Aguas superficiales I( Alexia Doménec y Andrea Pérez)

En la vida del ser humano, los ríos son esenciales ya sea para desplazamientos o como fuente de energía. Aunque a veces también causa problemas, por ejemplo inundaciones en las civilizaciones que se instalan cerca de estos.

 LA TIERRA COMO SISTEMA: EL CICLO HIDROLÓGICO

Los océanos, los glaciares, los ríos, los lagos, el aire, los tejidos vivos por ejemplo, constituyen la hidrosfera terrestre. Esta contiene en total unos 1.360 millones de kilómetros cúbicos.

Esta circulación interminable del suministro de agua de la Tierra se denomina ciclo hidrológico. El ciclo nos muestra muchas interrelaciones cruciales entre partes diferentes del sistema Tierra. El ciclo hidrológico es un sistema mundial gigantesco impulsado por la energía del sol, en el cual la atmósfera proporciona el nexo vital entre los océanos y los continentes . El agua se evapora en la atmósfera desde el océano y, en un grado mucho menor, desde los continentes.

Gran parte del agua que se infiltra o se escurre acaba por encontrar la manera de volver a la atmósfera por medio de la evaporación desde el suelo, los lagos y las corrientes. Además, una parte del agua que se infiltra en el suelo es absorbida por las plantas, que después la liberan a la atmósfera.

Cada año, un campo de cultivo puede transpirar una cantidad de agua equivalente a una capa de 60 centímetros de profundidad sobre todo el campo. La misma superficie con árboles puede bombear el doble de esta cantidad a la atmósfera. Dado que no podemos distinguir claramente entre la cantidad de agua que se evapora y la cantidad que es transpirada por las plantas, se suele utilizar el término evapotranspiración para definir el efecto combinado. Cuando la precipitación cae en áreas muy frías el agua no puede infiltrarse, correr o evaporarse inmediatamente. Dado que el vapor de agua total de la atmósfera permanece aproximadamente igual, la precipitación anual media sobre la Tierra debe ser igual a la cantidad de agua evaporada. Sin embargo, si se consideran juntos todos los continentes, la precipitación excede a la evaporación. A la inversa, sobre los océanos, la evaporación supera a la precipitación.

Es decir, el ciclo hidrológico representa la circulación continua del agua de los océanos a la atmósfera, de la atmósfera a los continentes y, desde los continentes, de vuelta al mar. El desgaste de la superficie terrestre se atribuye en gran medida a la última de estas etapas, a la que está dedicado fundamentalmente el resto de este capítulo.

LAS AGUAS DE ESCORRENTÍA

Aunque hemos dependido siempre en gran medida de las corrientes de agua, su origen nos resultó esquivo durante siglos. No fue hasta el siglo XVI cuando nos dimos cuenta de que las corrientes de agua eran abastecidas por la escorrentía superficial y por las aguas subterráneas, las cuales, en último término, tenían su origen en la lluvia y en la nieve. El agua de escorrentía fluye inicialmente por el suelo en finas y extensas láminas en lo que se denomina apropiadamente escorrentía en lámina. Cuando el suelo se satura, comienza la escorrentía en lámina como una capa de tan sólo unos milímetros de grosor.

La diferencia entre una corriente y un río es que un río es más grande que una corriente, y ambos son más grandes que un riachuelo o un arroyo. Sin embargo, en Geología no es así: la palabra corriente se utiliza para designar un flujo canalizado de cualquier tamaño, desde un riachuelo pequeño hasta el río más extraordinario.

FLUJO DE CORRIENTE

Cuando el flujo es turbulento, el agua se mueve de una manera confusa y errática, que a menudo se caracteriza por la presencia de remolinos turbulentos. La velocidad de la corriente es un factor fundamental que determina si el flujo va a ser laminar o turbulento. El flujo laminar sólo es posible cuando el agua se mueve muy lentamente a través de un cauce suave. Si la velocidad aumenta o el canal se vuelve abrupto, el flujo laminar cambia a flujo turbulento.

El movimiento del agua en las corrientes suele ser lo bastante rápido como para que el flujo sea turbulento. El movimiento pluridireccional del flujo turbulento erosiona el cauce de la corriente y mantiene suspendido el sedimento dentro del agua, de manera que pueda ser transportado corriente abajo, con gran eficacia. Cuando el cauce de una corriente tiene curvas o es tortuoso, el flujo más rápido no se encuentra en el centro.

GRADIENTE Y CARACTERÍSTICAS DEL CAUCE

Por supuesto, uno de los factores más obvios que controlan la velocidad de la corriente es el gradiente, o pendiente, de un cauce fluvial. La forma transversal de un canal determina la cantidad de agua que estará en contacto con el cauce y, por tanto, afecta a la fricción por arrastre. El cauce más eficaz es aquel cuya área transversal tiene el menor perímetro.

Aunque el área transversal de los dos es idéntica, la forma semicircular tiene menos agua en contacto con el cauce y, por consiguiente, menos fricción por arrastre. Como consecuencia, si todos los demás factores son iguales, el agua fluirá con mayor rapidez en el cauce semicircular. El tamaño y la irregularidad del cauce afectan también a la cantidad de fricción. Un aumento del tamaño del cauce reduce el radio del perímetro con respecto al área transversal y, por consiguiente, aumenta la eficacia del flujo.

CAUDAL

En la tabla siguiente se enumeran los ríos más grandes del mundo en términos de caudal. El mayor de Norteamérica, el Mississippi, tiene un caudal medio de 17.300 m3 por segundo. Drenando un área que es casi las tres cuartas partes del tamaño de Estados Unidos y con una media de unos 200 centímetros de lluvia al año. El Amazonas tiene un caudal 12 veces superior al del Mississippi.

Cuando cambia el caudal, los factores indicados antes deben cambiar también. Cuando aumenta el caudal, la anchura o la profundidad del cauce deben incrementarse o el agua debe fluir más rápidamente, o debe cambiar alguna combinación de esos factores. Para manejar el agua adicional, la corriente aumentará el tamaño de su cauce ensanchándolo y profundizándolo. Como vimos antes, cuando el tamaño del cauce aumenta, hay una cantidad proporcionalmente menor de agua en contacto con el lecho y las riberas del cauce.

CAMBIO DE CORRIENTE ARRIBA Y CORRIENTE ABAJO

Para poder estudiar una corriente de agua se ha de mirar su perfil longitudinal, este es un trozo de corriente desde su origen (cabecera) hasta su desembocadura. Un perfil longitudinal típico tiene una gradiente decreciente constante, como podemos observar en la imagen. Es decir, su perfil es una curva suave cóncava en sentido ascendente. Este perfil también muestra que que el gradiente disminuye corriente abajo. Gracias a observaciones que se hace a lo largo del tiempo en estaciones con gran cantidad de agua se puede saber que el caudal aumenta a medida que se acerca a la desembocadura. Esto es a causa de que puede que otros ríos vayan desembocando en este a medida que avanza, como es en el caso del Río Amazonas. Además hay algunos casos donde se puede incorporar aguas subterráneas, a causa de esto el río cambia su forma ya que lleva mucha agua. 

La velocidad de la corriente abajo no tiene nada que ver con la velocidad corriente arriba como son las corrientes montañosas. Estas a menudo son unas corrientes turbulentas así como lo son menos en ríos plácidos y anchos.

Gracias a diversas observaciones se puede decir que hay una relación entre gradiente y cauce, es decir, cuando el gradiente es más grande el cauce es más pequeño y viceversa. Así es como una corriente puede tener una velocidad más elevada una a menudo que se acerca a su desembocadura. 

NIVEL DE BASE Y CORRIENTES EN EQUILIBRIO

John Wesley Powell descubrió el concepto de que hay un límite hacia abajo para la erosión de la corriente fluvial llamada nivel de base. Esta es la menor elevación a ala que puede llegar una corriente al profundizar su cauce, además es el nivel al que llega una corriente a su desembocadura en el océano. El nivel de base explica el hecho de que la mayoría de los perfiles de las corrientes tenga gradientes bajos cerca de sus desembocaduras, porque las corrientes se aproximan a la elevación por debajo de la cual no pueden erosionar sus lechos.

Al nivel del mar, al cual Powell denominó «nivel de base principal», se le conoce ahora como nivel de base absoluto. Todos tienen la capacidad de limitar una corriente a un cierto nivel. Por tanto, el lago evita que la corriente erosione por debajo de su nivel en cualquier punto corriente arriba del lago. De una manera similar, la capa de roca resistente del borde de la catarata actúa como un nivel de base temporal.

La corriente, ahora incapaz de transportar toda su carga, depositará material, elevando con ello su cauce. Este proceso continúa hasta que la corriente vuelve a tener un gradiente suficiente para transportar su carga.

Si, por otra parte, el nivel de base se redujera, ya fuera por elevación del terreno o por una caída del nivel del mar, la corriente se reajustaría de nuevo. La observación de que las corrientes ajustan su perfil a los cambios del nivel de base indujo el concepto de corriente en equilibrio. Una vez que una corriente ha alcanzado este estado de equilibrio, se convierte en un sistema autorregulador en el cual un cambio de una característica produce un ajuste de las otras para contrarrestar el efecto.

EROSIÓN DE LAS CORRIENTES FLUVIALES

Cuanto más fuerte sea la corriente, con mayor eficacia recogerá los granos. Exactamente igual a como los granos del papel de lija pueden desgastar un trozo de madera, la arena y la grava transportadas por una corriente erosionan un cauce de roca. Además, los granos de sedimento se gastan también por sus muchos impactos con el cauce y entre sí. Por tanto, arañando, frotando y golpeando, la abrasión erosiona el cauce de roca y alisa y redondea simultáneamente los granos que desgastan.

Rasgos geológicos comunes en los lechos de algunos ríos son depresiones redondeadas conocidas como pilancones o marmitas de gigante, que se crean por la acción abrasiva de los granos que giran en torbellinos de rápido movimiento. Conforme los granos se van desgastando hasta desaparecer, se ven sustituidos por otros nuevos que continúan el taladro del lecho de la corriente.

 

marmitas de gigante 

TRANSPORTE DEL SEDIMENTO POR LAS CORRIENTES

Las corrientes son el agente erosivo más importante de la Tierra. Aunque la erosión del cauce de una corriente aporta cantidades significativas de material para el transporte, con mucho la mayor cantidad de sedimento transportada por una corriente procede de los productos de la meteorización. Las corrientes transportan su carga de sedimentos de tres maneras: en solución ; en suspensión , y a lo largo del fondo del cauce .

CARGA DISUELTA

Una vez disuelto, el material va adonde quiera que vaya la corriente, con independencia de la velocidad. La cantidad de material transportado en solución es muy variable y depende de factores como el clima y el contexto geológico. Normalmente, la carga disuelta se expresa como partes de material disuelto por partes de millón de agua . Las corrientes suministran a los océanos casi 4 millones de toneladas métricas de material disuelto al año.

CARGA SUSPENDIDA

También durante esta época de las inundaciones, la cantidad total de material transportado en suspensión aumenta de manera notable, como pueden verificarlo las personas cuyos hogares se han convertido en los centros de sedimentación de este material. La velocidad de sedimentación se define como la velocidad a la cual cae una partícula a través de un fluido inmóvil. Además del tamaño, la forma y el peso específico de los granos influyen también en la velocidad de sedimentación. Cuanto más lenta sea la velocidad de sedimentación y más fuerte la turbulencia, más tiempo permanecerá en suspensión una partícula de sedimento y más lejos será transportada corriente abajo por el flujo del agua.

CARGA DE FONDO

Una parte de la carga de material sólido de una corriente consiste en sedimento demasiado grande para ser transportado en suspensión. Estos granos más gruesos se mueven a lo largo del fondo de la corriente y constituyen la carga de fondo. Tiene un gran papel en erosión. Los granos que constituyen la carga de fondo se mueven a lo largo del mismo mediante rodamiento, deslizamiento y saltación. El sedimento que se mueve por saltación parece saltar a lo largo de la corriente.  Los granos que son demasiado grandes o densos para moverse por saltación o bien ruedan o se deslizan a lo largo del fondo, según sus formas. Están constantemente en movimiento.

CAPACIDAD Y COMPETENCIA 

La aptitud de una corriente para transportar partículas sólidas suele describirse utilizando dos criterios. En primer lugar, la carga máxima de partículas sólidas que una corriente puede transportar se denomina capacidad. Cuanto mayor es la cantidad de agua que fluye en una corriente , mayor es la capacidad de la corriente para arrastrar el sedimento. La velocidad de una corriente determina su competencia: cuanto más fuerte es el flujo, más grandes son los granos que puede transportar en suspensión y como carga de fondo.

Como regla general, la competencia de una corriente aumenta en un valor igual al cuadrado de su velocidad. Por consiguiente, los grandes cantos rodados visibles a menudo durante una etapa de nivel de agua bajo y que parecen inmóviles pueden, de hecho, ser transportados durante las etapas de inundación, debido al aumento de la competencia de la corriente .

1. Por qué la corriente acelera su velocidad a medida que el río de acerca a su desembocadura.
2. Numera 3 constituyentes de la hidrosfera.
3. Cual es la diferencia entre un río y una corriente?