Geomorfología

El estudio de las formas del relieve y la evolución de la superficie terrestre se remonta a los eruditos de la Grecia clásica . En el siglo V a. C., el historiador griego Heródoto argumentó, a partir de observaciones de suelos, que el delta del Nilo estaba creciendo activamente hacia el mar Mediterráneo y estimó su edad. ^{[ 11 ] [ 12 ]} En el siglo IV a. C., el filósofo griego Aristóteles especuló que, debido al transporte de sedimentos hacia el mar, eventualmente esos mares se llenarían mientras la tierra descendía. Afirmó que esto significaría que la tierra y el agua eventualmente intercambiarían lugares, con lo cual el proceso comenzaría de nuevo en un ciclo sin fin. ^{[ 11 ] [ 13 ]} La Enciclopedia de los Hermanos de la Pureza, publicada en árabe en Basora durante el siglo X, también trató sobre el cambio cíclico de posiciones de la tierra y el mar, con rocas que se desintegran y son arrastradas al mar, y cuyos sedimentos eventualmente ascienden para formar nuevos continentes. ^{[ 13 ]} El erudito musulmán persa medieval Abū Rayhān al-Bīrūnī (973–1048), tras observar formaciones rocosas en las desembocaduras de los ríos, planteó la hipótesis de que el Océano Índico alguna vez cubrió toda la India . ^{[ 14 ]} En su De Natura Fossilium de 1546, el metalúrgico y mineralogista alemán Georgius Agricola (1494–1555) escribió sobre la erosión y la meteorización natural . ^{[ 15 ]}

Otra teoría temprana de la geomorfología fue ideada por el científico y estadista chino de la dinastía Song , Shen Kuo (1031-1095). Esta se basó en su observación de conchas marinas fósiles en un estrato geológico de una montaña a cientos de millas del Océano Pacífico . Al notar conchas de bivalvos que se extendían horizontalmente a lo largo de la sección cortada de un acantilado, teorizó que el acantilado fue en algún momento la ubicación prehistórica de una costa que se había desplazado cientos de millas a lo largo de los siglos. Infirió que el terreno fue remodelado y formado por la erosión del suelo de las montañas y por la deposición de limo , después de observar extrañas erosiones naturales de las montañas Taihang y la montaña Yandang cerca de Wenzhou . ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]} Además, promovió la teoría del cambio climático gradual a lo largo de los siglos cuando se encontraron bambúes petrificados antiguos conservados bajo tierra en la zona climática seca del norte de Yanzhou , que ahora es la moderna Yan'an , provincia de Shaanxi . ^{[ 17 ] [ 19 ] [ 20 ]} Autores chinos anteriores también presentaron ideas sobre cambios en las formas del relieve. El erudito y funcionario Du Yu (222–285) de la dinastía Jin Occidental predijo que dos estelas monumentales que registraban sus logros, una enterrada al pie de una montaña y la otra erigida en la cima, eventualmente cambiarían sus posiciones relativas con el tiempo, al igual que las colinas y los valles. ^{[ 13 ]} El alquimista taoísta Ge Hong (284–364) creó un diálogo ficticio donde el inmortal Magu explicaba que el territorio del Mar de China Oriental fue una vez una tierra llena de moreras . ^{[ 21 ]}

El término geomorfología parece haber sido utilizado por primera vez por Laumann en una obra escrita en alemán en 1858. Keith Tinkler ha sugerido que la palabra se popularizó en inglés, alemán y francés después de que John Wesley Powell y W.J. McGee la usaran durante la Conferencia Geológica Internacional de 1891. ^{[ 22 ]} John Edward Marr, en su obra The Scientific Study of Scenery ^{[ 23 ],} consideró su libro como «un tratado introductorio sobre geomorfología, un tema que surgió de la unión de la geología y la geografía».

Un modelo geomorfológico popular temprano fue el ciclo geográfico o ciclo de erosión, modelo de evolución del paisaje a gran escala desarrollado por William Morris Davis entre 1884 y 1899. ^{[ 11 ]} Fue una elaboración de la teoría del uniformismo , propuesta inicialmente por James Hutton (1726-1797). ^{[ 24 ]} Con respecto a las formas de los valles , por ejemplo, el uniformismo postulaba una secuencia en la que un río discurre por un terreno plano, excavando gradualmente un valle cada vez más profundo, hasta que los valles laterales finalmente se erosionan, aplanando el terreno nuevamente, aunque a una elevación menor. Se pensaba que el levantamiento tectónico podría entonces reiniciar el ciclo. En las décadas posteriores al desarrollo de esta idea por parte de Davis, muchos de los que estudiaban geomorfología intentaron ajustar sus hallazgos a este marco, conocido hoy como "davisiano". ^{[ 24 ]} Las ideas de Davis son de importancia histórica, pero han sido ampliamente superadas hoy en día, principalmente debido a su falta de poder predictivo y su naturaleza cualitativa. ^{[ 24 ]}

En la década de 1920, Walther Penck desarrolló un modelo alternativo al de Davis. ^{[ 24 ]} Penck creía que la evolución del relieve se describía mejor como una alternancia entre procesos continuos de elevación y denudación, en contraposición al modelo de Davis de una única elevación seguida de una caída. ^{[ 25 ]} También enfatizó que en muchos paisajes la evolución de la pendiente ocurre por el desgaste de las rocas, no por el descenso de la superficie al estilo de Davis, y su ciencia tendía a enfatizar los procesos superficiales por encima de la comprensión detallada de la historia superficial de una localidad determinada. Penck era alemán, y durante su vida sus ideas fueron rechazadas en ocasiones con vehemencia por la comunidad geomorfológica de habla inglesa. ^{[ 24 ]} Su muerte prematura, la aversión de Davis hacia su trabajo y su estilo de escritura a veces confuso probablemente contribuyeron a este rechazo. ^{[ 26 ]}

Tanto Davis como Penck buscaban dotar al estudio de la evolución de la superficie terrestre de una relevancia global y generalizada. A principios del siglo XIX, los autores —sobre todo en Europa— solían atribuir la forma de los paisajes al clima local , y en particular a los efectos específicos de la glaciación y los procesos periglaciares . En cambio, Davis y Penck pretendían destacar la importancia de la evolución de los paisajes a lo largo del tiempo y la generalidad de los procesos de la superficie terrestre en distintos paisajes y bajo diferentes condiciones.

A principios del siglo XX, el estudio de la geomorfología a escala regional se denominó "fisiografía". ^{[ 27 ]} Posteriormente, se consideró que la fisiografía era una contracción de " físico " y "geografía " , y por lo tanto sinónimo de geografía física , y el concepto se vio envuelto en una controversia en torno a las preocupaciones apropiadas de esa disciplina. Algunos geomorfólogos defendieron una base geológica para la fisiografía y enfatizaron el concepto de regiones fisiográficas, mientras que una tendencia contradictoria entre los geógrafos fue equiparar la fisiografía con la "morfología pura", separada de su herencia geológica. En el período posterior a la Segunda Guerra Mundial, el surgimiento de estudios de procesos, climáticos y cuantitativos llevó a que muchos geocientíficos prefirieran el término "geomorfología" para sugerir un enfoque analítico de los paisajes en lugar de uno descriptivo. ^{[ 28 ]}

Durante la era del Nuevo Imperialismo a finales del siglo XIX, exploradores y científicos europeos viajaron por todo el mundo, trayendo consigo descripciones de paisajes y formas del relieve. A medida que el conocimiento geográfico aumentó con el tiempo, estas observaciones se sistematizaron en la búsqueda de patrones regionales. El clima emergió así como factor primordial para explicar la distribución del relieve a gran escala. El auge de la geomorfología climática fue prefigurado por el trabajo de Wladimir Köppen , Vasily Dokuchaev y Andreas Schimper . William Morris Davis , el geomorfólogo más destacado de su época, reconoció el papel del clima al complementar su ciclo climático templado "normal" de erosión con ciclos áridos y glaciares. ^{[ 29 ] [ 30 ]} Sin embargo, el interés por la geomorfología climática también fue una reacción contra la geomorfología davisiana , que a mediados del siglo XX se consideraba poco innovadora y dudosa. ^{[ 30 ] [ 31 ]} La geomorfología climática temprana se desarrolló principalmente en Europa continental, mientras que en el mundo angloparlante la tendencia no fue explícita hasta la publicación de LC Peltier en 1950 sobre un ciclo periglaciar de erosión. ^{[ 29 ]}

La geomorfología climática fue criticada en un artículo de revisión de 1969 por el geomorfólogo de procesos DR Stoddart . ^{[ 30 ] [ 32 ]} La crítica de Stoddart resultó "devastadora" y provocó un declive en la popularidad de la geomorfología climática a finales del siglo XX. ^{[ 30 ] [ 32 ]} Stoddart criticó la geomorfología climática por aplicar metodologías supuestamente "triviales" para establecer diferencias en las formas del relieve entre zonas morfoclimáticas, por estar vinculada a la geomorfología davisiana y por supuestamente ignorar el hecho de que las leyes físicas que rigen los procesos son las mismas en todo el mundo. ^{[ 32 ]} Además, algunas concepciones de la geomorfología climática, como la que sostiene que la meteorización química es más rápida en climas tropicales que en climas fríos, resultaron no ser del todo ciertas. ^{[ 30 ]}

La geomorfología comenzó a asentarse sobre una base cuantitativa sólida a mediados del siglo XX. Siguiendo el trabajo inicial de Grove Karl Gilbert a principios del siglo XX, ^{[ 11 ] [ 24 ] [ 25 ]} un grupo de científicos naturales, geólogos e ingenieros hidráulicos principalmente estadounidenses, entre ellos William Walden Rubey , Ralph Alger Bagnold , Hans Albert Einstein , Frank Ahnert , John Hack , Luna Leopold , A. Shields , Thomas Maddock , Arthur Strahler , Stanley Schumm y Ronald Shreve, comenzaron a investigar la forma de elementos del paisaje como ríos y laderas tomando mediciones sistemáticas, directas y cuantitativas de aspectos de los mismos e investigando la escala de estas mediciones. ^{[ 11 ] [ 24 ] [ 25 ] [ 34 ]} Estos métodos comenzaron a permitir la predicción del comportamiento pasado y futuro de los paisajes a partir de observaciones presentes, y más tarde se desarrollarían en la tendencia moderna de un enfoque altamente cuantitativo de los problemas geomorfológicos. Muchos estudios de geomorfología pioneros y ampliamente citados aparecieron en el Boletín de la Sociedad Geológica de América , ^{[ 35 ]} y recibieron pocas citas antes del año 2000 (son ejemplos de "bellezas durmientes" ) ^{[ 36 ]} cuando se produjo un marcado aumento en la investigación cuantitativa de geomorfología. ^{[ 37 ]}

La geomorfología cuantitativa puede abarcar la dinámica de fluidos y la mecánica de sólidos , la geomorfometría , estudios de laboratorio, mediciones de campo, trabajos teóricos y la modelización completa de la evolución del paisaje . Estos enfoques se utilizan para comprender la meteorización y la formación de suelos , el transporte de sedimentos , los cambios en el paisaje y las interacciones entre el clima, la tectónica, la erosión y la sedimentación. ^{[ 38 ] [ 39 ]}

En Suecia, la tesis doctoral de Filip Hjulström , «El río Fyris» (1935), contenía uno de los primeros estudios cuantitativos de procesos geomorfológicos jamás publicados. Sus alumnos siguieron la misma línea, realizando estudios cuantitativos sobre el transporte de masas ( Anders Rapp ), el transporte fluvial ( Åke Sundborg ), la sedimentación deltaica ( Valter Axelsson ) y los procesos costeros ( John O. Norrman ). Esto dio origen a la « Escuela de Geografía Física de Uppsala ». ^{[ 40 ]}

Hoy en día, el campo de la geomorfología abarca una amplia gama de enfoques e intereses diferentes. ^{[ 11 ]} Los investigadores modernos buscan extraer "leyes" cuantitativas que rijan los procesos de la superficie terrestre, pero también reconocen la singularidad de cada paisaje y entorno en el que operan estos procesos. Entre los hallazgos particularmente importantes en la geomorfología contemporánea se incluyen:

1) que no todos los paisajes pueden considerarse "estables" o "perturbados", donde este estado de perturbación es un desplazamiento temporal respecto a una forma ideal. En cambio, los cambios dinámicos del paisaje se consideran ahora una parte esencial de su naturaleza. ^{[ 38 ] [ 41 ]}

2) que muchos sistemas geomorfológicos se entienden mejor en términos de la estocasticidad de los procesos que ocurren en ellos, es decir, las distribuciones de probabilidad de las magnitudes de los eventos y los tiempos de retorno. ^{[ 42 ] [ 43 ]} Esto a su vez ha indicado la importancia del determinismo caótico para los paisajes, y que las propiedades del paisaje se consideran mejor estadísticamente . ^{[ 44 ]} Los mismos procesos en los mismos paisajes no siempre conducen a los mismos resultados finales.

Según Karna Lidmar-Bergström , desde la década de 1990 la geografía regional ya no es aceptada por la comunidad académica dominante como base para los estudios geomorfológicos. ^{[ 45 ]}

Aunque su importancia ha disminuido, la geomorfología climática sigue existiendo como campo de estudio que produce investigaciones relevantes. Más recientemente, la preocupación por el calentamiento global ha generado un renovado interés en este campo. ^{[ 30 ]}

A pesar de las considerables críticas, el modelo del ciclo de erosión ha permanecido como parte de la ciencia de la geomorfología. ^{[ 46 ]} El modelo o teoría nunca se ha demostrado erróneo, ^{[ 46 ]} pero tampoco se ha demostrado. ^{[ 47 ]} Las dificultades inherentes del modelo han hecho que la investigación geomorfológica avance por otras líneas. ^{[ 46 ]} En contraste con su estatus controvertido en geomorfología, el modelo del ciclo de erosión es un enfoque común utilizado para establecer cronologías de denudación y, por lo tanto, es un concepto importante en la ciencia de la geología histórica . ^{[ 48 ]} Si bien reconocen sus deficiencias, los geomorfólogos modernos Andrew Goudie y Karna Lidmar-Bergström lo han elogiado por su elegancia y valor pedagógico, respectivamente. ^{[ 49 ] [ 50 ]}

Los procesos eólicos se refieren a la actividad de los vientos y, más específicamente, a su capacidad para moldear la superficie terrestre . Los vientos pueden erosionar, transportar y depositar materiales, y son agentes eficaces en regiones con escasa vegetación y una gran cantidad de sedimentos finos y no consolidados . Si bien el agua y el flujo de masas tienden a movilizar más material que el viento en la mayoría de los entornos, los procesos eólicos son importantes en ambientes áridos como los desiertos . ^{[ 51 ]}

La interacción de los organismos vivos con las formas del relieve, o procesos biogeomorfológicos , puede adoptar muchas formas diferentes y probablemente sea de profunda importancia para el sistema geomorfológico terrestre en su conjunto. La biología puede influir en numerosos procesos geomorfológicos, desde procesos biogeoquímicos que controlan la meteorización química , hasta la influencia de procesos mecánicos como la excavación y la caída de árboles en el desarrollo del suelo, e incluso el control de las tasas de erosión global mediante la modulación del clima a través del balance de dióxido de carbono. Los paisajes terrestres en los que se puede excluir definitivamente el papel de la biología en la mediación de los procesos superficiales son extremadamente raros, pero pueden contener información importante para comprender la geomorfología de otros planetas, como Marte . ^{[ 52 ]}

Los ríos y arroyos no son solo conductos de agua, sino también de sedimentos . El agua, al fluir sobre el lecho del canal, puede movilizar sedimentos y transportarlos aguas abajo, ya sea como carga de fondo , carga en suspensión o carga disuelta . La tasa de transporte de sedimentos depende de la disponibilidad de sedimentos y del caudal del río . ^{[ 53 ]} Los ríos también pueden erosionar la roca y formar nuevos sedimentos, tanto de sus propios lechos como al acoplarse a las laderas circundantes. De esta manera, se considera que los ríos establecen el nivel base para la evolución del paisaje a gran escala en entornos no glaciares. ^{[ 54 ] [ 55 ]} Los ríos son enlaces clave en la conectividad de diferentes elementos del paisaje.

A medida que los ríos fluyen por el paisaje, generalmente aumentan de tamaño y se unen con otros ríos. La red de ríos así formada es un sistema de drenaje . Estos sistemas adoptan cuatro patrones generales: dendrítico, radial, rectangular y enrejado. El dendrítico es el más común y se produce cuando el estrato subyacente es estable (sin fallas). Los sistemas de drenaje tienen cuatro componentes principales: cuenca de drenaje , valle aluvial, llanura deltaica y cuenca receptora. Algunos ejemplos geomorfológicos de formas fluviales son los abanicos aluviales , los lagos de herradura y las terrazas fluviales .

Los glaciares , aunque geográficamente restringidos, son agentes eficaces de cambio del paisaje. El movimiento gradual del hielo a lo largo de un valle provoca abrasión y desprendimiento de la roca subyacente . La abrasión produce sedimentos finos, denominados harina glacial . Los detritos transportados por el glaciar, cuando este retrocede, se denominan morrenas . La erosión glacial es responsable de los valles en forma de U, a diferencia de los valles en forma de V de origen fluvial. ^{[ 56 ]}

La interacción de los procesos glaciares con otros elementos del paisaje, en particular los procesos de ladera y fluviales, es un aspecto importante de la evolución del paisaje durante el Plioceno-Pleistoceno y su registro sedimentario en muchos entornos de alta montaña. Los entornos que han sido glaciares recientemente, pero que ya no lo son, pueden presentar tasas de cambio del paisaje elevadas en comparación con aquellos que nunca han sido glaciares. Los procesos geomórficos no glaciares que, sin embargo, han sido condicionados por la glaciación pasada se denominan procesos paraglaciares . Este concepto contrasta con los procesos periglaciares , que son impulsados ​​directamente por la formación o el derretimiento del hielo o la escarcha. ^{[ 57 ]}

El suelo , el regolito y las rocas se mueven ladera abajo por la fuerza de la gravedad mediante reptación , deslizamientos , flujos, vuelcos y caídas. Este tipo de remoción en masa ocurre tanto en pendientes terrestres como submarinas, y se ha observado en la Tierra , Marte , Venus , Titán y Jápeto .

Los procesos de ladera en curso pueden cambiar la topología de la superficie de la ladera, lo que a su vez puede cambiar la velocidad de dichos procesos. Las laderas que se inclinan hasta ciertos umbrales críticos son capaces de desprender volúmenes extremadamente grandes de material muy rápidamente, lo que convierte a los procesos de ladera en un elemento extremadamente importante de los paisajes en áreas tectónicamente activas. ^{[ 58 ]}

En la Tierra, los procesos biológicos como la excavación de madrigueras o el derribo de árboles pueden desempeñar papeles importantes en la determinación de las tasas de algunos procesos de ladera. ^{[ 59 ]}

Tanto los procesos ígneos volcánicos (eruptivos) como los plutónicos (intrusivos) pueden tener importantes repercusiones en la geomorfología. La actividad volcánica tiende a regenerar los paisajes, cubriendo la antigua superficie terrestre con lava y tefra , liberando material piroclástico y forzando a los ríos a fluir por nuevos cauces. Los conos formados por las erupciones también crean una topografía nueva y sustancial, sobre la cual pueden actuar otros procesos superficiales. Las rocas plutónicas que se intruyen y luego se solidifican en profundidad pueden causar tanto elevación como subsidencia de la superficie, dependiendo de si el nuevo material es más o menos denso que la roca que desplaza.

Los efectos tectónicos sobre la geomorfología pueden abarcar escalas desde millones de años hasta minutos o menos. Estos efectos dependen en gran medida de la naturaleza de la estructura del lecho rocoso subyacente , que controla en mayor o menor medida el tipo de morfología local que la tectónica puede moldear. Los terremotos pueden, en cuestión de minutos, sumergir grandes extensiones de tierra, formando nuevos humedales. El rebote isostático puede explicar cambios significativos a lo largo de cientos o miles de años, y permite que la erosión de una cadena montañosa promueva una mayor erosión a medida que se elimina masa de la cadena y esta se eleva. La dinámica tectónica de placas a largo plazo da lugar a cinturones orogénicos , grandes cadenas montañosas con una vida útil típica de decenas de millones de años, que constituyen puntos focales para altas tasas de procesos fluviales y de ladera, y por lo tanto, para la producción de sedimentos a largo plazo.

También se ha planteado la hipótesis de que características de la dinámica del manto profundo , como las plumas y la delaminación de la litosfera inferior, desempeñan un papel importante en la evolución a largo plazo (> millones de años) y a gran escala (miles de km) de la topografía terrestre (véase topografía dinámica ). Ambas pueden promover el levantamiento de la superficie a través de la isostasia, ya que las rocas del manto más calientes y menos densas desplazan a las rocas del manto más frías y densas en las profundidades de la Tierra. ^{[ 60 ] [ 61 ]}

Los procesos marinos son aquellos asociados con la acción de las olas, las corrientes marinas y la filtración de fluidos a través del lecho marino. Los movimientos de masas y los deslizamientos submarinos también son procesos importantes para algunos aspectos de la geomorfología marina. ^{[ 62 ]} Debido a que las cuencas oceánicas son los sumideros finales de una gran fracción de los sedimentos terrestres, los procesos de deposición y sus formas relacionadas (por ejemplo, abanicos sedimentarios, deltas ) son particularmente importantes como elementos de la geomorfología marina.