Fundamentos de Hidrogeología, Geomorfología Climática y Tectónica de Placas

1. Parámetros Hidrogeológicos y Ley de Darcy

En el estudio hidrogeológico del subsuelo, destacan las siguientes propiedades y leyes fundamentales:

• Porosidad ($n$): Es el conjunto de huecos o vacíos presentes en el terreno, expresado en porcentaje (%) en relación con su volumen total. Depende estrechamente de las características del terreno:
  • Terreno granular: Determinado por la forma y el tamaño del grano, así como por el grado de compactación y cementación.
  • Terreno cohesivo: Condicionado por la fisuración, el nivel de meteorización y la disolución.
• Permeabilidad ($K$): Capacidad intrínseca del terreno para permitir el paso de agua a través de sus poros e intersticíos.
• Coeficiente de permeabilidad: Representa el caudal ($Q$) que se filtra a través de una sección unitaria del terreno bajo un gradiente hidráulico unitario ($i = 1$), a una temperatura fija del agua.
• Transmisividad: Caudal ($Q$) que se filtra a través de una sección vertical del terreno de ancho unitario y de altura equivalente a la del acuífero, bajo un gradiente unitario y a una temperatura constante del agua.
• Ley de Darcy: Principio físico que rige el movimiento del agua subterránea en un acuífero; establece que el flujo a través de un medio poroso es directamente proporcional a la pérdida de carga, a la sección transversal considerada y a la conductividad hidráulica.

2. Sistemas Morfoclimáticos

Clima Templado (Húmedo o Normal)

Se caracteriza por una cubierta vegetal constituida por bosques perennes, caducifolios y praderas. Por sus condiciones climáticas, prevalecen los siguientes procesos:

• Meteorización mecánica y química:
  • Gelivación: El agua penetra en las fracturas de las rocas y se congela; los ciclos repetitivos de hielo y deshielo provocan la fracturación progresiva de la roca.
  • Solifluxión: Los materiales se saturan y fluyen, dando lugar a coladas de barro y lóbulos en laderas compuestas por materiales blandos con agua intersticial.
  • Oxidación: Favorecida por la abundante disponibilidad de agua y humedad.
• Erosión: Se produce principalmente en los ejes de los valles y en las laderas a través de:
  • Lavado por arrollada: El agua de escorrentía desciende removiendo los materiales más finos y transportándolos en suspensión, ejerciendo una fuerte acción erosiva.
  • Creep o reptación: Movimiento descendente, lento y continuo ladera abajo de los materiales que forman el manto edáfico.
• Transporte y sedimentación: El principal agente de transporte es el fluvial, y la sedimentación de los detritos erosionados y transportados da lugar característicamente a terrazas fluviales.

Sistema Periglaciar

Presente en latitudes altas y en zonas montañosas de gran altitud, dominado por vegetación de tundra y taiga:

• Meteorización: Predomina de forma casi exclusiva la mecánica mediante gelivación o crioclastia; la meteorización química carece de representatividad.
• Formas de relieve características:
  • Canchales: Acumulaciones al pie de las vertientes de fragmentos angulosos de roca liberados por la acción de la cuña de hielo.
  • Glaciares rocosos y coladas de bloques: Cuerpos conformados por bloques de diversos tamaños mezclados con matriz fina y hielo que se desplazan lentamente en zonas de escasa pendiente.

Sistema Glaciar

Se desarrolla en climas fríos con una gran acumulación permanente de nieve y hielo, aunque no siempre se trate de zonas con precipitaciones copiosas:

• Meteorización: Es exclusivamente mecánica, destacando la abrasión (desgaste y erosión por fricción ejercida por los clastos transportados en la base del glaciar contra el sustrato rocoso). No existe alteración química relevante.
• Transporte: El agente exclusivo es la propia masa de hielo, cuya dinámica depende del espesor del glaciar y de la pendiente topográfica.
• Formas de relieve características:
  • Valles glaciares: Valles en artesa con perfil transversal en forma de «U», provistos de laderas escarpadas y fondos amplios. Cuando son inundados por el mar reciben el nombre de fiordos.
  • Circos glaciares: Cuencas o depresiones semicirculares en la cabecera de los valles donde se acumulan la nieve y el neviza para dar origen al hielo glaciar.
  • Morrenas: Acumulaciones heterogéneas y caóticas de sedimentos no estratificados (tillitas) de diversos tamaños abandonados tras el retroceso del hielo.

Sistema Árido o Subárido

Definido por la escasez de precipitaciones, que cuando ocurren son de carácter torrencial. Las temperaturas son muy oscilantes (pudiendo variar entre 0 °C y más de 50 °C en un mismo día). La evaporación anual supera a la precipitación, determinando terrenos secos y vegetación escasa o nula:

• Meteorización: Fundamentalmente mecánica por termoclastia (ciclos intensos de contracción-dilatación térmica), acción eólica y acción torrencial. La meteorización química es marginal (oxidação leve).
• Procesos y morfologías ligadas al agua: Circula de tres formas: endorreica (drenaje hacia cubetas cerradas interiores), arreica (sin cauces definidos, perdiéndose por infiltración o evaporación) y mediante ramblas (cauces secos estacionales de régimen torrencial). Genera abanicos aluviales y lagos endorreicos (salares/playas).
• Acción del viento: Eficaz debido a la ausencia de vegetación. Actúa por deflación y corrasión (abrasión eólica). Origina depósitos como dunas (acumulaciones arenosas activas) y draas (macroformas dunares gigantescas).

Sistema Ecuatorial o Intertropical

Localizado en latitudes tropicales, con clima cálido y precipitaciones constantes y abundantes. La vegetación selvática densa limita la exposición directa de afloramientos rocosos:

• Meteorización: Predominio absoluto de la meteorización química, facilitada por altas temperaturas y constante humedad. Destaca la hidrólisis de silicatos, donde el agua y los ácidos atacan la roca disolviendo cationes y concentrando óxidos e hidróxidos de hierro y aluminio que forman costras lateríticas.
• Dinámica de laderas y transporte: El agua fluvial es el principal mecanismo de evacuación, organizando ríos de gran caudal. En vertientes produce:
  • Arrollada laminar: Escurrimiento difuso sobre las laderas al amortiguarse el impacto de la gota de lluvia en el dosel vegetal.
  • Solifluxión y reptación: Movimientos masivos que generan deslizamientos superficiales, arrastrando cubierta edáfica y arbolado.
  • Relieves residuales: Morfologías redondeadas de tipo pan de azúcar (inselbergs), conformadas por rocas resistentes a la alteración química cuyas vertientes abruptas evacúan rápidamente el agua superficial impidiendo el estancamiento de la meteorización.

3. Dinámica Litoral y Modelado Costero

El litoral comprende la franja delimitada entre los niveles de pleamar (marea alta) y bajamar (marea baja). Esta zona está sujeta a la acción hidrodinámica continua del oleaje, las mareas y las corrientes de deriva litoral. La combinación de acción hidráulica, abrasión y corrosión marina genera notables procesos erosivos y morfologías de acumulación:

• Acantilados: Escarpes rocosos abruptos donde el oleaje socava la base (muesca de abrasión), provocando el colapso gravitatorio de la cornisa superior.
• Playas: Formas de depósito compuestas por arenas y cantos acumulados en la zona de rompiente y desmantelamiento de las olas.
• Cordón litoral: Barrera arenosa que se dispone de forma paralela a la costa, aislando frecuentemente una laguna costera (albufera o lagoon) de la influencia directa del mar abierto.
• Flechas y espigas litorales: Lenguas arenosas alargadas conectadas a tierra firme por un extremo y orientadas en el sentido de la corriente de deriva de la costa.

4. Deformación de la Corteza y Tectónica de Placas

Factores que Condicionan el Comportamiento de los Materiales Corticales

• Presión: A presiones elevadas, los materiales rocosos reducen su fragilidad y exhiben comportamiento dúctil. Se distinguen:
  • Presión litostática: Producida por el confinamiento del peso de las rocas suprayacentes (~250 kp/cm² por cada kilómetro de profundidad).
  • Presión orientada (esfuerzos tectónicos): Empujes direccionales asociados a orogenias.
  • Presión en zonas de subducción intraplaca: Régimen de compresión extremo.
• Temperatura: Incrementa la ductilidad y disminuye el límite elástico de las rocas. El gradiente geotérmico medio es de aproximadamente 1 °C por cada 33 metros de profundidad. Se genera por calor residual, desintegración de elementos radiactivos, deformación mecánica e intrusiones magmáticas.
• Tiempo geológico: Las deformaciones que a escala humana parecen rígidas se comportan de modo plástico cuando actúan a lo largo de millones de años.
• Fluidos intersticiales: Reducen la fricción interna en planos de discontinuidad, actuando como lubricantes y facilitando el cizallamiento y la reactivación de fallas.
• Anisotropía: La resistencia a la compresión, tracción y cizalla varía según la orientación estructural y estratigráfica de las rocas y sedimentos.

Teoría de la Tectónica de Placas

Modelo global que explica la estructura y evolución de la litosfera, la distribución de las placas corticales, los orógenos (formación de cordilleras), la sismicidad y el vulcanismo concentrados en franjas específicas del globo, así como la ubicación de las grandes fosas marinas contiguas a arcos insulares o márgenes continentales.

1. Dorsales Oceánicas

Cordilleras submarinas volcánicas provistas centralmente de una depresión tectónica denominada valle de rift. Se originan por corrientes de convección ascendentes en el manto que adelgazan y fracturan la litosfera oceánica, favoreciendo un vulcanismo basáltico continuado. Presentan un flujo térmico elevado, sismicidad superficial recurrente, escarpes en gradas y ausencia de cobertera sedimentaria consolidada en su eje.

2. Expansión del Fondo Oceánico

El magma que asciende a través de los valles de rift consolida formando nueva corteza oceánica de manera simétrica en bandas paralelas a la dorsal. Dichas franjas registran la polaridad del campo magnético terrestre contemporáneo a su cristalización (paleomagnetismo).

3. Tipos de Bordes de Placa Litosférica

• Bordes constructivos o divergentes: Coincidentes con las dorsales oceánicas y rifts continentales, donde se genera litosfera oceánica.
• Bordes pasivos o transformantes: Fallas transformantes donde las placas se desplazan lateralmente sin creación ni destrucción de corteza.
• Bordes destructivos o convergentes (Zonas de Benioff): Zonas de subducción donde una placa litosférica densa se introduce bajo otra, retornando material al manto. Este mecanismo compensa geométricamente la creación de corteza en las dorsales oceánicas y se asocia a intensa sismicidad profunda, magmatismo y orogénesis. Presenta tres modalidades:
  • Placa oceánica contra placa continental: Origina fosas oceánicas y cordilleras periféricas con arcos volcánicos (p. ej., la cordillera de los Andes).
  • Placa oceánica contra placa oceánica: Conduce a la formación de arcos de islas volcánicas y fosas marinas profundas.
  • Placa continental contra placa continental (obducción/colisión): Cierre de cuencas oceánicas que desencadena grandes cordilleras intracontinentales de colisión (p. ej., el Himalaya).