Modelado fluvial

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Introducción

Modelado fluvial, forma de paisaje originado por la acción fluvial, esto es, de las aguas de los cauces de la red de drenaje de una cuenca fluvial, que erosionan, transportan y depositan sedimentos. El término ‘río’ se emplea como convención en este artículo, pero hay que recordar que el modelado fluvial afecta a todos los canales de drenaje, cualquiera que sea su tamaño, desde los más pequeños arroyuelos hasta los ríos más caudalosos del mundo. De hecho, aunque los efectos sobre el paisaje de las cuencas de los grandes ríos tienden a ser los más espectaculares, gran parte del conocimiento de cómo se produce el modelado fluvial deriva del estudio detallado de los pequeños riachuelos.

Todos los ríos constan de una corriente tanto de agua como de sedimentos —materiales procedentes de rocas y productos orgánicos cuyo tamaño varía desde finas partículas arcillosas hasta enormes cantos rodados—. De este modo, el relieve que genera un río concreto depende no sólo de las características de la corriente, en especial de su caudal de su distribución en el tiempo y de la energía, sino también de la cantidad y tamaño de los sedimentos que arrastre. El tercer elemento que contribuye en el modelado es la geología de la cuenca, que determina el tipo y cantidad de sedimentos y que afecta también a la acción erosiva del río, ya que algunas rocas son más duras que otras.

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Acción fluvial

Los principales factores responsables de la formación y evolución de los ríos y su modelado son la erosión, el acarreo de sedimentos y la deposición. Los ríos pueden modificar el paisaje, puesto que la energía potencial del agua se transforma, en su recorrido descendente, en energía cinética responsable de la erosión, el transporte y la deposición. La cantidad de energía potencial que dispone un río es proporcional a su altitud inicial sobre el nivel del mar. Con el fin de minimizar la conversión de energía potencial en energía térmica (o calor) como consecuencia de la fricción y, por tanto, aumentar la energía cinética, el río sigue el curso que menos resistencia presente. Incluso así, se estima que el 95% de la energía potencial de un río se usa para salvar la fricción, que tiene lugar, de forma especial, en el lecho y en los márgenes del cauce, aunque también es importante la fricción interna del agua y la resistencia del aire sobre la superficie.

Hay dos tipos principales de flujos: laminar y turbulento. El primero es un movimiento horizontal, en el que las aguas fluyen en capas muy definidas sobre los sedimentos del lecho, sin arrastrarlos. Se considera que la corriente laminar es más teórica que real en los ríos. El flujo turbulento, que es predominante, consiste en una serie de erráticos remolinos verticales y horizontales que se desplazan río abajo. Las turbulencias varían en relación directa con la velocidad de la corriente, que, a su vez, depende de la cantidad de energía cinética existente. Cuanto mayor sea la energía cinética, mayor será la velocidad (y viceversa) y la turbulencia de la corriente.

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Erosión

La erosión es el proceso por el cual los ríos ensanchan y alargan su cauce. Existen diversos tipos de erosión.

La acción hidráulica se produce cuando la energía del flujo de agua que choca con los márgenes y el lecho del río es suficiente para separar fragmentos rocosos. Esta fuerza hidráulica desintegradora tiene su origen al introducirse el agua en las grietas de lecho rocoso. El aire que hay en ellas se comprime y aumenta la presión. Con el tiempo, se debilita la roca y se van desprendiendo fragmentos. Una forma extrema de acción hidráulica asociada a las cascadas y a los rápidos es la cavitación. Es consecuencia del estallido de las burbujas de aire. Las olas que se producen golpean y erosionan los márgenes del canal y, con el paso del tiempo, acaban por desmoronarlos. La acción hidráulica se mide en términos de la relación entre la fuerza de fractura por unidad de superficie, denominada presión desintegradora sobre los márgenes. Además de actuar sobre el lecho rocoso del río, las aguas pueden erosionar elementos previamente desgajados que se depositan en la base de las laderas fluviales después de ser arrancadas de la rocas —acumulaciones denominadas canchales o coluviones— mediante procesos de meteorización como la gelivación, la cristalización de la sal o la acción de plantas y animales. Este proceso se denomina aporte de sedimentos.

La efectividad de la corriente como agente erosivo queda aumentada por el efecto del choque de los sedimentos disueltos en el agua contra el lecho rocoso del canal, fenómeno denominado corrosión. Éste es responsable en gran parte de la entalladura que crea y ahonda el cauce y es muy importante en épocas de inundaciones. Las marmitas de gigante, una peculiar forma geomorfológica, son una cavidad en el lecho del río producida por la acción de torbellinos de agua que arrastran cantos rodados y otros sedimentos ahondando la depresión. Pero este proceso no sólo erosiona el cauce; los materiales que acarrea la corriente también sufren un desgaste al colisionar las partículas entre sí y con las márgenes del canal. Este fenómeno, denominado en ocasiones atrición, reduce el tamaño de los sedimentos y origina la típica forma redondeada de los cantos de río. Muchas rocas resultan erosionadas mediante la corrosión o solución, por el cual el agua las va disolviendo. Las calizas y las cretas son especialmente susceptibles a la corrosión, aunque hay numerosos componentes químicos solubles, sobre todo si se hallan a la intemperie, por lo que existe un amplio abanico de rocas vulnerables a este proceso.

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Transporte

La corriente transporta el material erosionado río abajo, acompañado de los sedimentos arrastrados al cauce por las escorrentías —el flujo que surca la superficie, cuando el suelo ya no puede absorber más el agua de las precipitaciones—. Todo este material recibe el nombre de carga fluvial. Se puede clasificar esta carga fluvial en tres categorías, según su origen. Los productos disueltos son los sedimentos derivados de la corrosión y de la meteorización química. Las partículas arrastradas por las escorrentías constituyen el sedimento lavado, mucho más fino que el del lecho del cauce. El último tipo de carga lo forma el material erosionado de los márgenes del cauce, de tamaño similar al sedimento del lecho.

La mecánica y velocidad del desplazamiento de la totalidad de sedimentos y materiales transportados varía según el tamaño de las partículas. El movimiento de los sedimentos disueltos, transportados en suspensión, corresponde al de la corriente. Esta carga y las partículas más finas procedentes del lecho se mezclan en el agua gracias a la serie de remolinos que se producen al chocar el agua con los márgenes del cauce. Tales remolinos transportan en suspensión, a grandes distancias, partículas de limo y de arena, por encima del fondo del río. Sin embargo, los materiales de mayor tamaño (como grava, guijarros y cantos rodados) son demasiado pesados para ser levantados por dichos remolinos, por lo que se deslizan, ruedan o dan pequeños saltos por el fondo del cauce. Los cantos más pesados sólo pueden ser arrastrados durante periodos de arroyadas. El porcentaje de sedimentos acarreados por estos diversos mecanismos varía enormemente según los ríos y puede cambiar incluso en un mismo río según las épocas. No obstante, como norma general, la carga en suspensión se sitúa entre el 70% y el 85% del total de la carga.

Existe una estrecha relación entre la velocidad de la corriente, la presión de desgaste sobre los márgenes y el tamaño de las partículas erosionadas, transportadas o depositadas. A comienzos de la década de 1930, el científico sueco Filip Hjulström llevó a cabo experimentos para establecer la velocidad necesaria para iniciar el proceso de erosión, transporte y deposición de sedimentos de diverso tamaño. Presentó sus resultados en 1935 mediante un gráfico en el que se mostraba la relación entre la velocidad (eje Y) y el diámetro de los sedimentos (eje X) a través de dos curvas; la primera trazaba la velocidad crítica de erosión, es decir, la velocidad a la que las partículas de un tamaño determinado pueden ser erosionadas de un lecho de sedimentos sueltos, y, por tanto, el inicio del transporte; la segunda mostraba la velocidad crítica de caída o de deposición, esto es, la velocidad a la que se inicia ésta. Entre ambas curvas tiene lugar el transporte del material. Hjulström descubrió que no se requiere que las partículas, una vez en movimiento, tengan una elevada velocidad para continuar su desplazamiento. La velocidad de erosión es más baja para las partículas de arena. Sin embargo, se necesita una velocidad más elevada para arrastrar otros tipos de sedimentos. Las partículas más finas, como arcilla o limo, necesitan una mayor velocidad para su erosión, dada su cohesión. La elevada velocidad crítica de los sedimentos más gruesos, como cantos, grava y guijarros, es mera consecuencia de su mayor peso.

El tamaño máximo de las partículas que puede transportar un río se denomina competencia y está en relación con la velocidad y la presión de desgaste. El incremento máximo de las partículas es directamente proporcional al de la presión sobre las márgenes. No obstante, la relación entre el aumento de la velocidad de erosión y el tamaño de las partículas está regida por la llamada ley de la sexta potencia. Según ésta, el incremento de la masa de las partículas será equivalente al de la velocidad elevada a la sexta potencia. Por ejemplo, si la velocidad se incrementa en cuatro, la masa de la partícula mayor que puede ser arrastrada, aumentará en 4 elevado a la sexta, es decir, 4.096 veces. Esta relación proporcional se emplea para determinar la competencia de un río, para cualquier velocidad crítica de erosión.