11.6: Corrientes

INTRODUCCIÓN

Los arroyos tienen un papel importante en la geología. Los arroyos esculpen y dan forma a la superficie terrestre erosionando, transportando y depositando sedimentos. Al erosionar sedimentos de áreas elevadas y crear formas de relieve hechas de sedimentos depositados en áreas más bajas, los arroyos dan forma a la superficie terrestre más que los glaciares, más que las olas en una playa y mucho más que el viento.

¿QUÉ SON LOS ARROYOS?

Una corriente es flujo de agua, impulsado por la gravedad, en un canal natural, en tierra. Un pequeño arroyo en una pradera y el río Amazonas son ambos arroyos. Es interesante observar el agua en un sitio de construcción recientemente excavado con pendiente. Al principio el agua satura el suelo y comienza a fluir cuesta abajo a través de la superficie de la pendiente en una delgada lámina. Pronto, el agua excava pequeños canales, conocidos como rills, en la tierra. Los rills se funden para formar canales más grandes. Se ha formado una red de arroyos, incluyendo afluentes. Si no se impide, los canales pueden continuar profundizando y erosionando el suelo del sitio de construcción.

A lo largo de intervalos de tiempo, los mismos procesos que hemos imaginado en el sitio de construcción han construido sistemas de arroyos y valles de arroyos en la superficie de la tierra. La mayoría de los valles de la tierra son producto de arroyos. Los arroyos erosionan la tierra y las rocas, transportan el sedimento y los redepositan en nuevas ubicaciones, dando forma a la superficie de la tierra en un sistema de valles de arroyos.

Los arroyos fluyen cuesta abajo debido a la fuerza de la gravedad. Cuanto más alto es el cerro, más energía gravitacional hay para impulsar el arroyo. Donde las laderas son más empinadas y las colinas las más altas, los arroyos serán los más enérgicos y la tasa de erosión será más rápida.

ÁREA DE DRENAJE

El área de drenaje de un arroyo abarca todo el terreno desde el cual la escorrentía superficial desemboca en ese arroyo. Un área de drenaje de arroyos también se llama cuenca hidrográfica. Los límites entre las áreas de drenaje de arroyos se denominan divisiones de drenaje. ¿En qué drenaje de arroyos vives?

ORDEN DE FLUJO

Es común que una corriente fluya hacia otra. El más pequeño de los dos arroyos es un afluente del arroyo más grande. Una corriente sin afluentes es una corriente de primer orden. Una corriente con solo afluentes de primer orden es una corriente de segundo orden. Un arroyo que tiene afluentes de segundo orden y ninguno superior es un arroyo de tercer orden, y así sucesivamente. El río Mississippi es un arroyo de décimo orden, uno de los arroyos de orden más alto de la tierra. A medida que más y más afluentes se unen, se forma una red de flujo más grande y la corriente maestra, la corriente de orden más alto en el sistema tiene una descarga que es la suma de todas las descargas tributarias. Cuando ocurre una inundación, los arroyos de orden superior tardan más en acumularse hasta la etapa de inundación que los arroyos de orden inferior y más tiempo para que la inundación disminuya.

PATRONES DE DRENAJE

Un sistema de arroyos que incluye múltiples afluentes exhibe un patrón de drenaje distinto como se ve en un mapa. El patrón de drenaje depende de los tipos de roca y las estructuras geológicas subyacentes al sistema de arroyos. Algunos tipos de roca son más duros y más resistentes a la erosión que otros. Si la geología subyacente a un sistema de arroyos es bastante uniforme, rocas igualmente resistentes a la erosión en todas las direcciones, se desarrollará un patrón de drenaje dendrítico, como se muestra en la figura 1. El patrón de drenaje dendrítico es el tipo más común.

Figura 1

Si una región está sustentada por formaciones en capas de roca que han sido plegadas, y las capas tienen diferentes grados de resistencia a la erosión, los valles del arroyo tenderán a seguir las capas de roca menos resistente, y las capas de roca más dura se convertirán en crestas. Esto da como resultado un patrón de drenaje enrejado, como se muestra en la figura 2.

Figura 2.

En algunos lugares la geología consiste en un solo tipo de roca que es resistente a la erosión pero la roca contiene conjuntos de juntas paralelas donde se erosiona más fácilmente. Los conjuntos de juntas normalmente se cruzan entre sí en ángulos altos. A medida que se desarrollan valles de arroyos en el sistema articular se desarrolla un patrón de drenaje rectangular, como se muestra en la figura 3 Los valles del arroyo se doblarán bruscamente donde pasan de seguir un conjunto de juntas a otro.

Figura 3.

Los arroyos irradiarán en todas las direcciones desde el centro de un área amplia y de gran elevación, como un cono compuesto. Esto se conoce como patrón de drenaje radial.

Figura 4.

PERFIL GRADUADA

Debido a que las corrientes erosionan más y eliminan más sedimentos donde el gradiente de la corriente es mayor, y depositan más sedimentos donde el gradiente de la corriente es menor, una corriente desarrollará un perfil gradual como se muestra. El perfil graduado muestra cómo la elevación del arroyo cambia a lo largo de la longitud del arroyo, desde su inicio en la elevación más alta hasta su nivel base donde termina en la elevación más baja que alcanza.

Figura 5.

Un perfil gradual comienza con una pendiente pronunciada al inicio del arroyo y se estrecha a una pendiente suave en el nivel base del arroyo. Imagina a una excursionista siguiendo un arroyo hasta su inicio y rastreando su progreso en un mapa topográfico. Ella comienza donde el valle del arroyo es bajo y ancho y el gradiente es suave por lo que el senderismo es fácil. A medida que avanza el día, la marcha se vuelve más pronunciada a medida que se acerca a la fuente del arroyo. Al revisar el mapa topográfico, ve que las curvas de nivel están mucho más juntas que antes en el día y más abajo del valle. A medida que se acerca al pequeño lago de la ladera de la montaña donde comienza el arroyo, la pendiente es tan empinada que casi pierde el pie. Ella ha experimentado por sí misma un perfil típico de arroyo que se inclina desde cerca del nivel base hasta el origen del arroyo.

Los lagos y las cascadas son características temporales en el drenaje de un arroyo. Si un lago forma el arroyo que se alimenta, disminuirá la velocidad y depositará sedimentos hasta que el lago se haya llenado de sedimento. Donde una cascada forma la energía del arroyo que pasa sobre la cascada es alta erosionará la base de la cascada, haciendo que la cascada se retire aguas arriba hasta que se establezca un perfil gradual.

DESCARGA DE CORRIENTE

La cantidad de agua que fluye a través de una corriente y la velocidad a la que se mueve se expresa como la descarga de la corriente. La descarga se mide multiplicando el área de la sección transversal de una corriente por la velocidad promedio del agua a través de esa sección transversal. Multiplicar el área de la sección transversal por la velocidad promedio del agua resulta en unidades de volumen/tiempo. Por ejemplo, si una corriente tiene un área de sección transversal de 150 pies cuadrados (ft ²) y se mueve a una velocidad promedio de 10 pies por segundo (pies/s), multiplicar el área y la velocidad resulta en una descarga de 1,500 pies cúbicos por segundo (ft ³ /s).

CARGA DE SEDIMENTOS

El agua que fluye en los arroyos erosiona, transporta y deposita sedimentos. La mayoría de las rocas y minerales son mucho más densos que el agua. Se requiere suficiente energía en el arroyo para desalojar rocas de la tierra y moverlas. Cuanto más rápido fluye una corriente, más energía tiene y los trozos más grandes de sedimento puede transportar. La competencia de un arroyo se refiere al tamaño máximo de los trozos de sedimento que puede mover. El agua que se mueve más rápido tiene mayor competencia y puede mover trozos más grandes de sedimento.

La capacidad de un arroyo es la cantidad total de sedimento que puede mover. La capacidad depende de qué tan rápido se mueva la corriente y su descarga total. A medida que un arroyo se ralentiza, su competencia y capacidad se reducen. El arroyo comienza a depositar sedimentos, comenzando por los trozos más grandes. Varios factores hacen que un arroyo se desacelere, incluyendo el ensanchamiento del canal del arroyo, el arroyo desbordando sus orillas y extendiéndose a una llanura aluvial, la disminución del gradiente del arroyo (pendiente cuesta abajo) y el arroyo se vacía en una masa de agua más grande y de movimiento más lento.

Los arroyos transportan sedimentos clásticos de dos maneras dependiendo del tamaño de las partículas. El sedimento más grueso se llama carga de lecho y consiste en partículas demasiado grandes para ser suspendidas en la corriente móvil del agua durante un largo período de tiempo. Las partículas de carga del lecho, las partículas más grandes de sedimento transportadas por una corriente, pasan la mayor parte de su tiempo en el fondo del canal de la corriente, rodando, deslizándose o rebotando aguas abajo en ajustes y arranques. El sedimento más fino se llama carga suspendida y consiste en partículas lo suficientemente pequeñas como para ser suspendidas en la corriente móvil del agua. La carga suspendida se mueve aproximadamente a la misma velocidad que el agua que fluye. En un río fangoso, el lodo es carga suspendida.

LLANURAS ALUVIALES

Los arroyos construyen llanuras aluviales a través de una combinación de erosión y deposición en tramos de gradiente inferior de valles de arroyos. Aunque una llanura aluvial tiene una pendiente descendente general consistente con el gradiente general del arroyo, una llanura aluvial es relativamente plana.

Las llanuras aluviales están llenas de sedimentos esparcidos por el arroyo. Estos sedimentos se conocen como aluvión. Debido a que el aluvión es material suelto que es fácil de erosionar y redepositar para el arroyo, la ubicación de un canal de arroyo en una llanura aluvial cambia con frecuencia.

Meandros

Un arroyo que corre por una pendiente, incluso la suave pendiente de una llanura aluvial, rara vez seguirá un camino recto durante mucho tiempo. Dependiendo de la distribución de los sedimentos y la turbulencia de la corriente, un lado del canal puede erosionarse más fácilmente que el otro. El arroyo migrará hacia la zona sometida a erosión, desarrollando una curva en esa dirección. Una vez que el canal del arroyo ha comenzado a curvarse, la energía del agua se concentra en el exterior de la curva.

El diagrama muestra un tramo de canal de arroyo con una curva significativa, también conocida como meandro. La línea azul muestra cómo se concentra la energía erosiva a lo largo del exterior de cada curva del arroyo. A medida que la erosión ocurre en la orilla exterior de un meandro, la deposición ocurre en la orilla interna donde el agua se ralentiza y deja caer sedimentos.

Figura 6.

El siguiente diagrama muestra dos meandros bien desarrollados que se han formado en un arroyo. A lo largo de cada meandro, el banco exterior del arroyo que está siendo cortado por la erosión se llama banco cortado. El banco interno, que ha crecido por acreción de sedimento depositado, se denomina barra puntual.

Figura 7.

En un arroyo, los meandros se agrandan y migran río abajo porque el arroyo erosiona continuamente sus bancos de corte y crece sus barras puntuales. El siguiente diagrama muestra la ampliación y migración aguas abajo de un meandro en un canal de arroyo. A medida que el meandro se agranda, su cuello se vuelve más estrecho. Eventualmente, el arroyo puede atravesar el cuello del meandro, ya sea como resultado de la erosión gradual y migración del canal, o abruptamente durante las aguas altas y las inundaciones. Una vez que el arroyo ha cortado a través del cuello del meandro, las aberturas se llenan de sedimento caído por agua que se ralentiza a medida que ingresa desde el arroyo principal. Los depósitos de sedimentos separarán el meandro cortado del cauce del río y lo convertirán en un lago de arco de bueyes. A medida que pasan los años, el lago de arco bueyes eventualmente se llenará completamente de sedimentos porque es un punto bajo en la llanura aluvial donde cualquier agua que entre, como durante las inundaciones, se paralizará y depositará su carga de sedimentos.

Figura 8.

Meandros atrincherados

Los típicos canales serpenteantes fluyen a través de amplias llanuras inundables llenas de sedimentos aluviales. Sin embargo, en algunas situaciones los meandros pueden cortar directamente en roca rocosa. Un meandro que ha cortado en lecho rocoso se conoce como meandro incisado o atrincherado. A diferencia de los meandros en aluvión que se erosionan y migran rápidamente o se cortan abruptamente en el cuello, los meandros atrincherados son relativamente fijos. Esto se debe a que los meandros atrincherados están amurallados por lecho rocoso en ambos lados y tienen poca llanura aluvial para erosionarse y redepositar fácilmente.

Los meandros atrincherados se forman como resultado del levantamiento tectónico del área de drenaje del arroyo. La elevación aumenta la energía impulsada por la gravedad de la corriente, lo que hace que se corte rápidamente a través del aluvión de la llanura de inundación hacia el lecho rocoso debajo. Los meandros atrincherados son características llamativas del paisaje porque son inusuales y proporcionan una fuerte evidencia de actividad tectónica en una región. Ejemplos clásicos de meandros atrincherados incluyen los cuellos de ganso del río San Juan, que se incisan en la meseta de Colorado al este del Gran Cañón, y un tramo del río Yakima con meandros atrincherados, que se incisan en una cresta de basalto recientemente levantada en la meseta de Columbia del este Estado de Washington.

Trenzado arroyos

En lugar de un solo canal, algunas corrientes tienen múltiples canales que se entrelazan entre sí y forman lo que se conoce como una corriente trenzada. Las corrientes trenzadas están asociadas con cantidades excesivas de sedimentos que ingresan a un sistema de corrientes. Los valles que drenan glaciares alpinos son escenarios comunes para arroyos trenzados. Los glaciares depositan más sedimentos en el sistema de corrientes de agua de deshielo que una corriente de esa descarga tiene capacidad de transporte en un sistema de canal único. Los sistemas de corrientes trenzadas son indicadores de que hay una fuente adicional de sedimento en el sistema además de la propia corriente. Las fuentes de exceso de sedimentos que conducen a arroyos trenzados incluyen glaciares, erupciones de material piroclástico por volcanes y deslizamientos de tierra.

FRECUENCIA DE INUNDACIÓN E INUNDACIÓN

Riachuelos inundan. Las inundaciones son una parte normal del comportamiento del arroyo. La velocidad a la que los arroyos erosionan, transportan y depositan los sedimentos aumenta considerablemente durante las inundaciones. Una inundación ocurre cuando la profundidad del agua en una corriente excede la profundidad del canal del arroyo y se extiende más allá del canal del arroyo hacia la tierra circundante. Cuando una corriente llena completamente su canal se dice que está en la etapa bankfull. Cuando un arroyo supera la etapa bankfull se dice que está en inundación. Cuando la inundación se propaga lo suficiente como para causar daños a la propiedad, se dice que un arroyo se encuentra en etapa de inundación.

Diferentes arroyos tienen diferentes comportamientos de inundación. Algunos ríos tienden a tener una inundación anual asociada a una temporada de lluvias o estación de deshielo en la parte alta del área de drenaje. Algunos arroyos solo se inundan esporádicamente, a menudo con años entre inundaciones. En Estados Unidos todos los arroyos más grandes tienen su flujo medido en estaciones de medición que son instaladas y monitoreadas por el Servicio Geológico de Estados Unidos. Los registros del flujo del arroyo deben conservarse durante al menos 30 años para que sean estadísticamente válidos. La probabilidad de que ocurra una inundación de una magnitud especificada en una corriente en un año determinado se puede calcular a partir de los datos de flujo de corriente. La magnitud de una inundación que tiene una probabilidad de 1 de cada 100 de ocurrir en un año determinado, también conocida como la inundación de 100 años, se calcula para un arroyo a partir de su registro de flujo de corriente. La magnitud de la inundación a 100 años, y los mapas que muestran lo que cubriría una inundación de 100 años, son elementos clave para otorgar permisos de uso de suelo y construcción de edificios en llanuras aluviales.

Los arroyos de orden bajo pueden inundarse rápidamente durante o inmediatamente después de las fuertes lluvias. Tales inundaciones rápidas se llaman inundaciones repentinas. Las inundaciones repentinas suelen ser impredecibles. Si un río drena a través de un cañón desde un área de gran elevación, la gente puede estar caminando a lo largo de un arroyo en el cañón bajo el sol y no darse cuenta de que una tormenta eléctrica está ocurriendo en la fuente del arroyo. Pueden ser sorprendidos por una inundación repentina que atraviesa el cañón. Por lo general, se puede predecir una inundación de construcción lenta en una corriente de orden superior porque se monitorean los principales arroyos y el agua de fuertes lluvias o nieve que se derrita rápidamente se mueve a través del sistema de arroyos de orden superior. Las inundaciones en los arroyos de orden más alto, como el río Mississippi, pueden tardar varias semanas en llegar a la cima y disminuir.

Los cambios en el terreno en el área de drenaje de un arroyo, como la adición de edificios y caminos, pueden cambiar la forma en que se inunda un arroyo. Los edificios y el pavimento que cubren el suelo evitan la infiltración y provocan un aumento de la escorrentía superficial. El aumento de la escorrentía del arroyo significa que una menor cantidad de lluvia hará que el arroyo llegue a la etapa de inundación que antes de las alteraciones en la tierra. El arroyo se inundará con mayor frecuencia. Por la misma cantidad y tasa de lluvias que causaron inundaciones antes de la construcción, el arroyo alcanzará la etapa de inundación más rápido y la inundación será más profunda. El siguiente diagrama muestra la respuesta de inundación de un arroyo a una cantidad dada de lluvias antes y después de que el área de drenaje del arroyo fuera urbanizada por remoción de bosque y adición de edificios y carreteras. Después de la urbanización, el arroyo alcanza su nivel máximo de inundación más rápido y se eleva a un nivel más alto que antes de la urbanización. A menos que se diseñen e instalen contramedidas, un área urbanizada se inundará con mayor frecuencia y severidad que la misma área cuando fue boscosa.

Figura 9.

ABANICOS ALUVIALES

En el lugar donde un arroyo alcanza su nivel base, se ralentiza y deposita casi todo el sedimento que transporta. Un arroyo que desciende por un cañón y entra en un valle plano o llanura construye un depósito de sedimento en forma de abanico conocido como abanico aluvial. Los abanicos aluviales se construyen principalmente durante las inundaciones repentinas. Los abanicos aluviales son fáciles de reconocer en áreas áridas pero también se forman en climas más húmedos.

Figura 10.

El diagrama de la figura 11 muestra en sección transversal cómo un abanico aluvial se desarrolla a lo largo del tiempo a medida que el sedimento se erosiona desde mayor elevación y se deposita en la llanura de elevación inferior adyacente.

Figura 11.

DELTAS

Los deltas son accidentes geográficos importantes para la civilización. Proporcionan suelos fértiles, tierras planas y agua para la agricultura, así como canales fluviales para el transporte.

Un delta es una forma de relieve compuesta por sedimentos depositados donde una corriente ingresa a un cuerpo de agua más grande y de movimiento más lento, como un océano, un lago o un río más grande. El término delta proviene de la forma triangular de la letra griega delta (Δ). Los geógrafos griegos antiguos reconocieron la forma triangular de la tierra creada por el río Nilo donde desembocó en el mar Mediterráneo y le dieron el nombre de delta a esa forma de relieve. El delta del río Nilo es uno de varios tipos de deltas que se definen por los procesos predominantes que los conforman. El delta del Nilo es un delta dominado por olas. Las olas del mar Mediterráneo han empujado y distribuido sedimentos a lo largo de la costa, aplanando el lado mar del delta.

El delta del río Mississippi es un ejemplo de un delta dominado por un arroyo. La deposición de sedimentos ha construido el delta en el Golfo de México más rápido de lo que las olas o las mareas podrían redistribuir el sedimento. Como ocurre comúnmente en un delta, el río Mississippi se divide en dirección aguas abajo en varias ramas que descargan a través del delta hacia el Golfo de México. A estas sucursales se les conoce como distributarios. La desembocadura de cada distributario ha construido parte del delta más lejos en el Golfo de México formando lo que se conoce como delta de pie de ave, otro nombre para un delta dominado por un arroyo basado en la forma en que se ve en un mapa.

El delta del río Ganges es un delta dominado por la marea formado por sedimentos erosionados de las montañas del Himalaya, la cadena montañosa más grande del mundo. La desembocadura del río Ganges se encuentra en el extremo norte de la Bahía de Bengala, un gran terraplén del Océano Índico. La forma de esta gran bahía tiene un efecto de aumento en las mareas. La combinación de mareas fuertes y la descarga consistentemente alta de un río que cuida una gran carga de sedimentos crean un patrón de ramificación de distributarios, en efecto un sistema de corrientes trenzadas a través del delta.

Los deltas son tierras bajas que se encuentran apenas por encima del nivel del mar y corren un alto riesgo de ser sumergidas bajo el agua. Hay varias maneras en que los deltas pueden ser inundados por el aumento del agua. Las inundaciones que bajan por el río pueden cubrir un delta. Los deltas marinos pueden estar sujetos a mareas de tormenta cuando los vientos extremos elevan el nivel del mar a lo largo de la costa y empujan el agua del océano En las últimas décadas ha surgido un nuevo riesgo de inmersión para los deltas marinos. Muchos deltas marinos están experimentando una inmersión gradual a medida que aumenta el nivel global del mar.

PREGUNTAS DE REFLEXIÓN

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