varved deposits. Based on acoustic stratigraphy, we have identified at least two distinct events that triggered failures in the lake during the last 2000 years. The synchronicity of multiple failures and their widespread distribution suggest a seismic origin that could be related to the nearby Gustaf-Lougheed Arch seismic zone. Further sedimentological investigations on the MMDs are however required to confirm their age and origin.

Mass-transport deposits on Mediterranean continental margins

Extensive mass transport deposits and multiple slide scars testify widespread and recurrent submarine sediment failures occurring during the late Quaternary on the SW-Adriatic and SE-Sicilian margins. These mass movements and their consequences contributed to shape the continental slopes and fill the basins with characteristic signatures. Geomorphological, seismo-stratigraphic, sedimentological and biostratigraphic data provide clues to: 1) define distinct failure mechanisms investigating on factors that determine dissimilar organization of coeval displaced masses, 2) reconstruct successive phases of failure stressing on the same location where slide scars crosscut and mass-transport deposits overlap, 3) analyze regional setting and indicate the most suitable place where to calculate mass wasting frequency. Discussions on the role of fluid flow, currents activity and tectonic deformation determine a wider view on the construction of the studied continental margins.

Mass-movement and flood-induced deposits in Lake Ledro, southern Alps, Italy: implications for Holocene palaeohydrology and natural hazards

High-resolution seismic profiles and sediment cores from Lake Ledro combined with soil and riverbed samples from the lake's catchment area are used to assess the recurrence of natural hazards (earthquakes and flood events) in the southern Italian Alps during the Holocene. Two well-developed deltas and a flat central basin are identified on seismic profiles in Lake Ledro. Lake sediments have been finely laminated in the basin since 9000 cal. yr BP and frequently interrupted by two types of sedimentary events (SEs): light-coloured massive layers and dark-coloured graded beds. Optical analysis (quantitative organic petrography) of the organic matter present in soil, riverbed and lacustrine samples together with lake sediment bulk density and grain-size analysis illustrate that light-coloured layers consist of a mixture of lacustrine sediments and mainly contain algal particles similar to the ones observed in background sediments. Light-coloured layers thicker than 1.5 cm in the main basin of Lake Ledro are synchronous to numerous coeval mass-wasting deposits remoulding the slopes of the basin. They are interpreted as subaquatic mass-movements triggered by historical and pre-historical regional earthquakes dated to AD2005, AD1891, AD1045 and 1260, 2545, 2595, 3350, 3815, 4740, 7190, 9185 and 11 495 cal. yr BP. Darkcoloured SEs develop high-amplitude reflections in front of the deltas and in the deep central basin. These beds are mainly made of terrestrial organic matter (soils and lignocellulosic debris) and are interpreted as resulting from intense hyperpycnal flood event. Mapping and quantifying the amount of soil material accumulated in the Holocene hyperpycnal flood deposits of the sequence allow estimating that the equivalent soil thickness eroded over the catchment area reached up to 5mm during the largest Holocene flood events. Such significant soil erosion is interpreted as resulting from the combination of heavy rainfall and snowmelt. The recurrence of flash flood events during the Holocene was, however, not high enough to affect pedogenesis processes and highlight several wet regional periods during the Holocene. The Holocene period is divided into four phases of environmental evolution. Over the first half of the Holocene, a progressive stabilization of the soils present through the catchment of Lake Ledro was associated with a progressive reforestation of the area and only interrupted during the wet 8.2 event when the soil destabilization was particularly important. Lower soil erosion was recorded during the mid-Holocene climatic optimum (8000-4200 cal. yr BP) and associated with higher algal production. Between 4200 and 3100 cal. yr BP, both wetter climate and human activities within the drainage basin drastically increased soil erosion rates. Finally, from 3100 cal. yr BP to the present-day, data suggest increasing and changing human land use.

Mass Movement-Induced Tsunami Hazard on Perialpine Lake Lucerne (Switzerland): Scenarios and Numerical Experiments

Previous studies of the sediments of Lake Lucerne have shown that massive subaqueous mass movements affecting unconsolidated sediments on lateral slopes are a common process in this lake, and, in view of historical reports describing damaging waves on the lake, it was suggested that tsunamis generated by mass movements represent a considerable natural hazard on the lakeshores. Newly performed numerical simulations combining two-dimensional, depth-averaged models for mass-movement propagation and for tsunami generation, propagation and inunda- tion reproduce a number of reported tsunami effects. Four analysed mass-movement scenarios—three based on documented slope failures involving volumes of 5.5 to 20.8 9 106 m3—show peak wave heights of several metres and maximum runup of 6 to [10 m in the directly affected basins, while effects in neighbouring basins are less drastic. The tsunamis cause large-scale inundation over distances of several hundred metres on flat alluvial plains close to the mass-movement source areas. Basins at the ends of the lake experience regular water-level oscillations with characteristic periods of several minutes. The vulnerability of potentially affected areas has increased dramatically since the times of the damaging historical events, recommending a thorough evaluation of the hazard.

Reconstructing 4000 years of mass movement and tsunami history in a deep peri-Alpine lake (Lake Geneva, France-Switzerland)

The study of mass movements in lake sediments provides insights into past natural hazards at historic and prehistoric timescales. Sediments from the deep basin of Lake Geneva reveal a succession of six large-scale (volumes of 22 × 106 to 250 × 106 m3) mass-transport deposits, associated with five mass-movement events within 2600 years (4000 cal bp to 563 ad). The mass-transport deposits result from: (i) lateral slope failures (mass-transport deposit B at 3895 ± 225 cal bp and mass-transport deposits A and C at 3683 ± 128 cal bp); and (ii) Rhône delta collapses (mass-transport deposits D to G dated at 2650 ± 150 cal bp, 2185 ± 85 cal bp, 1920 ± 120 cal bp and 563 ad, respectively). Mass-transport deposits A and C were most probably triggered by an earthquake, whereas the Rhône delta collapses were likely to be due to sediment overload with a rockfall as the external trigger (mass-transport deposit G, the Tauredunum event in 563 ad known from historical records), an earthquake (mass-transport deposit E) or unknown external triggers (mass-transport deposits D and F). Independent of their origin and trigger mechanisms, numerical simulations show that all of these recorded mass-transport deposits are large enough to have generated at least metre-scale tsunamis during mass movement initiation. Since the Tauredunum event in 563 ad, two small-scale (volumes of 1 to 2 × 106 m3) mass-transport deposits (H and I) are present in the seismic record, both of which are associated with small lateral slope failures. Mass-transport deposits H and I might be related to earthquakes in Lausanne/Geneva (possibly) 1322 ad and Aigle 1584 ad, respectively. The sedimentary record of the deep basin of Lake Geneva, in combination with the historical record, show that during the past 3695 years, at least six tsunamis were generated by mass movements, indicating that the tsunami hazard in the Lake Geneva region should not be neglected, although such events are not frequent with a recurrence time of 0·0016 yr−1.

Pleistocene Mass Transport Deposits Off Barbados Accretionary Prism (Lesser Antilles)

Two Pleistocene mass transport deposits (MTDs), with volumes of thousands of km(3), have been identified from multi-channel seismic data in the abyssal plain at the front of the Barbados accretionary prism. Estimated sediment volumes for these MTDs are likely underestimated due to limited seismic coverage. In this work, we suggest that these MTDs are comparable in size to large submarine landslides as reported in the literature. These MTDs lie on the vicinity of two major oceanic ridges, the Barracuda Ridge and the Tiburon Rise. It is also suggested in this work that the MTDs come from seismicity associated with the formation of the Barracuda Ridge or the Barbados accretionary prism; however, triggering mechanisms involved in their formation remain uncertain. The present study discusses the potential causal factors accounting for the formation of these MTDs.

Região Serrana do Estado do Rio de Janeiro e a expansão dos riscos ambientais, ações preventivas e catástrofes: o caso de Petrópolis

O município de Petrópolis, palco de recorrente de problemas ambientais envolvendo movimentos de massa concentrados historicamente na sua área mais urbanizada, os distritos Sede e Cascatinha, vive nas últimas décadas um crescimento populacional que se orienta basicamente para antigas áreas rurais de Itaipava, Pedro do Rio e Posse. O objetivo geral da pesquisa é investigar como este crescimento vem ocorrendo, analisando as características geológico-geomorfológicas dos novos espaços ocupados, os fatores predisponentes às novas condições de risco envolvendo os movimentos de massa e as inundações. Assim, foi elaborado um panorama sócio-evolutivo do processo de ocupação do solo em Petrópolis, considerando especialmente a dinâmica demográfica registrada nos distritos através dos censos demográficos a partir da década de 1940. Utilizando o geoprocessamento como ferramenta e a classificação visual de segmentação de OrtofotosCarta IBGE na escala 1: 25.000, foram produzidos mapas de uso do solo para o município e distritos detalhando a área ocupada. Com o fim de atender ao diagnóstico das situações de risco foi realizado o levantamento da situação atual da ocorrência dos movimentos de massa e inundações no município, comparando levantamentos anteriores e verificando a distribuição das ocorrências e a população atingida. Por fim, a avaliação da execução da política de desenvolvimento e expansão urbana definida no Plano Diretor de Petrópolis e na Lei de Uso, Parcelamento e Ocupação do Solo, analisando o zoneamento e seus usos (rural, rururbano, urbano e zona de proteção especial) resultando no entendimento de como os aspectos normativos vem sendo tratados, naquilo que são respeitados e naquilo que não são cumpridos na dinâmica da ocupação do espaço, levantando as ações de prevenção, ou não, dos problemas ambientais. Contudo, a definição dos objetivos do trabalho teve dois momentos. O primeiro com a análise da expansão urbana construindo novas condições de risco e o segundo momento, lamentavelmente, aquele no qual as evidências ganharam contorno de realidade com o ocorrido em dezembro de 2010 e em janeiro de 2011, principalmente quando inundações bruscas associadas aos deslizamentos de terra nas encostas atingiram áreas de Petrópolis e de outros municípios da região Serrana do Estado do Rio de Janeiro, certamente, a maior tragédia ambiental ocorrida no Centro-Sul do país até então. Com mais de 900 mortos, centenas de desaparecidos e milhares de desabrigados e desalojados, os eventos suplantaram os objetivos do trabalho, colocando novas questões, ao mesmo tempo em que a realidade demonstrou a coerência e pertinência daqueles objetivos com os problemas apresentados. Assim, dentre os objetivos passou a constar também a verificação in loco das conseqüências de movimentos de massa e inundações nas áreas apontadas anteriormente, como foi o caso do vale do Rio Santo Antônio em Itaipava. O trabalho, assim, se pautou por indicar a necessidade ter-se maior atenção às novas áreas de ocupação no município, considerando a natureza do território, contribuindo como um subsídio na prevenção ao risco.

Interações sobre a pluviosidade em encostas de clima tropical úmido e os movimentos de massa: o caso de sub-bacias do Alto Rio São João - RJ

Cada vez são mais comuns problemas relacionados a movimentos de massa nas encostas de clima tropical no Estado do Rio de Janeiro, especialmente na Serra do Mar, provocados por acumulados pluviométricos intensos. A ocupação humana desordenada de áreas sensíveis a tais processos geomorfológicos, bem como as condicionantes geológicas, geomorfológicas, pedológicas e de uso e cobertura do solo são apontadas como fatores cruciais na explicação desses processos. O maior conhecimento da dinâmica pluviométrica bem como suas interações com tais aspectos físicos ligados ao relevo parece ser a chave dessa maior compreensão desses fenômenos. Assim foram realizadas pesquisas relacionadas aos volumes e intensidades das chuvas na região do Alto Curso do Rio São João, bem como uma análise dos movimentos de massa identificados através de imagens de satélite e in loco, como forma de fornecer subsídios à melhor gestão do espaço dessas regiões montanhosa estão vulneráveis a movimentos de massa. A correlação entre os acumulados e a intensidade pluviométrica com fenômenos climáticos de escala global, como El Niño e La Niña também foi contemplada nessa pesquisa, mostrando uma relação mais alta com relação à intensidade da chuva mensal para anos de El Niño e para anos de La Niña uma reduzida ocorrência dessas intensidades pluviométricas. Os estudos revelaram que os tipos de solos e sua cobertura e uso têm uma grande influência na deflagração de movimentos de massa. Foram observados um número reduzido de movimentos de massa em áreas naturais e uma maior proporção desses movimentos em áreas utilizadas para a atividade da pecuária na região. Grande parte dos movimentos de massa ocorreram em áreas de Cambissolos (áreas mais elevadas) e Latossolos (áreas de encostas em menores altitudes). Ambos os solos são mais espessos do que os encontrados em áreas mais declivosas, apresentando maior acúmulo de materiais a serem mobilizados durante grandes acumulados pluviométricos, gerando movimentos de massa. A análise mostrou também que áreas mais chuvosas e com maior ocorrência de acumulados pluviométricos extremos, acima de 100 mm/dia e acima de 30mm/mês concentraram um número maior de movimentos de massa, como a região mais próxima da estação de Quartéis (porção leste). Por outro lado áreas bastante elevadas, com altas declividades, porém com predomínio de Mata Atlântica e áreas com solos menos espessos, como os Neossolos Litólicos, se mostraram com um número reduzido desses processos. Enfim esse estudo mostrou a necessidade de se gerir melhor os espaços dessas áreas sensíveis sob o ponto de vista geomorfológico, até por que são áreas na periferia de regiões densamente habitadas e cujas demandas tendem a se tornar cada vez mais marcantes, o que pode gerar problemas locais, atingindo sua população e economia, com sérias conseqüências para o ambiente.

Gestão Ambiental apoiada por SIG na estrada da Colônia, Ilha Grande (RJ): uma visão do futuro.

Os SIG Sistemas de Informação Geográfica vêm sendo cada vez mais estudados como ferramentas facilitadoras de análises territoriais com o objetivo de subsidiar a gestão ambiental. A Ilha Grande, que pertence ao município de Angra dos Reis, localiza-se na baía de Ilha Grande no sul do estado do Rio de Janeiro e constitui-se no recorte espacial de análise. Apresenta uma dinâmica ambiental complexa que se sobrepõem principalmente aos usos de proteção ambiental e de atividade turística em uma porção do território em que as normatizações legais são difíceis de serem aplicadas, pois são reflexos de interesses que se manifestam em três esferas do poder a municipal, a estadual e a federal. O objetivo principal desta pesquisa é a realização do processamento digital de imagem para auxiliar a gestão territorial da Ilha Grande. Em foco, a estrada Abraão - Dois Rios, que liga Abraão (local de desembarque dos turistas, principal núcleo da Ilha) a Dois Rios (local de visitação por estudantes e pesquisadores, núcleo que abrigava o presídio, atualmente abriga sede do centro de pesquisa e museu da Universidade do Estado do Rio de Janeiro), ambos protegidos por diferentes categorias de unidades de conservação. A metodologia fundamenta-se no processamento digital de imagem através da segmentação e da classificação supervisionada por pixel e por região. O processamento deu-se a partir da segmentação (divisão de uma imagem digital em múltiplas regiões ou objetos, para simplificar e/ou mudar a representação de uma imagem) e dos processos de classificações de imagem, com a utilização de classificação por pixel e classificação por regiões (com a utilização do algoritmo Bhattacharya). As segmentações e classificações foram processadas no sistema computacional SPRING versão 5.1.7 e têm como objetivo auxiliar na análise de uso da Terra e projetar cenários a partir da identificação dos pontos focais de fragilidade encontrados ao longo da estrada Abraão-Dois Rios, propensos a ocorrências de movimentos de massa e que potencializam o efeito de borda da floresta e os impactos ambientais. A metodologia utilizada baseou-se em análise de campo e comparações de tecnologias de classificação de imagens. Essa estrada eixo de ligação entre os dois núcleos tem significativa importância na história da Ilha, nela circulam veículos, pesados e leves, de serviço, pedestres e turistas. Como resultados da presente foram gerados os mapas de classificação por pixel, os mapas de classificação por região, o mapa fuzzy com a intersecção dos mapas de classificação supervisionada por região e os mapas com os locais coletados em campo onde são verificadas ocorrências de movimentos de massa nas imagens ALOS, 2000, IKONOS, 2003 e ortofotografias, 2006. Esses mapas buscam servir de apoio à tomada de decisões por parte dos órgãos locais responsáveis.

Centrifuge modelling of submarine landslide flows

Landslides occur both onshore and offshore, however little attention has been given to offshore landslides (submarine landslides). The unique characteristics of submarine landslides include large mass movements and long travel distances at very gentle slopes. Submarine landslides have significant impacts and consequences on offshore and coastal facilities. This paper presents data from a series of centrifuge tests simulating submarine landslide flows on a very gentle slope. Experiments were conducted at different gravity levels to understand the scaling laws involved in simulating submarine landslide flows through centrifuge modelling. The slope was instrumented with miniature sensors for measurements of pore pressure beneath the flow. A series of digital cameras were used to capture the flow in flight. The results provide a better understanding of the scaling laws that needs to be adopted for centrifuge experiments involving submarine landslide flows and gives an insight into the flow mechanisms. © 2010 Taylor & Francis Group, London.