Locos por la Geología

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Como este post es continuación del de la semana anterior, en caso de que no lo hayan hecho ya, les recomiendo ir a leer la primera parte, antes de internarse en ésta de hoy.

La semana pasada contesté las siguientes preguntas:

¿Por qué es posible señalar algunas reglas evolutivas?

¿Cuáles serían las reglas evolutivas que han alcanzado mayor consenso entre los investigadores?

¿Qué es la complejidad progresiva de la biosfera?

Hasta aquí llegamos el lunes pasado, ahora seguiremos desde ese punto.

¿Qué es la ortogénesis?

Esta ley se relaciona claramente con la siguiente, según ya veremos. Pero definámosla ahora.

Comencemos por decir que en su concepción original, el término ortogénesis implicaba algún grado de contaminación teológica y filsosófica, que no resiste las objeciones científicas actuales.

En efecto, su formulación antigua implicaba un «diseño preestablecido» en la evolución, a la que se consideraba encaminada hacia algún fin último. Se proponía pues, para la evolución un camino prácticamente lineal hacia una meta perfecta. Y aquí, la contaminación religiosa atribuía la definición de esa meta a un propósito divino.

No obstante, los científicos propusieron mecanismos medianamente orientados en una dirección dada, pero que respondían a procesos genéticos regidos por principios biológicos y físico químicos, respondiendo en gran medida a factores ambientales, pero que no excluían mutaciones aleatorias.

El término ortogénesis requirió con el tiempo una redefinición profunda. En su concepción más actual, la ortogénesis se refiere simplemente a un principio según el cual se puede observar que allí donde se cuenta con los fósiles suficientes como para documentar los cambios progresivos de un género o familia en particular, dichos cambios no representan saltos en cualquier dirección, sino que una vez instalados, parecen seguir una dirección definida.

Esto se relaciona también con el éxito alcanzado por cada cambio en materia de supervivencia y adaptación a las condiciones ambientales. Una vez que un cambio, que inicialmente puede ser aleatorio, como ya vimos en otro post, mejora la competencia de los individuos portadores de dicho cambio, las sucesivas mutaciones tienden a acentuarlo.

¿Qué significa la irreversibilidad de la evolución?

El proceso evolutivo es aditivo, es decir que va sumando cambios, lo cual hace tan complejos los resultados, que una vez que se desarrolla un taxón diferente, sus individuos no retroceden jamás a ser lo que sus antepasados fueron.

Las aves, que evolucionaron desde los reptiles pueden sufrir mil cambios evolutivos generando nuevas especies, pero nunca regresarán a ser reptiles.

La explicación es simple: en cada estructura- y su correspondiente función- de los organismos vivos intervienen numerosos genes, combinados de manera compleja. Una nueva mutación, no reproduce esa misma combinación de genes. En situaciones de organismos más simples, con combinaciones más sencillas puede eventualmente producirse lo que se conoce como «homomorfismo», dando individuos parecidos, pero no idénticos en todos sus caracteres a los que quedaron atrás en el camino evolutivo.

Digamos entre paréntesis que el homomorfismo puede relacionarse con la convergencia adaptativa que veremos más abajo; pero puede ser también tema para un post en el futuro, porque es bastante entretenido.

¿Qué se entiende por especialización progresiva?

No es otra cosa que una gradual adaptación a las condiciones de vida en un lugar y situación dados. Por supuesto ocurre a lo largo de extensos intervalos y a través de numerosas generaciones. Normalmente la especialización se va acentuando no en el organismo en su conjunto, sino sobre alguna de sus partes. Tal el caso de las extremidades anteriores que a partir de los reptiles se fueron especializando para el vuelo hasta generar las alas que ostentan hoy sus descendientes, las aves.

Algunos científicos señalan que una especialización progresiva particular sería el aumento de la talla que culmina en un auténtico gigantismo, muchas veces preludio de la extinción de géneros, especies o inclusive taxones más altos. Ellos citan ejemplos como los anmonites, y dinosaurios, entre otros casos de desarrollo extremo previo a la extinción. Profundizaremos esto en el post que dedicaremos a las extinciones, pero ya hemos adelantado algo en el post sobre  tipogénesis, tipostasia y tipólisis.

¿Cómo ocurre la adaptación al ambiente?

Se da en dos niveles: el del individuo, que aprende estrategias para mejorar sus condiciones particulares de vida, como podría ser la conducta juguetona, sumisa o hasta agresiva que asumen los animales callejeros en las zonas urbanas, para obtener comida; y a lo largo de generaciones, en el proceso evolutivo general. Ya explicamos aquí y en otro post que solamente los rasgos favorables para mejorar la adaptación al medio, son los que se perpetúan en el tiempo.

Como ya están esas explicaciones básicas, elijo ahora dos aspectos particulares que quiero destacar aquí y que están explicitados en la imagen que ilustra el post. Ellas son el isomerismo o convergencia adaptativa, morfológica o evolutiva, y la radiación adaptativa.

La convergencia evolutiva conduce a que individuos de grupos distintos, y hasta de biocrones muy separados entre sí, asuman formas muy semejantes, simplemente porque son las que mejor responden a las exigencias del medio.

En la imagen ven tres animales acuáticos, es decir que viven o vivieron en el mismo medio, y que perteneciendo a grupos muy diferentes, adoptaron todos una morfología  hidrodinámicamente óptima para medrar en el océano, como es la fusiforme. Se trata de un mamífero, el delfín; un reptil extinguido, el ictiosaurio; y un pez, el tiburón. Los tres se parecen, sin ser de un mismo género.

El efecto inverso también ocurre, cuando desde un antepasado común surgen diversas especies adaptadas a ambientes diversos. En la imagen ven diversos ursus, es decir osos, que se ven morfológicamente diferentes porque también lo son los climas, relieves y alimentos disponibles en cada uno de sus hábitats.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post es de este sitio.

Este tema que empezamos a conversar hoy, nos ocupará dos semanas con sendos posts de lunes, porque es un poco extenso.

Por otra parte, este tópico tiene ya en el blog, muchos antecedentes que deberían leer. Todos ellos están con la etiqueta fósiles, y/o en la categoría Paleontología, e incluyen desde la definición de los fósiles hasta las pruebas y falsas contrapruebas de la evolución biológica, pasando por ítems como tipos de fósiles, procesos de fosilización, excavaciones paleontológicas, etc. Les diría que paseen un poco por todos esos posts para ir completando el conocimiento.

Volviendo al post de hoy, nuestra conversación trata una serie de «reglas» (así entre comillas, porque sabemos bien que la Naturaleza no sigue las reglas que nosotros proponemos) que se observan en el proceso evolutivo, y que tienen un cierto consenso entre los científicos. Hago esta salvedad porque la complejidad de la evolución ha determinado la existencia de diversas opiniones, casi todas muy autorizadas pero que no siempre son coincidentes. Tanto es así, que hasta hay quienes niegan de plano la evolución.

Por supuesto, el tema no se agotará en estos dos posts, sino que más adelante deberemso referirnos a muchos otros conceptos que completan estas ideas básicas, como son los relativos a extinciones, micro, macro y megaevolución, etc., etc. Pero eso será en algún momento futuro. Sólo ármense de paciencia, la Geología y sus ciencias afines son campos inagotables y llenos de sorpresas.

Dicho todo lo cual, elijo ahora algunas de esas «normas evolutivas», para tratar de comprenderlas.

¿Por qué es posible señalar algunas reglas evolutivas?

Estudios y análisis estadísticos sobre los registros fósiles permiten el reconocimiento de ciertas regularidades en el proceso evolutivo en su conjunto, indicando que no se trata de cambios caóticos que puedan dispararse en cualquier dirección, sino que responden a algunas pautas de una cierta lógica interna.

Esas «pautas rectoras» se complementan muchas veces con otras conocidas en el ámbito de la Biología y van acompañando, medianamente, los mayores cambios climáticos y ambientales de los que también se lleva registro.

¿Cuáles serían las reglas evolutivas que han alcanzado mayor consenso entre los investigadores?

Repito por enésima vez que mucho de lo que aquí les diga permanece en revisión crítica constante (bah, en realidad toda la ciencia está siempre revisándose, no sólo esta parte) y por eso tal vez mañana elegiría las reglas de otro modo, pero por hoy discutiremos las siguientes:

• Complejidad progresiva de la biosfera.
• Principio de ortogénesis.
• Irreversibilidad de la evolución.
• Especialización progresiva.
• Adaptación al medio.

¿Qué es la complejidad progresiva de la biosfera?

Si observamos los clásicos esquemas en que se pretende sintetizar las sucesivas apariciones de géneros y especies, lo que primero salta a la vista es que tienen un aspecto dendriforme, con un tronco común cuyas raíces se internan en los tiempos más remotos, y cuyas ramas van subdividiéndose y generando cada vez una copa más y más frondosa.

Esto es así, precisamente porque hay un aumento neto del número de especies que constituyen la flora y la fauna, aun después de descontar las muchísimas que corresponden a ramas que se truncan por las extinciones.

Y al hablar de complejidad creciente, no se trata sólo de una apreciación cuantitativa como señalamos más arriba, sino también cualitativa; puesto que las biotas más próximas al presente, también son más complejas en cuanto a sus anatomías, fisiologías y grados de organización en general. Comparadas en cambio con biosferas de tiempos muy remotos, la mayoría de estas últimas eran mucho más rudimentarias y más simples. Esto no implica la desaparición de organismos simples, sino lo inverso, es decir la aparición de organismos más complejos, que coexisten en muchos casos con aquéllos.

Lotze señaló en 1963 que las diferencias entre floras y faunas actuales y las de otros tiempos geológicos son una función directa de su distancia cronológica. A más distancia, mayores diferencias cuali y cuantitativas.

Hasta aquí llega el post de hoy. El lunes próximo responderemos a:

¿Qué es la ortogénesis?

¿Qué significa la irreversibilidad de la evolución?

¿Qué se entiende por especialización progresiva?

¿Cómo ocurre la adaptación al medio o ambiente?

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post ha sido generada sobre la base de dos diapositivas de una presentación de la Profesora Paola Vázquez, que encontré en este sitio.

Hoy vamos a conversar sobre una de las maravillas naturales que cuentan con protección de la UNESCO. Se trata de los Castillos de Algodón, así denominados por su aspecto tan sui generis.

¿Qué son y dónde quedan los Castillos de Algodón?

La expresión Castillos de Algodón es la traducción al español de la palabra turca Pamukkale, que es además el nombre con que se designa el lugar, constituido por una serie de terrazas que forman piscinas naturales de aguas termales que fueron descritas por primera vez por Marco Vitruvio Polión, el arquitecto de la Antigua Roma, en el S I a.C.

Ya por entones, esas aguas se consideraban terapéuticas, y se las señalaba como especialmente protegidas por Asclepio, el semidios de la medicina, su hija Hygieia -diosa de la salud, y Apolo, el dios de la medicina. Por ese motivo y su gran belleza visual, significaron un atractivo turístico por siglos, pero cuando las facilidades en el transporte aumentaron el número de las visitas, la sobreexplotación y la polución las pusieron en serio riesgo, hacia el final del siglo pasado. Fue entonces que la Unesco las declaró Patrimonio de la Humanidad en 1988, y desde entonces sólo se permiten los baños unas pocas horas al día y únicamente en zonas bien definidas.

Pamukkale está emplazada en la provincia de Denizli, dentro del valle del río Menderes, que discurre por el sudoeste de Turquía.

¿Cuáles son sus características generales?

Todo el conjunto se alza a una altura de 160 msnm, y se extiende por unos 2.700 metros. Su aspecto es semejante a un paisaje de aguas congeladas, o como lo indica el nombre, compuesto por nubes algodonosas.

En realidad el material dominante es el carbonato de calcio, constituyendo la roca que se conoce como travertino, que adquiere la forma de piletas en distintos niveles, y siendo un caso si no único, al menos sólo comparable a otro monumento natural de Hierve el agua, en Oaxaca (México).

La declaración de protección por la UNESCO incluye tanto a las piscinas como a las ruinas de la antigua ciudad helénica de Hierápolis, que data aproximadamente del año 180 a.C. La destrucción de esa ciudad se debió a uno de los tantos terremotos que caracterizan la dinámica geológica del lugar. Pese a sucesivas reconstrucciones, finalmente la ciudad sucumbió al sismo de 1354.

¿Cuál es su marco geológico y su geomorfología?

Pamukkale es un campo geotérmico activo, generado en el Cuaternario, que cubre un área de aproximadamente 10 km², en el que aflora un cuerpo travertínico. Ocupa una porción en el margen noreste de la Cuenca de Denizli, dentro de la Provincia Geológica conocida como Western Anatolian Extensional Province (Provincia Extensional de Anatolia occidental), que es una de las regiones sísmicamente más activas del mundo, con magnitudes Richter promedio de 6.

La dinámica extensional en Anatolia occidental estuvo activa desde el Oligoceno tardío, y produjo la exhumación de rocas metamórficas más antiguas, al tiempo que generaba un relieve de cuencas y sierras. Las primeras están surcadas por fallas normales todavía activas en su mayoría.

La cuenca de Denizli Basin tiene orientación WNW- ESE- y alrededor de 70 km de longitud y 50 de ancho, y fue rellenada por una sucesión continental de edad cuaternaria, que se depositó en ambientes aluviales y lacustres.

En el margen nororiental de la cuenca, específicamente donde se encuentra Pamukkale, yacen sucesiones mesozoicas dentro de un complejo apilamiento que sobreyace a la sucesión metamórfica del Paleozoico- Mesozoico, y que se conoce como Macizo Menderes.

Esa secuencia está separada de los sedimentos Cuaternarios continentales, por un sistema de fallas normales que buzan al SW. Ese sistema de fracturas es el que da paso a la circulación y surgencia hidrotermal, especialmente a través de la cresta de fisura denominada Äukurbaüy.

La cresta de Äukurbaüy es un rasgo morfogenético continuo de unos 360 m de longitud y 30 de ancho, con altura máxima de 10 m, y perfil asimétrico, en el que la pendiente norte es más abrupta y elevada que la sur. Eso dio el espacio protegido para la depositación del travertino, en varias unidades bien estratificadas que forman las sucesivas piletas.

¿Cómo se formaron?

El cuerpo travertínico es sintectónico y fuertemente controlado por las fallas, que se propagan dentro del cuerpo carbonático. Cada pulso de activación de las estructuras, permite nuevos ascensos de los fluidos que depositan luego su carga carbonatada en superficie.

En resumen, los carbonatos que generaron Pamukkale se vienen depositando desde hace al menos 400.000 años, por el ascenso de aguas termales con temperaturas que varían entre 35 y 56°C, que surgen desde un basamento rico en calcio y con permeabilidad aumentada por las fallas extensionales.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.
P.S.: La imagen que ilustra el post vino en un power point por mail y desconozco su origen.

Hoy la elección del tema para mi post pasa por la efeméride. Efectivamente, el 29 de marzo de 1848, se recuerda un hecho curioso del que no se cuenta con registros históricos anteriores, y se trata del congelamiento completo de las cataratas del Niágara, fenómeno que duró treinta horas.

Vamos a recordar ese hecho, y usarlo de excusa para señalar algunas cosas más.

¿Dónde quedan y qué características tienen las cataratas del Niágara?

Las cataratas del Niágara – como casi siempre ocurre con las cataratas más imponentes del mundo- no están constituidas por una única caída, sino, en este caso, por al menos tres saltos mayores que detallaremos en seguida; y que se localizan sobre el río homónimo, en la región nororiental de América del Norte, entre Estados Unidos y Canadá. Se encuentran a unos 236 msnm y salvan un desnivel de  aproximadamente 64 metros.

Los saltos que mencionaba arriba son:

• La Catarata Canadiense o Horseshoe Fall, en la Provincia de Ontario.
• La Catarata Estadounidense, en el estado de Nueva York.
• La Catarata Velo de Novia, de mucho menor tamaño.

Aunque no tienen una gran altura, sí  son las más caudalosas de América del Norte, ya que reúnen toda el agua de los Grandes Lagos. Son valiosas como sitio turístico y como fuente de energía.

¿Qué significa el término Niágara?

Toda la región estaba, a la llegada de los europeos, poblada por una tribu iroquesa, cuyo nombre era ongiara, pero a la que los conquistadores franceses llamaban «los mediadores», pues fueron con ellos muy amigables y facilitadores de su relación con otras tribus.

Según las leyendas de los ongiara, en la cueva que se encontraba tras la Horseshoe Fall, vivía HE-NO, el Dios del trueno, y en el idioma originario, la palabra Niágara significa «trueno de agua». Según esa misma leyenda, el jefe de la tribu concedió la mano de su hija Lelawala a un soldado invasor; pero ella prefirió desobedecerle e irse del poblado, para entregar su alma al Dios del trueno, con quien permanece desde entonces en la catarata.

¿Cuál es el origen geológico de los saltos de agua?

Como el propósito de hoy es simplemente recordar una efeméride, habrá otro post más completo al respecto en el futuro, pero hoy baste con decir que la catarata se originó hace alreddor de 10.000 años, de resultas del avance glaciario que cambió la topografía y el drenaje por completo, dejando como resultado los grandes lagos, cursos y saltos de agua que generaron los grandiosos paisajes que incluyen a las Cataratas que nos ocupan.

¿Además del que hoy se conmemora, hubo otros episodios en que se congelaron las cataratas del Niágara?

Si bien los fenómenos geológicos dejan sus propios registros, en la historia recopilada por el hombre sólo se reconocen tres episodios en que las Cataratas se congelaron de manera completa. Esos episodios son:

• El 29 de marzo de 1848, tras una ola de frío en la que se alcanzaron valores mínimos de -35º C quedaron completamente congeladas. Para que eso ocurriera, fue necesario que primero un gran bloque de hielo la bloqueara permitiendo tan completo congelamiento.
• La segunda ocasión documentada en la historia, fue en 1902 y hay registros de ella en la Biblioteca Pública de las Cataratas del Niágara.
• El último congelamiento completo es del año 1936.

Hay también una imagen bastante famosa y conocida como «Cave of the winds in Winter Niagara Falls», que apareció en una postal de 1911, pero de la que no se sabe si fue de alguno de los dos episodios anteriores, o si también existió un fenómeno similar en ese año.

Existen otros episodios en que los saltos se congelaron, pero sólo parcialmente, como son los casos de 2007, de enero de 2014 y por fin del 23 de enero de 2019, en que tras el paso de la tormenta Harper, la temperatura descendió hasta -20°C.

¿Por qué se dice que no pueden volver a ocurrir esos congelamientos completos?

Como puede observarse, después de 1936 no volvieron a congelarse por completo, lo que en buena medida podría deberse a algún ligero cambio del microclima, inducido por la creación de la planta generadora de la Autoridad de Energía de Nueva York. Aunque esta aseveración no pasa de ser especulativa.

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Como un avance más, aplicable tanto a la dinámica fluvial, como a la eólica, y a cálculos de laboratorio, hoy veremos la ley de Stokes y su derivación hacia un caso particular: el de las partículas pequeñas que sedimentan en un fluido.  Pero vayamos por partes.

¿A quién debe su nombre la ley de Stokes?

A Sir George Gabriel Stokes, primer Baronet del Reino Unido, un matemático y físico irlandés que realizó contribuciones importantes a la dinámica de fluidos, y a quien se considera como uno de los tres más importantes estudiosos de las ciencias naturales de su época, junto a James Clerk Maxwell y Lord Kelvin.

Fueron ellos tres los que inauguraron la fama de la escuela físico matemática de Cambridge a mediados del siglo XIX.

¿Qué conocemos de Sir Stokes, su vida y su trabajo?

Nació en Skreen, condado de Sligo, Irlanda, el 13 de agosto de 1819, y falleció en Cambridge, Inglaterra, el 1º de febrero de 1903. Sus primeros estudios fueron en Skreen, Dublín y Bristol, pero se graduó en 1841 en Pembroke College, de la Universidad de Cambridge, habiendo obtenido tan altos honores como el título de Senior Wrangler y el Premio Smith.

En seguida fue contratado como profesor, pero en 1857 renunció a su cátedra por haberse casado, lo cual no estaba permitido en los estatutos de su Facultad. Debió esperar doce años hasta la modificación de esos estatutos para retomar la docencia que ejerció en esa Universidad hasta su muerte.

Entre 1885 y 1890 fue presidente de la Royal Society, y a lo largo de su carrera produjo más de un centenar de publicaciones.

Merece destacarse el hecho de que siempre reunía el análisis teórico matemático y la comprobación experimental, lo que dio una gran solidez a sus múltiples contribuciones a la ciencia.

Algunos de los temas que abordó fueron: el movimiento uniforme de fluidos incompresibles, la fricción de fluidos en movimiento, el equilibrio y movimiento de sólidos elásticos y numerosos tópicos de la teoría del sonido. Muchos de sus trabajos impulsaron el conocimiento de la hidrodinámica y fenómenos asociados a ella.

Entre los numerosos honores que se le dispensaron, cabe mencionar que la unidad de medida de la viscosidad cinemática en el Sistema Cegesimal lleva su nombre; como también lo lleva la ley que hoy nos ocupa, un teorema de geometría diferencial, las ecuaciones de Navier-Stokes, de dinámica de fluidos, y los parámetros usados para cuantificar la polarización de las ondas electromagnéticas. Todo eso solamente en el campo de la Ciencia Física, pero también en Astronomía, llevan su nombre un cráter lunar y uno marciano, y el asteroide 30566.

Como si eso no bastara para engrandecer su figura, recibio otras distinciones, como la Medalla Rumford de la Royal Society, la Medalla Copley y el título de Baronet, para citar unos pocos ejemplos. En 1891 publicó sus conferencias Gifford en un volumen titulado Teología Natural.

¿Cuál es la formulación original de la ley de Stokes?

En su formulación original, la ley de Stokes se refiere a una fuerza de fricción, aunque luego veremos que también se conoce con ese nombre a una derivación posterior con la que se miden velocidades de caída de partículas en el seno de un fluido.

Pero no nos apresuremos, inicialmente la ley de Stokes cuantifica la fricción que experimentan objetos esfáricos pequeños que se mueven a baja velocidad dentro de un fluido viscoso en régimen laminar.

La expresión matemática es:

Fr= 6πµvr

donde r es el radio de la esfera, v su velocidad y µ es la viscosidad del fluido. Aclaremos que la viscosidad de un fluido es la medida de su resistencia a las deformaciones graduales debidas a las tensiones cortantes o de tracción. Obviamente 6 pi es constante.

¿Cómo se aplica a la sedimentación de partículas muy finas en un fluido?

Una consecuencia de esa formulación fue obtener la velocidad de caída vertical- sólo debida a su propio peso- de una partícula muy fina en el interior de un fluido. Ese fluido puede ser en la naturaleza, un curso de agua, o el propio viento. Dicha velocidad se expresa en la siguiente formulación matemática:

donde:

V es la velocidad de caída de las partículas;

g es la aceleración de la gravedad;

dp es la densidad de la partícula;

df  es la densidad del fluido;
µ es la viscosidad del fluido; y
r es el radio equivalente de la partícula.

Aclaremos que esa velocidad se mide para ciertos supuestos:

• La partícula debe ser esférica. Pero como en la naturaleza la esfera perfecta difícilmente existe, se habla de un radio equivalente, que es aquél que corresponde a la esfera teórica o ideal, en la que mejor se inscribe la partícula real de que se trate.
• La temperatura del fluido debe ser constante, de modo que se mantenga también invariable su viscosidad, ya que de ella depende.
• No debe haber otras fuerzas intervinientes que pueden cambiar el flujo de laminar a turbulento.

¿Qué aplicaciones prácticas tiene esta ley?

Muchas. Para empezar explica claramente por qué partículas muy finas, cuya velocidad de caída es muy baja pueden permanecer en suspensión por largos intervalos, ya sea en la atmósfera, donde los vientos pueden llevarlas a cientos o aun miles de kilómetros de distancia de su fuente de origen; o en los cursos de agua.

Estos datos son importantes a la hora de calcular las plumas de contaminación de las que hablaremos en algún otro post.

Pero además, el cálculo de la velocidad de caída es la base de las metodologías por sedimentación y por densimetría que se usan para calcular la granulometría de la fracción fina de materiales sedimentarios y suelos. Esto se los he explicado en un apunte que puede ver en este post.

También contribuye a entender la gradación de los materiales en columnas sedimentarias, y a reconstruir sistemas de paleocorrientes e interpretar paisajes y relieves, pero eso es tema para otros posts.

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P.S.: La imagen que ilustra el post tiene el correspondiente crédito al pie.