Universidad Nacional de Colombia GEOLOGÍA FÍSICA Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín 2013

Costas, desiertos y glaciares Costas: contacto dinámico entre océano, aire y tierra. Múltiples procesos geológicos involucrados en su formación y evolución (cambios en el nivel del mar, vientos, mareas, olas, ríos, ...) Desiertos: regiones secas, de poca cobertura vegetal y pobre desarrollo de suelos. Son frecuentes los afloramientos rocosos y las altas pendientes. Dominados por diversos procesos geológicos (actividad tectónica, agua, viento, ...), presentan amplias variaciones Glaciares: cubren un porcentaje importante de la superficie terrestre. Han experimentado grandes variaciones durante la historia del planeta. Agentes erosivos y depositadores muy importantes en ciertas regiones

Costas Interacción tierra sólida – océano – atmósfera, intensa actividad antrópica El mar está en constante movimiento: vientos, mareas solares y lunares, diferencias de densidad (circulación interna del océano)

Costas Las mareas y las olas son agentes geológicos muy importantes (erosión, transporte y depositación) Olas: generadas por el viento y en menor medida por sismos, meteoritos y deslizamientos submarinos. Su energía se dispersa al acercarse a tierra (= erosión) Dependen de la velocidad, duración y distancia recorridas por el viento Altura: 0.3 a 5 m (34 m) Longitud: 40 a 400 m Velocidad: 25 a 90 km/h

Costas Dos tipos fundamentales de olas, según la profundidad del fondo De oscilación: no hay desplazamiento apreciable de las partículas De translación: avanzan hacia la costa, rompiendo, debido al efecto del fondo oceánico

Costas Mareas Cambios diarios de elevación en la superficie del océano debidos a la atracción gravitacional diferencial de la luna y, en menor medida, del sol Campo gravitacional generado por un cuerpo a la derecha, y diferencias entre el campo en un punto y el campo en el centro del objeto Fuerza generadora de mareas, responsable de mareas cada 12 horas, al deformar la superficie oceánica

Costas Mareas Las mareas lunares tienen un ciclo diurno (sus efectos se repiten diariamente) Los efectos de la atracción conjunta del sol y la luna tienen una periodicidad mensual (sus atracciones gravitacionales pueden reforzarse o anularse) - Mareas vivas: en luna llena o luna nueva, el sol y la luna están sobre la misma línea - Mareas muertas: el sol y la luna están perpendiculares, sus efectos se anulan El resultado final también depende de la forma de la costa y de la cuencas oceánicas... muy complejo

Costas Mareas - Mareas vivas: en luna llena o luna nueva, el sol y la luna están sobre la misma línea - Mareas muertas: el sol y la luna están perpendiculares, sus efectos se anulan

Costas Mareas Litoral: región entre el nivel de marea más bajo y la mayor elevación de tierra afectada por olas rompientes Concentra el 67% de la población mundial Playa: depósito no consolidado de arena u otro material localmente abundante que se extiende desde el sitio de marea baja hasta la tierra Corrientes mareales: flujo horizontal de agua provocado por las mareas. Pueden ser importantes en ciertas regiones (baja pendiente) y afectan áreas denominadas llanuras mareales Solo en casos muy específicos son agentes erosivos

Costas Erosión causada por las olas Sus principales efectos ocurren durante las tormentas Impacto directo contra las líneas de costa: presiones superiores a 10,000 kg/m2 Abren grietas y fracturas en las rocas de acantilados y diques Abrasión por los fragmentos de roca que la ola transporta Depende además de la naturaleza del material de la costa (resistencia)

Costas Refracción de las olas La refracción afecta la distribución de energía en la costa, es decir, dónde habrá erosión, transporte y depositación El frente de onda que se acerca a la costa no encuentra el fondo simultaneamente a lo largo de su extensión

Costas Refracción de las olas La refracción afecta la distribución de energía en la costa, es decir, dónde habrá erosión, transporte y depositación El frente de onda que se acerca a la costa no encuentra el fondo simultaneamente a lo largo de su extensión

Costas Refracción de las olas La refracción afecta la distribución de energía en la costa, es decir, dónde habrá erosión, transporte y depositación Las olas se aproximan a la costa con cierto ángulo, pero una vez alcanzan las zonas poco profundas se refractan moviéndose casi paralelas a las costas, y atacando principalmente los salientes (bahía = poca erosión)

Costas Refracción de las olas Las olas que llegan a las bahías son lentas (depositación) Las olas que llegan a las salientes son rápidas (erosión)

Costas Transporte litoral Las olas conservan cierto ángulo al entrar, pero su retirada es perpendicular a la costa, lo que crea un movimiento denominado deriva litoral Dentro de la zona de ruptura en el océano, este mismo proceso genera corrientes litorales, paralelas a las líneas de costa, con capacidad para transportar materiales

Costas Problemas de erosión de la línea de costa Costa: límite dinámico, cambia rápidamente en respuesta a fuerzas naturales o a actividad antrópica Algunos factores controlan la intensidad e importancia de cada uno de los procesos erosivos: - Proximidad a ríos cargados de sedimentos - Grado de actividad tectónica - Topografía y composición del terreno - Vientos y condiciones meteorológicas

Costas Problemas de erosión de la línea de costa Medidas de control: - Malecones y espigones: barreras perpendiculares a las playas, crean zonas de acumulación de sedimentos pero desencadenan erosión en otros sectores

Costas Problemas de erosión de la línea de costa Medidas de control: 1970 1981

Costas Problemas de erosión de la línea de costa Medidas de control: - Rompeolas y diques: barreras paralelas a las líneas de costa, protegen de las olas rompientes y crean zonas tranquilas (favorecen la depositación) - Alimentación artificial de playas: adición de grandes cantidades de arena - Abandono y traslado: la única solución definitiva, en especial dado el aumento esperado en el nivel del mar por cambios climáticos globales Fusión de casquetes glaciares y aumento del volumen del mar por el aumento de la T global

Costas Problemas de erosión de la línea de costa Medidas de control:

Costas Características de las líneas de costa Dependen de las rocas presentes, de las corrientes, de la actividad de las olas y del tipo de costa (estable, de emersión o de inmersión [actividad tectónica y cambios en el nivel del mar])

Costas Características de las líneas de costa - Acantilados y plataformas de abrasión: las olas actúan contra la base del terreno. Las rocas que sobresalen se desmoronan y el acantilado retrocede, dejando atrás una plataforma plana

Cavernas submarinas emergidas Costas Características de las líneas de costa Arcos y chimeneas: el oleaje erosiona selectivamente las rocas (primero las más elevadas y blandas), creando ciertas formas especiales Cavernas submarinas emergidas

Costas Características de las líneas de costa - Barras de arena: atraviesan una bahía, cerrándola por completo al mar abierto - Islas de barrera: crestas paralelas a la costa, de unos cuantos km de largo y unos pocos m de altura

Desiertos Zonas secas, E>P Ocupan el 30% de la superficie continental terrestre, en climas áridos (desierto, P<250 mm/año) y semiáridos (estepa, márgenes de los desiertos, zona de transición, 250<P<500 mm/año)

Desiertos Circulación global de la atmósfera Zona ecuatorial (bajas presiones): ascenso de aire caliente, que se expande y enfría produciendo abundante lluvia todo el año Zona subtropical (altas presiones): el aire proveniente del ecuador desciende en 20°-30°, comprimiéndose y calentándose = pocas lluvias todo el año

Desiertos En latitudes bajas, cerca a los trópicos de cáncer y capricornio, en respuesta a la circulación global de la atmósfera En latitudes medias: independientes de la circulación atmosférica. Ocurren al interior de grandes masas continentales, separados del océano (humedad) por cadenas montañosas El aire se enfría al ser forzado a ascender por la cordillera, lo que produce lluvia en uno de los flancos y sombras pluviométricas en el otro Interacción clara entre geología (tectónica y procesos orogénicos) y clima

Desiertos Sombras pluviográficas

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Paisaje de colinas angulosas, paredes escarpadas, superficies cubiertas de arena y grava

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Operan los mismos procesos pero a tasas distintas debido a las condiciones climáticas extremas - Meteorización: Fundamentalmente mecánica, produce fragmentos de roca y minerales casi inalterados debido a la falta de humedad y ácidos orgánicos Eventualmente algo de meteorización química, produce suelos poco potentes, arcillas y óxidos de hierro

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del agua Los cauces están secos la mayor parte del tiempo, fluyendo sólo algunas horas o días al año en respuesta a lluvias específicas muy intensas Inundaciones súbitas debido a la falta de cobertura vegetal (favorece la escorrentía), con alto poder erosivo Niveles freáticos muy profundos, no abastecen a las corrientes, no hay redes de drenaje bien desarrolladas

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del agua

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento Agente erosivo eficaz sólo en regiones secas, donde la falta de humedad y vegetación permite granos sueltos Deflación: levantamiento y remoción de material suelto Produce depresiones superficiales de tamaño variable Eventualmente hace que la superficie del terreno se convierta en “pavimento desértico”: capa continua de poco espesor conformada por clastos gruesos (remoción de los materiales más finos) Abrasión: la arena transportada por el viento corta y pule las superficies rocosas expuestas

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento Distribución global de las regiones con geomorfología determinada por el viento

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento: Abrasión

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento Transporte de sedimentos limitado a cierto rango de tamaños No está limitado a cauces, puede tener gran extensión areal y en altura, cubriendo grandes distancias Flujo turbulento, la velocidad aumenta con la altura Carga de fondo: granos de arena movidos por arrastre y saltación. Los granos ruedan y chocan unos con otros, elevándose y arrancando otras partículas En suspensión: las partículas más finas, principalmente tamaño limo, son barridas a la atmósfera luego de ser removidas del suelo por la carga de fondo

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento: Lleva partículas en suspensión y material que se desliza a lo largo de la superficie del terreno (arrastre y saltación)

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento Los depósitos eólicos son bastante extensos Montículos y colinas de arena: al disminuir la energía del agente los materiales se depositan formando montículos y dunas, asimétricos, dinámicos (migran) y usualmente con estratificación cruzada Clasificación de las dunas: según su forma. Existen varios patrones típicos controlados por la dirección y velocidad del viento, la cantidad de arena disponible y la vegetación Loess: depósitos de material tamaño limo transportados por tormentas, suelen desarrollar estructuras verticales y carecen de estratificación. Clastos angulosos meteorizados mecánicamente

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento: ¿Qué pasa cuando el viento encuentra una barrera?

Desiertos Procesos geológicos en climas áridos Papel del viento: Rizaduras en la superficie de una duna

Glaciares Masas gruesas de hielo permanente (no estacional) originadas en la superficie terrestre por acumulación, compactación y recristalización de la nieve Se presentan en altas latitudes o en altas elevaciones Parte importante del ciclo hidrológico (zonas de almacenamiento, tiempo de residencia de varios años) Fluyen lentamente (cm/día), acumulando, transportando y depositando sedimentos

Glaciares - De valle (alpinos): glaciares pequeños en movimiento en zonas montañosas elevadas. Siguen los valles de antiguas corrientes de agua. Formas muy variadas De casquete: glaciares mucho mayores, en regiones polares (poca radiación solar, no se alcanza a fundir el hielo en los veranos) Groenlandia y la Antártida Espesores de hasta 4000 m Plataforma: masa de hielo flotante que se extiende mar adentro desde la costa pero permanece conectada

Glaciares De meseta: similares a los de casquete pero más pequeños, cubren algunas tierras elevadas y mesetas De desbordamiento: glaciares tipo alpino alimentados por casquetes De piedemonte: se presentan en tierras bajas, cuando los glaciares alpinos salen del valle que los confina y se expanden lateralmente

Glaciares

Glaciares Formación del hielo glaciar Caída de nieve en invierno > derretimiento en verano Nieve (0.2 a 0.3 g/cm3) Recristalización a granos pequeños tamaño arena (neviza) Compactación (hielo glaciar) Involucra procesos: Ígneos (cristalización de agua líquida) Sedimentarios (caída y acumulación de nieve) Metamórficos (la nieve cambia a hielo)

Glaciares Movimiento de los glaciares Flujo plástico: si la capa de hielo tiene más de 50 m de espesor el hielo deja de ser quebradizo y se mueve plásticamente. La estructura interna del hielo favorece el movimiento (deslizamiento de capas entre sí) Deslizamiento basal: desplazamiento de toda la masa de hielo a lo largo del terreno. El agua líquida ayuda al movimiento (levanta la masa de hielo y lubrica la base del glaciar)

Glaciares Movimiento de los glaciares

Glaciares Balance en los glaciares Los glaciares pierden y ganan hielo constantemente, dependiendo de las condiciones climáticas predominantes - Zona de acumulación: acumulación de nieve y formación de hielo - Línea de nieves perpetuas: límite de la zona de acumulación (en los trópicos, alturas > 4500 msnm) - Zona de desgaste o ablación: derretimiento de nieve y hielo, pérdida de glaciar por fusión

Glaciares Balance en los glaciares El balance entre acumulación y ablación determina la evolución del glaciar (avance y retroceso del frente) Independientemente de si el frente avanza, retrocede o permanece estacionario, el glaciar siempre fluye

Glaciares Balance en los glaciares

Glaciares Erosión glaciar Los glaciares tienen gran capacidad de erosión y transporte de sedimentos (rompen el fondo rocoso y transportan los fragmentos grandes distancias) - Arranque: el hielo levanta bloques y partículas de todos los tamaños y los incorpora a su masa - Abrasión: el conjunto de hielo y rocas, al fluir, pule la superficie subyacente produciendo roca molida y estrías y canales (al arrastrar bloques grandes) La capacidad de erosión depende del movimiento y tamaño del glaciar, de la naturaleza de los sedimentos que arrastra y del tipo de superficie subyacente

Glaciares Erosión glaciar

Glaciares Erosión glaciar

Glaciares Erosión glaciar – geoformas Geoformas típicas de glaciares alpinos (paredes escarpadas, picos marcados,...) Glaciares de casquete suavizan el terreno

Glaciares Erosión glaciar - geoformas

Glaciares Erosión glaciar - geoformas Valles glaciares: el hielo ensancha y profundiza los valles y suaviza las paredes... Pasan de “V” a “U” Valles colgados: los glaciares tributarios se unen al glaciar principal, pero tienen distinta potencia. El mayor eroda más profundamente. Al retirarse el hielo, el valle del tributario queda “colgado” respecto al principal (acantilados)

Glaciares Erosión glaciar - geoformas Circos: depresiones circulares de paredes escarpadas en la cabecera de un valle glaciar (zona de acumulación). Al retirarse el hielo quedan lagos pequeños (tarn) Paso de montaña: las cabeceras o circos de dos glaciares se unen Fiordo: valle glaciar inundado por ascenso del nivel del mar (paredes escarpadas, muy profundo)

Glaciares Erosión glaciar - geoformas

Glaciares Erosión glaciar - geoformas Cubetas: depresiones en el lecho de roca causadas por arranque de materiales por el glaciar. Cuando están llenas de agua forma lagos en rosario

Glaciares Erosión glaciar - geoformas Aristas (crestas sinuosas de bordes agudos) y horns (picos piramidales agudos): Formados por la erosión de las divisorias y circos

Glaciares Depósitos glaciares Al fundirse el hielo se forman depósitos de derrubios glaciares Pueden ser muy espesos y modificar el paisaje preexistente (cubriendo el sustrato rocoso) Materiales meteorizados mecánicamente, con poca o ninguna meteorización química (hornblenda, plagioclasas, ... se mantienen inalterados)

Glaciares Depósitos glaciares Tills: materiales depositados directamente por el glaciar al fundirse el hielo. Clastos no seleccionados de tamaños muy diversos, muchos de ellos pulidos, con estrías y canales Errático glaciar: bloques de gran tamaño Morrena: término más común para depósitos glaciares (till es el material que los compone) Terminal: montículos de till al final de un glaciar De fondo: a medida que se retira el glaciar deja una llanura ondulante de roca diseminada Laterales (paralelas a las paredes del valle)

Glaciares Depósitos glaciares

Glaciares Depósitos glaciares Derrubios estratificados: sedimentos dejados por el agua de fusión del glaciar, seleccionados según el tamaño y peso (el agente es agua, no hielo) Normalmente son gravas y arenas (carga de fondo)

Glaciares Glaciaciones - Evidencias: Interpretación: Materiales glaciares mucho más allá de las posiciones actuales del frente de hielo Capas alternas de materiales glaciares y de materiales meteorizados químicamente + restos de plantas Interpretación: Durante toda la historia de la Tierra han ocurrido avances y retrocesos de los glaciares, correspondiendo a épocas de climas más o menos fríos Últimos 2 Ma (Cuaternario): al menos 20 ciclos glacial/interglacial de ~1E5 años cada uno Cambios en el nivel del mar, extinciones

Glaciares Glaciaciones Causas (teorías): - Movimiento de las placas tectónicas: produce distribuciones especiales de masas continentales (necesarias para casquetes), cambia los patrones de circulación del océano y el clima global = 1E6 a 1E8 años - Cambios en los parámetros orbitales terrestres (Milankovitch): determinan cuánta radiación solar recibe el hemisferio norte en verano (fusión del hielo producido en invierno) Excentricidad (qué tan elíptica) = 1E5 años Oblicuidad (ángulo eje–plano)= 4E4 años Precesión = 2.6E4 años

En Colombia... 1300 km de costa en el Pacífico, 1600 km en el Caribe, condiciones muy variadas (playas, acantilados, ...) Clima seco desértico (<50 días de lluvia al año): La Guajira. Clima de estepa (50 – 100 días de lluvia): núcleos aislados en el valle alto del Magdalena (Tatacoa), Cordillera Oriental (Candelaria), NW de los Llanos orientales y Costa atlántica Glaciares actuales: núcleos aislados en las Cordilleras Central (Nevados del Huila, Ruiz, Santa Isabel, Tolima) y Oriental (Sierra Nevada del Cocuy), y en la Sierra Nevada de Santa Marta... Evidencias glaciares en todas las cordilleras (Frontino – Cordillera Occidental)

En Colombia... Llanura mareal, Bahía Solano Acantilados de basalto, Serranía del Baudó Terraza emergida, Tierrabomba Isla de Barrera, delta del Río Mira

En Colombia... Delta del Río Sinú Desierto de la Tatacoa Refugio Nevado del Ruiz, 1980 Refugio Nevado del Ruiz, 2000