Capítulo introductorio: Geomorfología

Introducción

A lo largo de millones de años, la Tierra ha pasado por muchos cambios que han configurado su forma y estructura actuales. Desde una bola de polvo según la hipótesis nebular, hasta la forma actual, la Tierra se ha transformado mucho. La Tierra, que en su día fue un lugar habitable durante el Hadeico, ha vivido muchos procesos a lo largo de más de 4.000 millones de años. Las etapas de desarrollo que formaron el actual mundo habitable incluyen tanto fuerzas internas como externas. El impacto meteorítico, las actividades volcánicas y las actividades erosivas de los ríos, los vientos, los glaciares, los océanos, etc., junto con la propagación del suelo marino y las actividades de las placas tectónicas, han estado trabajando constantemente para dar forma a la Tierra tal y como la vemos ahora. Muchas de estas actividades ocurren durante un breve intervalo, mientras que otras tardan millones de años en crear diversos regímenes climáticos, geológicos y geomórficos. Todos estos procesos interminables siguen en marcha y dando forma a nuestra Tierra en la actualidad. El más notable de todos estos procesos es el geomórfico, ya que crea la forma de la Tierra tal y como la vemos ahora. Por lo tanto, el estudio de estos procesos geomórficos es fundamental para comprender los fenómenos y procesos que ocurren en la naturaleza.

Al derivar de las palabras griegas, γεω (Tierra), μορφη (morfo/forma), y λογοϛ (discutir), la geomorfología significa literalmente «una discusión sobre la forma de la Tierra». Por lo tanto, es el estudio de las diversas características que se encuentran en la Tierra, como las montañas, las colinas, las llanuras, los ríos, las morrenas, los circos, las dunas de arena, las playas, las escupideras, etc., que son creadas por diversos agentes como los ríos, los glaciares, el viento, el océano, etc. Desde el siglo IV a.C., muchas personas han estudiado la formación de la Tierra relacionándola con diversas observaciones sobre el terreno. Antiguos griegos y romanos como Aristóteles, Estrabón, Heródoto, Jenófanes y muchos otros discutieron sobre el origen de los valles, la formación de deltas, la presencia de conchas marinas en las montañas, etc. Después de observar las conchas marinas en la cima de las montañas, Jenófanes especuló que la superficie de la Tierra debía subir y bajar de vez en cuando, creando así valles fluviales y montañas (c.580-480 a.C.). Tras observar conchas marinas en las cimas de las montañas y vastas extensiones de arena, Aristóteles (c.384-322 a.C.) sugirió que las zonas que ahora son tierras áridas debían estar cubiertas por el mar en el pasado y que las zonas donde ahora hay mar debían haber sido tierras áridas en el pasado. Por lo tanto, propuso que la tierra y el mar cambian de lugar. Tradicionalmente, la historia del desarrollo del paisaje se realizaba mediante la cartografía de los rasgos sedimentarios y morfológicos. Para entender la evolución del paisaje, se ha seguido la regla de oro de que «el presente es la clave del pasado». Esta regla supone que los procesos que son visibles en la actualidad deben haber ocurrido también en el pasado, lo que permite deducir las razones de la formación del paisaje en el pasado. Por lo tanto, la formación del pasado dependía principalmente de la información relativa y del método de envejecimiento.

Sin embargo, la palabra «geomorfología» fue acuñada y utilizada por primera vez entre las décadas de 1870 y 1880 para describir la morfología de la superficie de la Tierra. Pero fue popularizada por William Morris Davis, quien propuso el «ciclo geográfico» también conocido como «ciclo de Davis» . Propuso que el desarrollo de los paisajes se produce como consecuencia de la acción alterna del levantamiento y la denudación. Partió de la base de que el levantamiento se produce rápidamente y luego la masa de tierra levantada se erosiona gradualmente para formar la topografía de la región. Su hipótesis es que la elevación es una acción rápida, mientras que la denudación es un proceso que lleva tiempo. Así, la creación de altas montañas y profundos valles muestra las etapas de juventud, madurez y vejez del desarrollo del relieve. Aunque el ciclo de Davis se considera un trabajo clásico, su hipótesis carece de una comprensión básica de que tanto el levantamiento como la denudación ocurren simultáneamente. Ambos fenómenos van de la mano y no son necesariamente alternativos. Por ello, casi 35 años después, Walther Penck propuso una variación del «modelo de Davis», en la que demostró que la interacción de la elevación y la denudación se produce simultáneamente. Sugirió que, debido a las acciones simultáneas, las pendientes se desarrollarán en tres formas principales. En primer lugar, una pendiente convexa en la que la tasa de elevación es mayor que la tasa de denudación; a continuación, una fase estacionaria en la que ambas tasas son casi iguales, creando así una pendiente recta; y, por último, pendientes cóncavas cuando la tasa de elevación es menor que la tasa de denudación. Así, a lo largo del tiempo, los geomorfólogos han estudiado diversos aspectos de las formas del terreno. Algunos geomorfólogos han estudiado el proceso de formación de estas formas del terreno, mientras que otros han estudiado su origen e historia, y otros han analizado diversas formas del terreno por su cuantificación. Por lo tanto, en pocas palabras, los geomorfólogos modernos se centran principalmente en tres aspectos de las formas del relieve: la forma, el proceso y la historia. Los estudios de forma y proceso se denominan comúnmente geomorfología funcional, mientras que el último se denomina geomorfología histórica. El estudio de los diversos procesos responsables de la formación de un paisaje entra en el ámbito de la geomorfología funcional.

Todas estas formas del terreno que son visibles en la Tierra varían en tamaño desde la microescala como baches, flautas, ondulaciones, etc. hasta características de megaescala como cordilleras, cuencas fluviales, etc. Por lo tanto, el tiempo necesario para formar estos rasgos también varía desde decenas de años hasta millones de años. También se ha observado que ciertos rasgos son nativos de determinadas zonas climáticas; por lo tanto, el desarrollo de zonas climáticas como las áridas, las tropicales, etc. desempeña un papel fundamental en la formación y evolución de estos rasgos geomórficos. Por ejemplo, las formas del terreno observadas en las latitudes más altas muestran la firma del ciclo de glaciación y deglaciación, que es indicativo del entorno climático cuaternario, mientras que en otras partes del mundo, como el Gran Cañón del Valle del Río Colorado en los Estados Unidos han conservado la firma de diversas actividades, que ocurrieron hace cientos de millones de años, en sus diversas formas del terreno. La mayoría de las formas del terreno se forman y deforman debido a dos procesos, a saber, el endógeno, que se produce dentro de la corteza terrestre, como los ciclos de calor convectivo, la pluma ascendente y las cámaras de magma, y el exógeno, que da forma a las características de la superficie de la Tierra con la ayuda de diversos agentes de la meteorización, como el agua, el viento, los glaciares, los mares, etc. Todos estos fenómenos de evolución del paisaje con respecto a la duración de la vida, las zonas climáticas y los procesos se muestran en la Figura 1.

Se han realizado muchos trabajos en el campo de la geomorfología funcional e histórica. Ahora, se han estudiado muchos otros campos o tipos de geomorfología como la geomorfología tectónica, la geomorfología submarina, la geomorfología planetaria, la geomorfología climática y la geomorfología de modelado. La interacción de las fuerzas tectónicas y los procesos geomórficos deforman la corteza terrestre con regularidad, lo que condujo al desarrollo de la geomorfología tectónica. Utiliza las técnicas y los datos de otros campos de la geología, principalmente la estructural, la geoquímica y la geocronología, junto con la geomorfología y el cambio climático. Como su nombre indica, la geomorfología submarina se centra en el origen, la formación y el desarrollo de formas terrestres submarinas desarrolladas en entornos marinos tanto superficiales como profundos. La geomorfología planetaria se ocupa de la aplicación de la comprensión de la formación de formas terrestres en la Tierra a objetos extraterrestres como la Luna, los planetas, los exoplanetas, etc. Se trata de una rama comparativamente más reciente y que se está desarrollando muy rápidamente. Los estudios geomórficos de Venus, Marte, Júpiter, Titán y otros planetas son un pastel caliente en estos días. El clima desempeña un papel fundamental en el desarrollo de diversas formas terrestres nativas de cada zona climática, como la árida, la tropical, la templada, etc. Esta comprensión es la base para el desarrollo de la geomorfología climática como corriente. El efecto de los fenómenos climáticos junto con las actividades tectónicas da lugar a una nueva corriente transversal de la geomorfología conocida como geomorfología climatotectónica. En la actualidad, se han utilizado enfoques inter y multidisciplinares en varios campos de la ciencia, y la geomorfología es uno de ellos en el que la reproducción cruzada es muy evidente. Hasta ahora, se han desarrollado varias ramas y ramificaciones de la geomorfología, y se han llevado a cabo muchas investigaciones en esas áreas interdisciplinarias.

Entre todos los agentes exógenos que actúan para formar el paisaje, el agua es el más prometedor y eficaz. De ahí que la geomorfología fluvial se haya estudiado con mucho detalle. Teniendo en cuenta estos aspectos, se ha formulado este libro en el que el enfoque principal se centra en las características geomórficas desarrolladas debido a la acción del agua. De ahí que se presenten aquí dos capítulos sobre geomorfología fluvial y un capítulo sobre geomorfología costera. Mientras que el último capítulo trata de las tendencias recientes del modelo de elevación digital (DEM) que podría ser utilizado muy eficazmente para el análisis morfométrico de varios arroyos.

La hidrogeomorfología, el estudio de los procesos hidrológicos, implica la escorrentía superficial, el flujo de base, la descarga de la corriente, y los procesos de erosión del suelo y del lecho del arroyo, que cincelan continuamente el perfil geomorfológico de una cuenca. La duración de estos procesos varía desde unos pocos cientos de años hasta incluso millones de años. Además de la cuantificación de los procesos hidrológicos, así como de los procesos de erosión del suelo y de los cauces, la modelización hidrogeomorfológica continua proporciona una valiosa información sobre la tendencia futura de estos procesos físicos. Existe una gran variedad de modelos integrados que simulan continuamente los procesos de escorrentía, erosión del suelo y transporte de sedimentos. En el capítulo 2, se presenta un modelo matemático compuesto que tiene como objetivo la simulación continua de los procesos hidrogeomorfológicos, así como la simulación continua de los procesos de erosión del suelo y de los cauces en la cuenca del río Kosynthos (distrito de Xanthi, Tracia, noreste de Grecia) y en la cuenca del río Nestos (frontera entre Macedonia y Tracia, noreste de Grecia), las dos cuencas vecinas del noreste de Grecia. Su modelo genera hidrogramas continuos y gráficos de sedimentos en las salidas de las dos cuencas a escalas temporales finas, cuya eficacia estadística con las cantidades medidas en la salida de la cuenca es altamente significativa proporcionando resultados satisfactorios. El coeficiente de correlación de los valores modelados con los medidos es superior al 80% para las dos cuencas para la descarga de agua y sedimentos.

Las actividades antropogénicas han afectado significativamente a los regímenes geomorfológicos fluviales en un lapso de tiempo muy corto. Desde la construcción de presas que aumentan la sedimentación en el embalse, cambiando así el perfil del lecho del río, hasta la deforestación y la urbanización que aumentan las tasas de erosión en la cuenca del río, las actividades antropogénicas han dejado sus huellas en el fenómeno natural. Lo mismo ocurre en las tierras bajas del San Lorenzo, en la región del Escudo Canadiense, donde la construcción de presas ha provocado un aumento de la anchura de las orillas, disminuyendo así la sinuosidad del cauce y cambiando los regímenes fluviales. Otros cambios en el patrón de uso de la tierra también han provocado una mayor erosión y sedimentación. La tala de bosques para las prácticas agrícolas ha llevado a la deforestación, y la posterior forestación en esa región (zonas agrícolas) debido a la disminución de la mano de obra agrícola ha impactado en la evolución morfológica de los canales en la región de Quebec en Canadá. Así, el capítulo 3 trata de acotar los impactos de la reforestación y de la variabilidad hidroclimática en la morfología (anchura y sinuosidad) del canal del río Matambin en Quebec, Canadá. Observaron una disminución del 21% en la anchura media del canal entre 1935 y 1964, que se caracterizó por una baja frecuencia de fuertes crecidas en la región. Después de 1964, se observó una tendencia al aumento de la anchura media de las orillas del canal, lo que se asocia con el aumento de la frecuencia de las crecidas fuertes y la disminución de la cantidad de sedimentos en suspensión producidos por la erosión del suelo.

Se observan mayores tasas de erosión cuando el agente meteorológico es el agua. Y, teniendo en cuenta las enormes extensiones de los océanos, la erosión que se produce en las costas ocupa el primer lugar. Este efecto es claramente visible en el cambio de la línea de costa y el aumento del nivel del mar. La mayoría de las ciudades pobladas de todo el mundo están situadas cerca de las costas; así, la mayor parte de la población mundial vive a pocos kilómetros de la costa. Por lo tanto, se requiere una gestión adecuada de las tierras costeras para satisfacer las necesidades de una población cada vez más numerosa. El cambio de la línea de costa (erosión de los acantilados) se ha estudiado utilizando modelos de predicción que se basan en registros históricos y en los datos geomorfológicos de una determinada región. Los modelos actuales de extrapolación histórica utilizan datos históricos de retroceso, pero diferentes entornos con los mismos valores históricos pueden producir características de retroceso anual idénticas a pesar de que las respuestas potenciales a un entorno cambiante sean desiguales. Por este motivo, en el capítulo 4 se explican los modelos de proceso-respuesta basados en datos reales de la costa de Holderness (Reino Unido), para proporcionar predicciones cuantitativas de los efectos de los cambios naturales e inducidos por el hombre que no pueden predecirse con otros modelos.

Con la llegada de la tecnología de satélites, ha sido absolutamente fácil estudiar la superficie de la Tierra a partir de datos de satélites. Cuando se trata de identificar diversas formas del terreno y describir su aspecto físico, las imágenes de satélite o las fotos aéreas resultan muy útiles. Sin embargo, este enfoque es más cualitativo que cuantitativo y se define como morfografía, donde se describen las formas externas sin dar información sobre el modo de creación de esos rasgos. Se utilizan varios métodos para definir el origen de los rasgos y el mecanismo de desarrollo de los mismos. Esto se incluye en la morfogénesis, mientras que la morfocronología se ocupa de la estimación de la edad de las formas tanto en términos absolutos como relativos. Por último, la estimación cuantitativa realizada mediante mediciones de los rasgos geométricos de las formas del terreno se conoce como morfometría. Hay varios parámetros morfométricos e índices morfométricos que se utilizan en la geomorfometría para definir el análisis y la clasificación de las formas del relieve. El capítulo 5 presenta una revisión detallada explicando varios índices y parámetros geomorfométricos y muestra la utilización del MDE para la extracción de esta información. Explica estas herramientas con varios ejemplos que están disponibles en varios paquetes de SIG.