Locos por la Geología

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PAISAJE NATURAL CON CASCADA DE AGUAS CRISTALINAS

Fidel Micó, Pintor de Paisajes Cubanos

Esta belleza, que representa muy bien un proceso geológico, fue publicada originalmente en este sitio.

Un abrazo y hasta el próximo lunes, con un post científico. Graciela.

Hoy les regalo la foto, tomada de la revista Selecciones del Reader’s Digest, en que pueden disfrutar una vista del Río Mina Clavero, declarado una de las 7 Maravillas Naturales de Argentina. Por supuesto hablaremos de él en un post científico en algún momento.

Un abrazo y hasta el próximo lunes, con un post científico. Graciela.

No hace mucho, introduje ya el concepto de perfil de equilibrio, y les adelanté que era un concepto teórico, y que en la práctica, ese perfil ideal nunca se alcanza de modo duradero- y mucho menos permanente- porque cualquier mínimo cambio lo altera por completo, ya que se trata de un sistema complejo.

Después de repasar el post, he tenido la sensación de que podemos explicitar un poco más ese tema, y a eso voy a dedicar el texto de hoy. Por supuesto, les orde sugiero amablemente que vayan a leer ese post anterior antes de internarse en éste.

¿Qué conceptos conviene introducir para comprender mejor el tema?

Para que todo lo que sigue nos quede definitivamente claro, debemos conocer al menos los conceptos de potencia neta y potencia bruta, y su efecto sobre la dinámica fluvial resultante.

¿Qué es la potencia bruta?

Comencemos poe decir que potencia es de modo general la capacidad de producir trabajo, y en el caso particular de un río, es su capacidad de cargar y transportar material.

La potencia de una corriente de agua es proporcional al caudal (masa de agua en movimiento), y al cuadrado de la velocidad con que discurre. Esto se expresa así:

P= Q x V²  donde P= potencia; Q= caudal y V= velocidad.

A su vez, el caudal se obtiene matemáticamente al multiplicar la superficie total de una sección transversal del área mojada por la corriente (S), por la velocidad con que corre (V). La razón de esta fórmula es obvia: imaginen un caño, cuanto más grande sea el diámetro (y por ende la superficie de la sección) y más rápido pase el agua por él, más cantidad (caudal) pasa.

Q= S x V, si reemplazamos Q en la fórmula anterior resulta:

P= S x V x V² que en definitiva es igual a  P= S x V³

Ya tenemos pues la fórmula de la potencia de una corriente. Pero no hay una única forma posible de considerar a la potencia. Lo que dijimos hasta aquí se conoce como potencia bruta, cuando aplicamos un sentido estricto. En definitiva, se trata de la capacidad de transporte y carga disponible en un sistema ideal y supuestamente invariable.

¿Qué es la potencia neta?

Cuando hacemos un análisis más realista del sistema fluvial, observamos de inmediato que siempre hay algo de carga en él, sean sedimentos, material biológico, o contaminantes. En definitiva, esa potencia bruta, que no es otra cosa que energía disponible teóricamente para el transporte, es en parte absorbida por los rozamientos que ocurren entre el agua y su carga, o por la reistencia que oponen la viscosidad, la rugosidad del lecho, etc.

El resto de capacidad de carga, que permanece cuando se resta la que se pierde como acabo de describir, es lo que se conoce como potencia neta.

En una fórmula aproximada:

Pn= Pb – (Par+ Patc) donde:

Pn= potencia neta

Pb= potencia bruta

Par= potencia absorbida por los rozamientos y rugosidad

Patc= potencia absorbida en el transporte de la carga

¿Cómo se relacionan ambas potencias entre sí, y cómo se manifiesta esa relación en los procesos fluviales?

Repitamos la fórmula que explicamos arriba:

Pn= Pb – (Par+ Patc)

Si el resultado es positivo, es decir que hay una potencia bruta superior a las pérdidas, la corriente tiene capacidad para adquirir más carga, erosionando el cauce, o recibiendo material aportado de otra forma.

Si el resultado es negativo, es decir que las pérdidas por rozamiento y carga superan a la potencia bruta, la corriente lo compensa, depositando algo de la carga, es decir que ocurre sedimentación en ese punto del curso.

Cuando el resultado es cero, en cambio, vale decir que las pérdidas de energía y la potencia bruta se igualan, entonces no ocurre erosión ni sedimentación. Sería la definición del perfil de equilibrio.

En otras palabras, el perfil de equilibrio es aquél a lo largo del cual, se mantiene una potencia neta igual a cero, porque las pérdidas son siempre equivalentes a la potencia bruta.

¿Qué sucede a lo largo del perfil de equilibrio?

Lo que dijimos al final de la respuesta anterior es inviable en la naturaleza. Jamás podrá mantenerse el valor cero de la Potencia neta a lo largo de todo el perfil; y ni siquiera por mucho tiempo en un único punto del perfil.

Esto sucede porque todos los puntos del perfil son interdependientes, y si por alguna razón la potencia cambia en un punto, todos los demás se reajustan a su vez.

Supongamos un perfil con potencia neta igual a cero. ¿Cuánto tardará en ocurrir una lluvia que aumente el caudal, y por consiguiente cambie la potencia bruta, que al aumentar también dejará un resto de energía para socavar el cauce? ¿O a la inversa, cuánto pasará hasta que caiga más carga desde las laderas, o alguien tire algo, aumentando el rozamiento, y disminuyendo la potencia bruta, hasta el punto en que dispare la sedimentación en ese lugar del curso?

Esto en un recodo dado del río. Pero si en un punto ocurre erosión, en otro, ese material cargado por el propio socavamiento, se hará excesivo y se depositará algo de material en otro punto. Esto explica la continua variación del perfil de equilibrio, que por eso mismo se convierte en un concepto de referencia meramente teórico.

Y a todo esto se debe sumar lo que ya les expliqué de los cambios de nivel de base, que inciden en la configuración del perfil tanto real como de equilibrio.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La foto que ilustra el post es del Tigre, lugar que me encanta.

A lo largo del tiempo, he venido subiendo numerosos posts relacionados con la dinámica fluvial, que les convendría ir a revisar. En ellos ya he explicado los conceptos de: flujos laminar y turbulento, partes de los ríos, cuencas hidrográficas, diseños de drenaje, mecanismos de carga, transporte, desgaste y depositación.

Hablamos también ya de los factores que inciden en la velocidad de una corriente, tema que importa conocer para predecir y prevenir crecientes, inundaciones, etcétera, y que por supuesto son de gran interés a la hora de realizar Evaluaciones de Impacto Ambiental.

Comencemos por reconocer que todo cuanto mencionamos está inmerso en un sistema, por lo que les conviene repasar ese concepto también, por lo cual les dejo el link correspondiente.

¿Qué se entiende por nivel de base en un sistema fluvial?

Se trata de un concepto acuñado en 1875 por John Wesley Powell, el primer geólogo que exploró el Gran Cañón, tema que amerita un post para más adelante, dicho sea de paso.

Se conoce como nivel de base, a aquel plano horizontal teórico que impone el límite final a la acción erosiva de una corriente fluvial y por ende a todos sus afluentes.

Es entonces, el nivel por debajo del cual cesa la acción fluvial, y que de manera generalizada no es otro que el nivel del mar.

Sin embargo, existen tambié niveles de base locales, que se producen allí donde se pierde la pendiente, que ya dijimos en otro post. es el requisito para que una corriente pueda fluir. Los niveles de base locales pueden ser naturales o artificiales. Del primer tipo son principalmente los lagos, pantanos y bañados; y del segundo, son los diques y represas, todos los cuales determinan la cota más baja que alcanza el río en la zona en cuestión.

Un caso particular de nivel de base local, que en la larga evolución del paisaje es de corta duración, puede estar constituido por un estrato resistente que embalsa la corriente mientras ella no pueda erosionarla.

¿Se trata de un elemento estable o permanente?

Todo nivel de base ya se trate del global, que es el mar, o de los locales, es tan dinámico como lo es todo el sistema terrestre. Los niveles de base locales varían a lo largo de la evolución del paisaje, o también por eventos tectónicos que se producen a veces muy rápidamente.

Además de los mencionados, es obvio que eventos que modifican la extensión de los espejos de agua, llevan el nivel de base a lugares diferentes. En otras palabras, si crece un lago – usemos este ejemplo para visualizarlo mejor- el río que desagua en él, alcanzará sus riberas antes, y allí será su nuevo nivel de base, a veces muchos metros por arriba de su anterior posición.

Cuando del mar se trata, los cambios en su nivel se conocen como ingresiones o transgresiones cuando avanzan hacia adentro de la costa; y regresiones cuando implican una retirada de las aguas. Son cambios habituales a lo largo de la historia geológica y geomorfológica, y se conocen como movimientos eustáticos.

¿A qué procesos se deben los cambios eustáticos?

¿Qué se entiende por perfil de equilibrio de un curso fluvial?

El perfil de equilibrio, no es otra cosa que un modelo teórico en el que el río alcanza un estado de equilibrio entre la erosión y la depositación que le permite la configuración del terreno en el que se encuentra. Según ese modelo matemático ideal, el balance entre la pendiente y el caudal disponible, determinarían que no exista ni erosión ni depositación. Teóricamente, los ríos se irían aproximando a su perfil de equilibrio a lo largo del tiempo,

¿Cómo evoluciona el perfil de equilibrio?

Hemos dicho ya que el comportamiento del sistema es muy dinámico, de modo que el más mínimo de sus cambios, cambiará la actividad y configuración del río. Es por esta razón que el perfil de equilibrio sólo existe en la teoría, pero nunca se alcanza en la realidad.

Cualquier cambio, ya sea en el nivel de base, o en las condiciones del río, así sea algo tan habitual como un aumento o disminución del caudal por precipitaciones, evaporación, infiltración, extracción, o la combinación de todos esos fenómenos, provocará el reajuste correspondiente en el balance entre erosión y sedimentación del río.

Si en un punto dado aumenta la erosión, en algún momento la carga resultará excesiva y será depositada en otro lugar. El requisito de que no se produzca ni erosión ni sedimentación deja de cumplirse, y el perfil de equilibrio no se alcanza nunca.

En posts próximos usaremos estos conceptos, sobre todo el de nivel de base y sus cambios, para explicar la evolución de los paisajes en los sistemas fluviales. Por eso les pido que le presten la debida atención.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La foto que ilustra el post es de Tigre en Buenos Aires, Argentina.

En entregas anteriores, hemos llegado a definir varios temas relativos a la dinámica fluvial, es decir la que se relaciona con la acción de los ríos. Ya hemos visto las distintas formas de flujo, las partes de una cuenca y de un río, y es hora de avanzar un poco más sobre el tema.

Ya en otro post he explicado cuáles son los factores que definen qué porción del agua precipitada va a escurrir, eventualmente incorporándose al caudal que alimenta a los ríos.

Hoy voy a ocuparme de un tema sutilmente diferente, aunque muy relacionado con el antes mencionado: los factores que definen la velocidad de una corriente de agua, una vez que ya se ha constituido como tal. Es decir, un pasito posterior al ya presentado en el post que más arriba les indiqué que vayan a leer.

¿Qué conceptos previos conviene incorporar?

Lo primero que debemos recordar es que los dos requisitos fundamentales para que se forme un río son: un caudal de agua permanente, que puede proceder tanto de precipitaciones fluviales, como de fusión de campos de nieve o de glaciares, o de aguas subterráneas. Las corrientes temporarias no constituyen ríos en un sentido estricto sino simplemente torrentes o arroyos.

El segundo requisito es una pendiente por la cual el agua pueda fluir, para distinguir el río de lagos, lagunas o pantanos.

¿Cuáles son los factores que definen la velocidad de un río?

Si consideramos todos los posibles inputs de un sistema tan complejo, podríamos incluir muchos más, pero esencialmente cuatro son los factores que definen la velocidad de flujo de una corriente:

• Pendiente o gradiente, términos que pueden usarse como equivalentes, aunque se expresan de distintas maneras. En efecto, la pendiente puede expresarse en grados de un ángulo vertical medido entre la parte inferior y la superior de un terreno dado, o bien en porcentajes, vale decir, cantidad de metros de descenso vertical por cada cien metros. El gradiente en cambio, siempre se mide en metros. Puede referirse a la cantidad de metros que se deben recorrer en dirección horizontal para que haya un descenso vertical de un metro. O bien como la cantidad de cm o m que se desciende por cada unidad de distancia horizontal. En cada caso se especifica cómo se lo considera.
• Caudal de agua. Se entiende por caudal a la cantidad de agua que pasa por una superficie dada en la unidad de tiempo. Esa superficie puede ser elegida de distintas maneras según el contexto en que el concepto de caudal se aplique. En una situación generalizada puede ser la unidad de superficie (un metro cuadrado); en una tubería artificial es la sección del caño por el cual fluye el agua; y en un río es la sección transversal del canal natural por el que el agua corre.
• Configuración del lecho. Se refiere tanto a la forma, es decir a las sinuosidades, profundidad, etc.; como a la composición litológica que define en gran medida su rugosidad.
• Cantidad de carga transportada. Aquí se incluye todo lo que el agua transporta, sea cual sea la fuente, tema que veremos en otro post.
  

¿Cómo incide la pendiente en la velocidad de una corriente?

Debido a que el agua se desplaza por el terreno como respuesta a la acción de la gravedad, es obvio que a mayor pendiente, mayor será la velocidad. Esa pendiente por supuesto, varía a lo largo del curso del río, razón por la cual la velocidad fluvial también es diferente de tramo en tramo.

Un dato estadístico expresa que el promedio de gradiente de todos los grandes ríos del mundo, es de 38 cm por kilómetro de recorrido, pero por cierto la variación es tan grande de un curso a otro, de una parte de cada río a otra, y a lo largo del tiempo, que no tiene más valor que ser un dato de color.

¿Cómo incide el caudal de agua en la velocidad de una corriente?

Cuanto más aumenta el volumen de agua mayor es la velocidad, porque en general la presencia del propio líquido disminuye los rozamientos que retrasan el flujo, al ofrecer menos resistencia a la deformación y desplazamiento, que los cuerpos sólidos.

¿Cómo incide la configuración del lecho en la velocidad de una corriente?

Cada una de las irregularidades que ofrece un canal implica un aumento de la fricción, con lo cual se disminuye la velocidad. Obviamente, entonces, cuanto más recto, uniforme y estrecho sea un canal, mayor será la velocidad de la corriente en él.

Si hay obstrucciones, estrechamientos, cambios bruscos de dirección, o proyecciones rocosas que se internan en el canal, la velocidad disminuye inmediatamente.

¿Cómo incide la cantidad de carga en la velocidad de una corriente?

De modo inverso al caudal, cuanto más carga sólida transporte, mayor será la fricción interna y ese aumento de rozamiento hace que la velocidad disminuya.

¿Por qué es tan importante reconocer los factores que definen la velocidad de una corriente?

Precisamente porque todo aumento de velocidad implicará un aumento también en la capacidad para erosionar del río, y a la inversa, un descenso en la velocidad, hará que se deba depositar algo de carga.

En definitiva, toda la dinámica geomorfológica del río depende de su velocidad y de los cambios que ella vaya experimentando.

De hecho, la erosividad de un río, está estrechamente ligada a su velocidad. El concepto de erosividad, junto con los de erodibilidad y erosionabilidad los he presentado en este post que les recomiendo leer.

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Un abrazo y hasta el miércoles. Graciela.

P.S.: La foto que ilustra el post es del Río Yellowstone en Wyoming, USA.