Soil and sedimentation dynamics of a widespread shallow landsliding event in a tropical montane setting

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Irizarry Brugman, Edwin
Embargoed Until
Hughes, K. Stephen
College of Arts and Sciences - Sciences
Department of Geology
Degree Level
Rainfall-induced landslides occur predominantly because of intense tropical cyclones in Puerto Rico. The purpose of this study was to explore the role of specific soil attributes in mass wasting, the negative feedback loop between erosion and chemical weathering, and to track the sedimentation record of widespread landslides triggered by Hurricane María (2017) in a critical reservoir of the island. Quantitative modeling and field measurements helped the quantification of extreme atmospheric events on weathering and sedimentation on the island. Principal Component Analysis was used to explore soil attributes that are common in soil map units that have been determined to be prone to rainfall-induced landslides. The analysis results do not identify a unique or uniform combination of soil attributes that correlate with soils vulnerable to mass wasting in Puerto Rico, but slight trends influenced by clay content at 0-60 cm depth are noteworthy. These trends, while not conclusive, suggest that concentrations of clays at key soil depths could be important for shallow landsliding on the island. The relationship between landslide induced erosion and chemical weathering was studied in the Río Grande de Arecibo catchment. Sub-basins with higher landslide densities were expected to have higher solute concentrations. The results from this study differ from these concepts and instead suggest that the landscape is not supply-limited, but kinetically controlled. A bathymetric survey of Lago Dos Bocas was completed in 2021 to quantify the change in water storage capacity after the widespread landsliding in 2017. The survey results show that the storage capacity of the reservoir is approximately 13.35 million cubic meters (Mm 3 ), a storage loss of 64% from its original capacity in 1942. Using a capacity loss rate based on previous bathymetric surveys, a sediment “surplus” of approximately 2 Mm 3 is associated with Hurricane María. This volume represents approximately 18 years of 21 st century background sedimentation.

Deslizamientos inducidos por lluvias ocurren mayormente durante ciclones tropicales intensos que impactan a Puerto Rico. El propósito de este estudio fue explorar la importancia de atributos de suelo en derrumbes, el bucle de retroalimentación negativa entre erosión y meteorización química y cuantificar la sedimentación causada por extensos deslizamientos tras el huracán María en un embalse crítico. Un Análisis de Componentes Principales fue realizado para explorar atributos de suelo en unidades de suelos determinados como propensos a deslizamientos. Los resultados del análisis no identificaron combinaciones uniforme de atributos del suelo que se correlacionen a suelos vulnerables a derrumbes en Puerto Rico, pero cabe destacar levestendencias influidas por el contenido de arcilla en profundidades entre 0 a 60 cm. Aunque las tendencias no son concluyentes, sugieren que concentraciones de arcillas en profundidades clave del suelo podrían ser importantes para la ocurrencia de deslizamientos superficiales en la isla. La relación entre la erosión por deslizamientos y la meteorización química se estudió en la cuenca del Río Grande de Arecibo. Era previsto que las subcuencas con altas densidades de deslizamientos obtuvieran mayores concentraciones de solutos. Los resultados obtenidos difieren de estos conceptos, ya que presentan un paisaje controlado por factores cinéticos. En el 2021 se completó un estudio batimétrico del Lago Dos Bocas para cuantificar el cambio en la capacidad de agua tras los extensos deslizamientos del 2017. Los resultados del estudio muestran que la capacidad del embalse es de aproximadamente 13.35 millones de metros cúbicos (Mm3), una pérdida de almacenamiento del 64% respecto a su capacidad original en 1942. Utilizando una proporción de pérdida de capacidad basada en estudios batimétricos anteriores, un "excedente" de sedimentos de aproximadamente 2 Mm3 son asociados con el huracán María. Este volumen representa aproximadamente 18 años de sedimentación en el siglo 21.
Sediment dynamics,
Principal Component Analysis,
Negative feedback loop
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Irizarry Brugman, E. (2022). Soil and sedimentation dynamics of a widespread shallow landsliding event in a tropical montane setting [Thesis]. Retrieved from