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Geografía Física

120º

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180°

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120º

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FIGURA 1. 19.

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180º

Proyección ecuatorial de Mercator.

este mapa muestra cómo las áreas continentales de Nor­ teamérica, Asia y Europa se agrupan alrededor del Océa­ no Glacial Ártico. Para un observador no experimentado, esto puede producir la falsa sensación de que esas tierras están aisladas. . Por otra parte, ciertos tipos de información geográfica quedan mejor representados sobre la proyección de Mer­ cator. Debido a la precisión con que pueden trazarse las l íneas que simbolizan las direcciones de la brújula, esta proyección es adecuada para representar la dirección de las corrientes marinas o de los vientos, la dirección que señala la brújula, o las isobaras e isotermas. En posterio­ res capítulos se verán ejemplos de la utilización de la

proyección de Mercator. Esta proyección se complemen­ ta a menudo con dos proyecciones estereográficas, una para cada polo.

Proyección bomolográfica Una proyección bastante utilizada por los geógrafos para representar el globo completo es la proyección homolo­ gráfica (figura 1 .20). Etimológicamente, la palabra "ho­ molográfica" significa "misma área " , propiedad que po­ see este tipo de proyección. Un hemisferio tiene contor­ no circular; el otro, dividido en dos partes de contorno

FIGURA 1 . 20. Proyección homolográfica.

Proyección bomolográfica

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La deformación de las áreas es muy acusada en los bordes

Los meridianos son curvas sinusoidales

FIGURA 1 .2 1 .

Proyección sinusoidal.

elíptico, se añade a ambos lados del anterior. Si exceptua­ mos el meridiano central, que es una línea recta, y el hemisferio circular, todos los meridianos restantes son semielipses. El Ecuador tiene el doble de longitud que el meridiano central, tal como sucede realmente en el glo­ bo. Los paralelos son l íneas rectas y horizontales cuya separación disminuye hacia los polos. La proyección homolográfica tiene diversas ventajas y desventajas. Su propiedad de conservación de las áreas la hace valiosa para mostrar la distribución global de fenó­ menos geográficos, como usos del suelo o unidades polí­ ticas. Es una excelente red para las regiones de bajas latitudes, y por ello se utiliza a menudo para realizar mapas de África. Sin embargo, la extraordinaria distorsión que presentan las regiones polares ha restringido su utili­ zación.

Proyección sinusoidal En ciertos aspectos, la proyección sinusoidal es semejan­ te a la proyección homolográfica. Es una proyección que

conserva las áreas, con un meridiano central recto y para­ lelos horizontales (figura 1 .2 1 ) . La diferencia está en el tipo de curva utilizada en los meridianos. Mientras la red homolográfica utiliza elipses, la red sinusoidal emplea curvas sinusoidales. Los paralelos están espaciados uni­ formemente (son equidistantes) . Por esta razón, es mejor para las zonas de latitudes altas que la proyección homo­ lográfica, aunque la deformación sigue siendo impor­ tante.

Proyección bomolosena La proyección bomolosena, inventada por el Dr. ] . Paul Goode en 1923, es una combinación de los tipos homolo­ gráfico y sinusoidal. La proyección sinusoidal se utiliza entre los 40º de latitud N y S, y la homolográfica para el resto del globo. La proyección homolosena discontinua (figura 1 .22) muestra América del Norte, Eurasia, Suda­ mérica, África y Australia; cada zona continental está re­ presentada utilizando el meridiano más apropiado. En otra variación de este mapa, Eurasia queda dividida en el

FIGURA 1.22_

Proyección homolosena discontinua de Goode. (A partir del mapa base de Goode. Copyright por la Universidad de Chicago. Usado con el permiso del Departamento de Geografía. )

L a superjlde de la tierra en mapas

meridiano 60º E, mejorando enormemente Ja presenta­ ción de Asia Oriental. Finalmente, un medio de mostrar Ja información de las áreas continentales con el máximo de ventajas en el espacio reducido de un libro, es el que utiliza la proyec­ ción homolosena discontinua, comprimiéndola de forma que se eliminen las áreas oceánicas y se aproximen los continentes. Véase, por ejemplo, nuestro mapa climático, Lámina C2.

Selección de una proyección Es necesario seleccionar la proyección más adecuada para el tipo de información que quiera ofrecerse. Para representar la distribución de fenómenos geográficos que ocupan una superficie (suelos, tipos de vegetación, climas o unidades políticas) , debe utilizarse una proyec­ ción que conserve las áreas. Una proyección conforme es adecuada para mostrar sistemas de líneas en los que la orientación sea importante (isotermas o isobaras, vientos o corrientes oceánicas) . Para las latitudes altas se ha de emplear una proyección polar. Algunos aspectos del medio ambiente de especial inte­ rés en geografía física cambian sistemáticamente desde el Ecuador hacia los polos. Estos fenómenos dependen fun­ damentalmente de la latidud, por ejemplo, las temperatu­ ras, climas, suelos o tipos de vegetación. Para su repre­ sentación es necesario utilizar una proyección con para­ lelos rectos y horizontales, ya que el ojo puede seguir fácilmente una latitud determinada a lo largo de todo el mapa. Antes de empezar a analizar datos y a representar las conclusiones sobre un mapamundi, hay que asegurarse de conocer las características de la proyección, sea equiá­ rea, conforme o de cualquier otro tipo. En caso de duda pueden compararse dos o más proyecciones de las mis­ mas regiones y analizar los posibles conceptos erróneos que pueda contener cada una. Es recomendable consul­ tar un globo de calidad para establecer relaciones de distancias y orientación entre puntos y áreas. Resulta insustituible como modelo a escala verdadera de las ca­ racterísticas de la superficie terrestre.

Mapas a gran y pequeña escala La escala de los mapas varía desde aquella que ofrece una información general, mostrando la red geográfica de toda la tierra o de un hemisferio, a aquella que sólo muestra pequeñas secciones de la superficie terrestre. Estos ma­ pas, a escala grande o intermedia, son capaces de repre­ sentar la gran cantidad de información geográfica dispo­ nible, mostrándola de forma conveniente y efectiva. Por razones prácticas, los mapas se imprimen en hojas de papel inferiores a 1 o 2 metros de largo que tienen los mapas de carreteras o las cartas náuticas. Los libros de mapas -atlas- están impresos en páginas de dimensiones normalmente inferiores a 30 cm por 40 cm, mientras los mapas que aparecen en los libros de texto o en las publicaciones científicas son aún más pequeños. En realidad, no sólo el tamaño de la hoja o página determina la información que el mapa pueda contener, sino también la escala en que el mapa está realizado. Es necesario destacar que la magnitud relativa de dos esca­ las diferentes se determina analizando qué fracción re­ presentativa es mayor y cuál menor. Por ejemplo, una

Proyección transversal de Mercator

escala 1 : 1 0 .000 es dos veces mayor que una escala 1 : 20.000. Muchos estudiantes cometen el error de pensar que la fracción de mayor denom inador representa la esca­ la mayor. Si existe alguna duda, debe preguntarse a sí mismo: ¿qué fracción es mayor, 1 /4 o 1/2? En el caso de globos o mapas que representen toda la tierra, la escala oscila entre 1 : 100.000.000 y 1 : 1 0 .000.000; se trata de mapas a pequeña es cala. Por ejemplo, un mapamundi mural cuyo Ecuador mida 2 metros (en reali­ dad mide 40.000 km) tendrá una escala 1 :20.000.000. La escala pequeña debe ampliarse hasta la cifra de 1 :500.000. Desde ese valor hasta 1 : 1 00.000 hablaremos de mapas a escala intermedia. Por último, aquellos ma­ pas cuya escala es superior a 1 : 1 00.000 son mapas a gran escala.

Sistemas de coordenadas planas Hasta ahora sólo hemos considerado un sistema de coor­ denadas -la red geográfica- para la localización de pun­ tos sobre un globo o mapa. Los mapas a gran escala o a escala intermedia suelen estar limitados generalmente por paralelos y meridianos. En esos casos, una serie de mapas puede estar basada en una proyección seleccio­ nada. Las coordenadas geográficas pueden considerarse como coordenadas esféricas porque determinan puntos en una superficie esférica (elipsoidal) . En la mayoría de proyecciones, los paralelos o los meridianos son líneas curvas. Además, no son l íneas equidistantes sobre el glo­ bo y no pueden ser representados de forma perfecta en ninguna de las proyecciones corrientes. Por lo tanto, deberá utilizarse un sistema completamente diferente, de coordenadas planas, para disponer de un conjunto de líneas rectas que se corten perpendicularmente sobre el mapa plano, teniendo en cuenta el tipo de proyección utilizado. La red que se forma de esta manera consiste en verdaderos cuadrados que se superponen a la red geográ­ fica. Un sistema de coordenadas planas puede ser super­ puesto a cualquier proyección. Por ejemplo, algunos es­ tados de Estados Unidos han creado sus propios sistemas de coordenadas planas basadas en la proyección cónica conforme de Lambert. Por supuesto, estos sistemas se refieren únicamente al estado individual y no se extien­ den a los estados próximos. Además, un sistema basado en la proyección cónica conforme de Lambert no es adecuado en casos como los de Alaska y Canadá, ya que los paralelos de referencia están seleccionados de forma adecuada para representar los 48 estados contiguos. Por tanto, para que un único sistema de coordenadas planas tenga una aplicación completa se necesita una proyec­ ción que sea apropiada para una gran amplitud de lati­ tudes.

Proyección transversal de Mercator Para cubrir las necesidades de un sistema internacional de coordenadas planas, los cartógrafos idearon la proyec­ ción universa/ transversa/ de Mercator (UTM ) . Igual que la proyección de Mercator, la UTM utiliza como base un cilindro tangente al globo, pero en lugar de ser tan­ gente en el Ecuador lo es a lo largo de un par de meridia­ nos opuestos, como se indica en la figura 1 .23 A. La

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escala del mapa es correcta a lo largo del meridiano central. Si seleccionamos una estrecha banda, de unos pocos grados de arco, hacia el este y hacia el oeste del meridiano central, el aumento de la escala es muy peque­ ño y, al mismo tiempo, se mantienen las ventajas de una proyección conforme. Únicamente se utiliza una estrecha zona a cada lado del meridiano central. Una pequeña modificación ha conseguido dar un má­ ximo de utilidad a la proyección UTM . El cilindro envol­ vente, en lugar de ser tangente a lo largo de un meridia· no, corta al globo según dos círculos menores, siendo ésta la posición denominada secante (figura 1 . 23 B) . En este caso, la escala es constante a lo largo de dos rectas paralelas y verticales sobre el mapa, disminuyendo las variaciones de escala en una zona de varios grados de an­ chura.

Red UTM

B

FIGURA 1.23. A. La proyección transversal de Mercator utiliza un par de meridianos tangentes al cilindro. B. En la misma proyección la posición secante minimiza los cambios de escala en una estrecha franja.

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La red Universal Transversal de Mercator (red UTM) empezó a ser utilizada como Red Militar de los Estados Unidos y como sistema de referencia de la Red Británica. Desde entonces ha pasado a convertirse en el sistema internacional, empleado en aplicaciones tanto científicas como militares. Es particularmente importante en la loca­ lización de puntos observados desde satélites espaciales. La red UTM utiliza el metro como unidad de longitud. Las coordenadas de la red de cualquier pequeña área pertenecen a una particular zona de la red. El sistema UTM se utiliza en las latitudes comprendi­ das entre los 80º S y los 84º N. A partir de esas latitudes

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Latitud

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FIGURA 4. 16. Perfil longitudinal del promedio de radiación de onda larga desde la tierra, a partir de datos de satélites (Fuente: T.H. Vonder Haar & V.E. Suomi, 1969, Science, vol . 1 6 3 , pág. 667. I l u strado e n A . N . Strahler, The Earth Sciences, 2ª ed. Harper & Row, Publishers, figura 1 3 . 1 1 . Copyright 1963, 1 971 por A.N. Strahler.)

dirección hacia los polos. Es necesario percatarse de que los valores más altos se encuentran en las zonas subtropi­ cales, allá donde se hallan los grandes desiertos. En ellos las temperaturas son prominentes y la cobertura nubosa es parca, favoreciendo, por todo ello, la salida de radia­ ción de onda larga. Sobre el cinturón ecuatorial, donde la nubosidad, en promedio, es más frecuente, la radiación que se evade es algo menor.

Radiación neta Examinaremos ahora la radiación neta, la cual resulta de la diferencia entre la energía aportada y Ja evadida, por radiación de onda corta y de onda larga. El análisis reali­ zado del balance de radiación se refiere al conju nto del globo, por Jo que sobre un período anual Ja radiación neta será cero. En algunos lugares, sin embargo, la ener­ gía entrante es mayor que la liberada por lo que el

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- 80 IA--+--+-+-c -QJodia ión neta de la atmósfera

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FIGURA 4.18. Perfil meridional del valor medio de radiación neta en la superficie terrestre, en la atmósfera y del sistema tierra-atm ósfera. (Datos procedentes de W.D. Sellers, 1 965, Physical Climatology. Dibujado en A.N. Strahler, The Earth Sciences, 2ª ed. Harper & Row, Publi shers, figura 1 3 . 19. Copyright 1963, 1971 por A . N . Strahler. )

balance de energía será positivo, es decir, habrá super­ ávit energético. En otros, la cantidad de energía que se evade será mayor que Ja aportada, por lo que el balance será negativo, es decir, existirá un déficit energético. Consideremos en primer lugar la distribución global de radiación neta en la superficie del globo, tal como se muestra en Ja figura 4 . 1 7 . En la figura 4 . 1 8 el perfil longitudinal superior recoge los mismos datos pero por cinturones latitudinales. Existe un amplio superávit sobre las bajas latitudes con valores que sobrepasan los 1 00 kly/año-1 generalmente para las regiones comprendidas entre Jos 20' lat. N y S. La radiación neta decrece rápida­ mente a medida que atravesamos las latitudes medias alcanzando un valor cero en las regiones cercanas a los

FIGURA 4. 1 7. Valores medios de radiación neta anual. Las unidades se expresan en kilolangleys al año (opcit. fig. 4 . 1 4 ) .

64

El balance de radiación terrestre

Tabla 4.2.

Transporte meridional anual de calor

Latitud ('N)

Transporte de calor kly/año x 1019

90 80 70 60 50 40 30 20 10 o

º·ºº 0,35 1 ,25 2,40 3,40 3,91 3,56 2,54 1,21 -0 ,26

Fuente: W.D. Sellers

(1965 ) .

Publicaciones de la Universidad de

Chicago. Chicago y Londres, tabla

12.

70' en ambos hemisferios. ( Los datos referentes a las latitudes superiores no están reflejados en el mapa pero sí en los perfiles.) Los valores negativos se localizan en dos pequeñas zonas polares, queriendo significar con ello la existencia de un déficit de radiación. En la atmósfera, la radiación neta se configura de ma­ nera diferente a la de la superficie. E l perfil longitudinal correspondiente a la radiación neta de la atmósfera está representado en la parte inferior del diagrama. Observad que todos los valores son negativos y que el déficit es menor de -60 kly/año-1 . Más tarde combinaremos los resultados de uno y otro. Para cada latitud el valor defici­ tario (valor negativo) se substrae de la cantidad exceden­ te (positiva ) , resultando, de este sencillo cálculo, la ra­ diación neta para el conjunto del sistema tierra-atmósfe­ ra, lo que se refleja en la gráfica situada en la mitad de la figura 4 . 1 8. De todo ello concluimos la existencia de excedente de radiación en una región comprendida entre los 40' N y los 30' S, y dos regiones con déficit. En el diagrama, si sumamos las rotuladas con "déficit" observa­ mos que son iguales al �rea rotulada con "excedente" , tal como requiere el balance de radiación. Es obvio, en la figura 4 . 1 8, que el balance energético de la tierra sólo puede mantenerse si el calor es transpor­ tado desde las regiones excedentes, hacia las dos que presentan pérdidas, es decir, desde las bajas l atitud� s . hacia las altas. Este movimiento del calor en d1recc10n hacia los polos se denomina transporte meridiano ya que es un desplazamiento hacia el N o hacia el S a lo largo de los meridianos. Deberíamos esperar que el valor debido al transporte de calor fuera mayor en latitudes medias que en otras, hecho que queda demostrado en la tabla 4 . 2 . La unidad utilizada es la kilocaloría ( 1 .000 cal .) multiplicada por 10 elevado a la decimonovena pot�ncia ( 1 0 1 9) . E l flujo meridional de calor se evacúa hacia e l exterior mediante la circulación general atmosférica y oceánica. En la atmósfera, el calor se transporta bajo dos formas: calor sensible y calor latente. Estos conceptos se explica­ rán en los capítulos 6 y 7.

Energía solar El planeta tierra intercepta una cantidad de energía solar equivalente a 1 , 5 cuatrillones de megawatios por hora y por año. Esta cantidad de energía es 28.000 veces la consumida anualmente por el hombre. De esta forma se

Energía solar

entiende que hay una poderosa fuente de energía a nues­ tro alcance, esperando ser utilizada. Es, nada más, que hacer circular parte del flujo solar, a través de los subsis­ temas del hombre, dentro del sistema global de energía natural. Otra remarcable virtud de la energía solar es que el hombre no puede incrementar la carga de calor de la atmósfera o hidrosfera. Una mayor preocupación la tene­ mos expresada en el capítulo 5, y es, derivada del consu­ mo de hidrocarburos, el aumento de la temperatura me­ dia del globo debido a dos factores: uno, la emisión de una cantidad de calor determinada; el otro, por el aumen­ to de la proporción de C0 2 en la atmósfera. Ninguno de estos factores concierne a la energía solar, y si añadimos a ello la ventaja de la carencia de contaminación ambien­ tal, que significa: no emisión de dióxido de azufre ni partículas de carbono; la energía solar se convierte, en­ tonces, en una atractiva fuente de energía. La radiación solar provee de energías utilizables en una variedad de formas, que pueden ser directas o indirectas. Por lo que atañe a este capítulo, trataremos de la inter­ cepción directa y su conversión a través de dos caminos: ( 1 ) Absorción directa mediante una superficie receptora, convirtiendo la energía de onda corta en calor sensible y elevando, entonces, la temperatura del receptor. (2) Con· versión directa de la energía solar de onda corta en energía eléctrica, a través de células solares. Las fuentes indirectas o secundarias de energía solar (descritas en capítulos posteriores) permiten la utilización de la ener­ gía solar transformada almacenándola de diferentes for­ mas. Por ejemplo, el aire en movimiento, como el viento, o agua en movimiento, como las olas del mar, o el flujo de los ríos, son formas de energía cinética producida por la materia en movimiento dentro del sistema de flujos impulsados por la energía solar. Otro tipo diferente es la transformación de la energía solar en energía química a través de las plantas y que es almacenada en los tejidos vegetales. Estos sistemas de energía orgánica se explican en el capítulo 24. Los combustibles fósiles (como el carbón o el petróleo) son derivados de componentes de origen orgánico que podríamos relacionar con la energía solar capturada y almacenada en un remoto pasado geoló­ gico. Las formas más antiguas y sencillas de la conversión de esta forma de energía resultan de la interceptación direc­ ta del calentamiento producido por los rayos de sol sobre algún tipo de superficie receptora, o medio. La aplica­ ción de este principio va desde el simple calentamiento de edificios y del suministro de agua caliente en las casas, hasta el intenso calentamiento de calderas y hor­ nos por concentración de los rayos solares en un peque­ ño punto. Una forma de ahorro de combustibles fósiles puede realizarse mediante la calefacción solar de los edificios. Cada casa, escuela, o edificio de oficinas puede tener su propio sistema colector de energía solar, pues una de las causas de encarecimiento suele ser el sistema de trans­ porte. Oleoductos, camiones o líneas de instalaciones de energía pueden ser eliminados. En muchos casos el fin de su aplicación es complementar o reemplazar el uso del combustible. La forma más simple para el calentamiento es el uso de grandes paneles de vidrio para permitir la entrada de luz solar en una habitación (principio del invernadero) . Los rayos solares penetran, en invierno, cuando su trayectoria en el cielo es baja, pero se impide su entrada, en verano, mediante una apropiada protección del tejado. Natural·

65

FIGURA 4. 19.

Diseño para una planta de energía solar

util izando espejos móviles (heliostatos) que concentran los rayos solares en una caldera. Cada heliostato está controlado por un programa de ordenador de manera que se concentran los rayos en la torre a medida que el sol recorre su trayectoria en el cielo.

·

mente, los mismos paneles ocasionan grandes pérdidas de calor tanto durante la noche, como en días fríos, como en días nubosos, por la salida de la radiación de onda larga, a menos que se usen postigos o telas térmicas. La práctica del caldeamiento solar de espacios interio­ res de los edificios, o de suministros de agua caliente, implica la utilización de colectores solares. La plancha colectora consiste en una malla de tubos de metal conte­ niendo agua corriente. Estos tubos, de aluminio o de cobre, pintados de negro, absorben de forma eficiente la energía solar. El agua es impelida por los conductos hasta caldear una gran cantidad de agua almacenada en un tanque . Una cobertura de vidrio o plástico transparen­ te se utiliza para obtener temperaturas superiores y para reducir las pérdidas de calor a la atmósfera. Los paneles solares se emplazan normalmente en los tejados de los edificios. Si el edificio está destinado a adaptar un siste­ ma d é calefacción solar, el tejado habrá de tener una inclinación óptima para la intercepción de los rayos sola­ res. El agua puede ser caldeada hasta una temperatura de 65 ºC y puede usarse para transferir calor a suministros de agua caliente para lavanderías y baños tan bien como un sistema calefactor convencional.

(Verano, junio-agosto)

(Invierno, diciembre-febrero)

4 5

FIGURA 4.2 0. Mapa de Estados Unidos en el que se ilustra el número de horas diarias de sol, durante las estaciones de verano e invierno. ( Servicio Nacional del Tiempo.)

66

El balance de radiación terrestre

FIGURA 4.21- " Solar One", planta piloto para la generación de electricidad mediante heliostatos, comenzó a trabajar en 1982. Sus 1 8 1 8 heliostatos constituyen un área de 2 reflexión total de 70.000 m . ( Cortesía de la Southern California Edison Company.)

Donde sea necesario un mayor caldeamiento del agua u otros fluidos, se pueden utilizar reflectores parabólicos. Este tipo de reflector concentra los rayos solares en un conducto en el cual se puedan obtener temperaturas superiores a 550 · c . Esta temperatura es suficiente como para suministrar vapor a una turbina conectada a un gene­ rador eléctrico. Los desiertos cálidos pueden emplearse como espacios de calentamiento y de caldeo de agua. Los sistemas de reflectores parabólicos pueden aplicarse efi­ cazmente en centros industriales y comerciales, los cua­ les no sólo necesitan de grandes aportes energéticos, sino que también pueden servir para su instalación en los tejados planos de sus edificios. Las plantas productoras de energía solar han sido dise­ ñadas para la instalación de espejos reflectores. Una gran cantidad de espejos móviles, llamados heliostatos, refle­ jan los rayos solares a lo alto de una torre central donde se hallan una caldera y un generador eléctrico (figura 4 . 19) . Las altas presiones y temperaturas alcanzadas per­ miten la utilización de diferentes tipos de gases y fluidos. El hidrógeno, el cual puede ser generado en este proce­ so, constituye un medio ideal para la acumulación de energía y su posterior conversión en electricidad cuando cesa el aporte solar. Se han realizado estimaciones para un posible suminis­ tro de toda la energía necesaria en los Estados Unidos de América para el año 2000, a través de un sistema de instalaciones de heliostatos. Éstas podrían localizarse en el SW del país donde el número de horas de insola­ ción es mayor (figura 4 .20) . En esta región un sistema con un 30 % de eficacia para la conversión de é'nergía solar en electricidad, requeriría un área total equivalente a una parcela cuadrada de 280 km de lado. Esta unidad representaría un 0,86 % de la superficie total de los E E . U U . Aunque el ecosistema quedase destruido, no ha­ bría aporte de contaminantes, y tampoco habría un con­ sumo significativo de agua. Científicos que planearon este sistema e hicieron un cómputo de los gastos, opinan que puede llegar a ser, en un futuro no muy lejano, económicamente competitivo juntamente con el uso de sistemas que utilizan combustibles fósiles y energía nu­ clear. Una instalación de heliostatos construida en 1981 cerca de Barstow, California, rinde 1 0 megawatios de energía eléctrica durante 4 a 8 horas diarias, dependien-

Energía solar

do de la estación del año (figura 4 . 2 1 ) . Está planeada l a construcción de una planta con una capacidad de 100 megawatios para la mitad de la década de los ochenta. La absorción directa de calor procedente de los rayos solares puede representar un importante ahorro energéti­ co en los procesos de destilación del agua marina para suministros de agua potable, lo cual resulta especialmen· te interesante en los desiertos tropicales en los que la gran intensidad de insolación significa una gran cantidad de energía solar disponible y son los lugares donde exis­ te poco suministro de agua potable para uso urbano y agrícola. Unas instalaciones para el aprovechamiento de la energía solar en el desierto del SW de los Estados Unidos, por ejemplo, puede suministrar suficiente ener­ gía eléctrica como para desalinizar agua marina proce­ dente del Océano Pacífico, en cantidad suficiente para abastecer las necesidades de una población de 1 20 millo­ nes de personas. Volvamos de nuevo a la tecnología de generación di­ recta de electricidad por incidencia de los rayos solares. El efecto fotovoltaico es conocido por los fotógrafos afi ­ cionados, a través del uso del fotómetro. Con el movi­ miento del objetivo para el enfoque de una determinada escena, un pequeño mecanismo oscila sobre un disco calibrado, que indica las variaciones de intensidad de la luz incidente. El dispositivo sensible, es a esta escala, una célula fotovoltaica, que transforma la energía lumíni­ ca en energía eléctrica. La manecilla sobre el disco mues­ tra, en este ejemplo, la cantidad de corriente eléctrica que genera la célula. Ciertas substancias cristalinas pro­ ducen este tipo de efecto. El problema deriva de su construcción, pues han de reunir condiciones de alta eficacia y bajo coste. Actualmente se utilizan comúnmen­ te células de silicio cristalino con una eficacia del 13 % aunque podría incrementarse hasta un 20 %. Las células de silicio han sido usadas con eficacia en vehículos espa­ ciales donde el coste no es un factor significativo. Las células solares pueden fabricarse, también, con sulfuro de cadmio o arseniato de galio. Debido a que una única célula de silicio produce 1 voltio (v) y medio de electri­ cidad, para poder producir un alto voltaje sería necesario conectar un gran número. También hay que tener en cuenta que el tipo de corriente que produce es corriente

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continua ( C . C . ) y es necesaria su transformación en co­ rriente alterna ( C .A.) para sú uso convencional . U n nue­ vo proceso de manufactura de células de silicio consis­ tente en una banda de silicio fundido, está siendo desarrollado con una reducción enorme de los costes, al menos eventualmente. El silicio utilizado en las células solares ha de ser, sin embargo, de excepcional pureza, lo cual dificulta su fabricación en serie. Como sucede con la acumulación directa de calor me­ diante paneles solares, las agrupaciones de células foto­ voltaicas ocuparían una gran extensión de superficie te­ rrestre para la producción de importantes cantidades de energía. El almacenamiento de electricidad es otro de los problemas, pues el sistema no funciona por la noche. Una buena posibilidad podría ser su almacenaje como hidrógeno combustible, pero sólo es eficaz para sistemas a gran escala; para pequeña escala como casas, ranchos, granjas, se puede almacenar en baterías. Una interesante aplicación, a pequeña escala, son las bombas eléctricas de agua, necesarias para irrigación de campos durant� la soleada estación seca de los países tropicales, por ejem­ plo, las granjas trigueras del Pakistán y el norte de la India.

Impacto del hombre en el balance de radiación terrestre El hombre ha alterado en gran manera las superficies continentales a través de la deforestación, los cultivos y la urbanización. Mediante la interpretación de las imágenes de percepción remota, la extensión de estos cambios puede ser medida y evaluada sobre un campo antes nun­ ca conocido. De nuestro análisis del balance de radiación de la tierra, se debería entender que es susceptible de alterarse debido al número de variables que incluye y que determinan la transmisión y absorción de energía. Sabemos cómo la agricultura y la urbanización han altera­ do significativamente el albedo terrestre, la capacidad de absorción de la radiación de onda corta, así como la emisión de onda larga. Sabemos que el consumo de combustibles fósiles ha alterado el contenido de la at­ mósfe;a mediante la liberación de C02 y partículas de polvo. La naturaleza de estos cambios sobre clima urbano y clima en general constituyen materia de estudio para el próximo capítulo, el cual está relacionado con el calenta­ miento y enfriamiento de la atmósfera, tierras y océanos.

TELEDETECCIÓN EN GEOGRAFÍA FÍSICA En diferentes ramas de la Geografía, como en otros secto­ res de las ciencias de la tierra, una nueva técnica deno­ minada teledetección se ha divulgado rápidamente en la pasada década y añade a nuestra capacidad de percibir y analizar, las características física, química, biológica y cultural de la superficie terrestre. En un amplio sentido, la teledetección consiste en la medición de l a propiedad de un objeto utilizando otros medios distintos del contac­ to directo. El ver y el oír son mecanismos de percepción remota de los organismos, y dependen de la captación de la energía transmitida en forma de ondas desde el objeto hacia el observador. En su más estricto significado fun­ cional, la teledetección se refiere a la recogida de infor­ mación desde grandes y extensas áreas a través de la utilización de instrumentos colocados en aparatos vola­ dores, o bien vehículos espaciales. Todas las substancias, tanto si son naturales como sintéticas, son susceptibles de reflejar, absorber y emitir energía mediante distintas formas que pueden ser captadas por instrumentos cono­ cidos generalmente como sensores remotos.

DOS TIPOS DE SISTEMAS SENSORES Dos clases de sistemas de sensores electromagnéticos son reconocidos: sistemas activos y sistemas pasivos. Los sistemas pasivos miden la energía radiante reflejada o emitida por un objeto. Principalmente, este tipo de radia­ ción se encuentra en la luz visible, en regiones del infrarrojo próximo (reflejada) y en la región térmica del i nfrarrojo (emitida) . E l más familiar de los instrumen­ tos utilizados es la cámara fotográfica, la cual puede utilizar películas sensibles a la energía reflejada con lon­ gitudes de onda dentro de la extensión de la luz visible. Los sistemas activos utilizan un haz de energía ondulato-

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ria como fuente, enviando el haz en dirección a un objeto o superficie. Una parte de la energía se vuelve a reflejar hacia la fuente donde es recogida por el detector. Una analogía simple sería la utilización, por ejemplo, de un faro en una noche oscura que ilumina u n determinado objeto y refleja la luz blanca hacia el ojo. Los sistemas activos utilizados en percepción remota trabajan princi­ palmente en la región del radar.

MICROONDAS

Y

RADAR

En las más largas longitudes de onda, más allá de las porciones visibles e i nfrarrojas del espectro electromag­ nético, se halla una forma de radiación denominada mi­ croondas (figura 4 .3) . Cambiando la unidad micra, usada en el espectro de luz visible, a centímetros, emplazamos la región de las microondas entre los 0,03 y los 1 00 cm. Muchas personas están familiarizadas con ellas, como forma de radiación utilizada en los hornos que llevan este nombre, para un cocinado y calentamiento rápido de los alimentos. Las microondas se utilizan también en la transmisión de mensajes por línea directa de una torre a otra a campo través. Dentro de la región de las microon­ das tenemos la del radar, la cual se extiende desde 0 , 1 cm a 1 00 cm ( 1 m) . ( La palabra "radar" proviene del acróstico original "RAdio Detection And Ranging", pero actualmente es una palabra con todo derecho) . Los siste­ mas radar son sistemas activos de sensores de microon: das. El sistema radar emite u n pequeño impulso de radia­ ción microonda esperando a la escucha el eco de las que retornan. Los sensores de radar se explican más detallada­ mente en una sección posterior. Las frecuencias en las que actúan los sistemas radar son las de la radio y televi­ sión, lo más reciente en cuanto a extensiones de longitu­ des de onda sobrepasa los 300 m .

E l balance de radiación terrestre

ABSORCIÓN DE ENERGÍA POR LA ATMÓSFERA Debido a que la teledetección comprende la confección de imágenes de la tierra desde un avión o aparato espa­ cial, la energía reflejada o emitida por un objeto debe viajar a través de la atmósfera antes de alcanzar el sensor. La figura 4 .4 muestra cómo las diferentes longitudes de onda de la radiación electromagnética son transmitidas y absorbidas por la atmósfera. El oxígeno y el ozono absor­ ben radiación ultravioleta con longitudes de onda infe­ riores a 0,3 micrómetros (micra y micrómetro son sinóni­ mos) . En la región visible (0,4-0,7 micrómetros) , la atmósfera absorbe algo de radiación. Entre 0,7 y 2,5 mi­ cras, en las regiones cercana y media del i nfrarrojo, la atmósfera es relativamente transparente a su paso, excep­ to para las bandas comprendidas entre 1 ,4 a 1 ,9 que son producidas por el vapor de agua. La región del infrarrojo térmico se extiende de 1 a 1 00 micras. Hay zonas, tam­ bién, en este último cercanas a 5 , 10 y 20 micras, donde la atmósfera absorbe algo de radiación. Siguiendo el razo­ namiento tenemos que una porción extensa del espectro electromagnético, en el visible, en la región cercana y media, y la térmica del infrarrojo, resultan útiles a la teledetección desde aparatos voladores a gran altura o vehículos espaciales. Para la región de las microondas, la atmósfera es relati­ vamente transparente. Para las longitudes de onda más largas, las microondas no interactúan con las gotitas de agua que forman la niebla o las nubes. De esta forma, muchos sistemas de radar atraviesan nubes para reprodu­ cir imágenes con cualquier tipo de tiempo. Para longitu­ des de onda corta, sin embargo, las microondas pueden ser dispersadas por las gotitas de agua y producir señales que retornan y son recogidas por los aparatos de radar. Este efecto es utilizado por los radares de previsión me­ teorológica, los cuales pueden captar lluvia y granizo y, por tanto, son útiles para la previsión del tiempo local.

FOTOGRAFÍA AÉREA De los sistemas pasivos de sensores, el más familiar para el hombre corriente es la cámara fotográfica en la porción visible del espectro. Las fotografías aéreas obtenidas por cámaras instaladas en aviones han sido ampliamente uti­ lizadas por geógrafos y otros científicos del medio am­ biente con anterioridad a la Segunda Guerra Mundial . Normalmente el campo de visión de una fotografía se solapa a la siguiente a lo largo de la trayectoria seguida por el avión, por lo que las fotografías pueden visualizar­ se estereoscópicamente, mediante un efecto tridimensio­ nal. La película en color se puede utilizar para au,mentar el nivel de información de la fotografía aérea. Debido a la alta resolución (grado de afinidad) que posee, la fotogra­ fía aérea sigue siendo una de las más valiosas de las técnicas de teledetección antiguas. La fotografía se ha extendido a grandes áreas a través del uso de cámaras manejadas por los astronautas en los vehículos espaciales. Muchas personas están familiariza­ das con las sorprendentes fotografías en color obtenidas en las misiones "Geminis" de los primeros años de la década de los sesenta. U n vuelo reciente de la Lanzadera Espacial ha incluido una cámara para gran formato, dise­ ñada para realizar transparencias muy detalladas (23 x 46 cm) de la superficie terrestre, adecuadas para u n le­ vantamiento topográfico exacto ( Lámina A. 1 , figura 1 ) .

Te/edetecci6n

en

geografía física

La fotografía, utilizando la reflexión de la radiación electromagnética, también se extiende en las longitudes de onda del ultravioleta y del infrarrojo. Cámaras conven­ cionales equipadas con filtros y películas apropiadas, pueden ser utilizadas en la región próxima al ultravioleta, entre las 0,3 y 0,4 micras. Sin embargo, la absorción atmosférica y la dispersión de la luz en estas longitudes de onda, limita el uso de la fotografía ultravioleta a objetivos en un determinado campo de acción. En el espectro hay una región en el infrarrojo próximo, inme­ diatamente adyacente a la región visible del rojo, en la cual los rayos reflejados pueden ser recogidos a través de una cámara dispuesta con una película y un filtro apro­ piados. Debido a que la atmósfera es transparente en esta porción del espectro, las fotografías infrarrojas directas tomadas desde gran altura son extremadamente nítidas y proporcionan una gran cantidad de información sobre vegetación, condiciones de suelos y usos del mismo.

FOTOGRAFÍA INFRARROJA COLOR La película infrarroja color se utiliza a menudo en foto­ grafía aérea (Láminas A.2 y A.3 ) . En este tipo de pelícu­ las, el color rojo se produce como una respuesta al infra­ rrojo, el color verde por la luz roja, y el color azul como respuesta a la luz verde. Debido a que la vegetación saludable y en estado de crecimiento refleja en gran manera el infrarrojo, adquiere una apariencia roja caracte­ rística en este tipo de películas. De esta manera, los cultivos aparecen con unas tonalidades que se extienden desde el rosa al naranja rojizo y rojo vivo. Cultivos madu­ ros, vegetación seca (pastos inactivos, en estado latente) aparecen como amarillentos o marronáceos. Las áreas urbanizadas aparecen, normalmente con tonos azulados o grisáceos. Lugares de aguas poco profundas, terrenos pantanosos, aparecen de color azul; aguas profundas re­ sultan de color azul oscuro o negruzco. La fotografía i nfrarrojo color es particularmente utilizada en la inter­ pretación geográfica, en mapas de uso del suelo, y ha tenido una amplia difusión desde que se desarrolló, por primera vez, durante la Segunda Guerra Mundial.

IMÁGENES DIGITALES Durante la década entre 197 5 - 1 985, la teledetección ha realizado grandes avances. Ello se ha debido, en su ma­ yor parte, al procesado de sus datos mediante el uso de las computadoras. El procesado de los datos gráficos a través de los ordenadores, sin embargo, requiere que las imágenes estén digitalizadas (por ejemplo, compuestas de números sobre los cuales se pueda operar) . La figura 4 . 2 2 ilustra el concepto de imagen digital. Ésta se puede imaginar como si estuviera formada por una gran red de células cada una de las cuales contiene un valor de brillo. Las células se pueden denominar pixels, término que tiene su origen en el acróstico "picture element" (ele­ mento gráfico) . Normalmente es un número de clave bajo para oscuridad (baja reflexión) y alto para luminosi­ dad (alta reflexión) . Los números se registran sobre un medio magnético (discos o cintas) por las computadoras, de manera que no se forma una imagen visible. Para crearla, por ejemplo, en un monitor de televisión, los valores de brillo alimentan un dispositivo especial que genera la correspondiente señal. O bien, la imagen digi­ talizada se envía hacia un dispositivo, impresor de pelícu-

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Cuatro imágenes sobre San Francisco producidas por el Landsat (banda del infrarrojo) ilustran el concepto de imagen digital. (A-C) son una disminución

FIGURA 4.22.

progresiva del campo de enfoque sobre la Bahía Bridge y l a Isla de Yerba Buena en l a Bahía d e S a n Francisco. E n D se muestran l o s valores de b r i l l o de una pequeña área d e 25 pixels. Estos valores oscilan entre O (oscuridad) hasta 255 (máxima l u minosidad ) . (Alan H . Strahler.)

las, que expone ésta a un foco luminoso durante un determinado tiempo, proporcional a los valores de brillo de cada célula o pixel. El resultado es una película en negativo o transparencia que puede ser impresa o vista directamente. La importancia de la imagen digital es que permite la modificación de los números que forman la imagen, me­ diante computadora, todo ello relacionado con el proce­ sado de la imagen. A través de la manipulación de estos números por computadora es posible aumentar la ima­ gen; por ejemplo, modificar el contraste de forma selecti-

70

va dentro de ciertas áreas de la imagen o acentuar márge­ nes o límites en su interior (figura 4 . 2 3 ) .

SISTEMAS SCANNING• Las imágenes digitales se obtienen, generalmente, a tra­ vés de sistemas o métodos scanning. Scanning es el pro­ ceso de obtención de información instantánea desde tan •N. del T.: Se podría traducir por "sondeo", aunque el término inglés es mucho más específico.

El balance de radiación terrestre

FIGURA 4.23. Imagen de TM sobre el Valle de la Muerte (banda del rojo ) , en la cual se demuestran las diferentes formas de resaltar por contraste que poseen las imágenes digitales. (A) Imagen original. ( B) Imagen realzada por contraste . ( C) Imagen producida mediante la aplicación de un proceso de detección del relieve. (D) Imagen creada a partir de B y C, en la que se observa el contraste del relieve y de las líneas básicas de éste. (Alan H. Strahler.)

sólo una pequeña porción del área observada (figura 4 .24) . El dispositivo de sondeo (scanning) se proyecta sobre un pequeño campo de observación, escudriñando transversalmente toda la escena. La luz procedente del campo de observación se enfoca hacia un detector que mide su intensidad, y produciendo finalmente una línea con valores digitales de brillo. A medida que se repite el proceso, se obtiene información que se conformará en una serie de líneas paralelas poco espaciadas entre sí. De esta manera, se construye una imagen digitalizada a tra· vés del método de sondeo (scanning) . Un concepto im·

Teledetección en geografía física

portante de la imagen es la unidad o capacidad de resolución de la dimensión del área terrestre que se recoge en cada dígito. Este valor depende del campo de visión angular y la altura del ingenio sobre la tierra.

SCANNERS MULTIESPECTRALES Los sistemas de sondeo (scanning) más corrientemente utilizados son los scanners multiespectrales. Estos apara­ tos miden el brillo simultáneamente para diferentes Ion-

71

de onda que se extiende entre 1 0,4- 1 2,5 micrómetros. Sin embargo, Ja unidad de resolución es menor que Jos otros ( 1 20 X 1 20 m) .

IMÁGENES MULTIESPECTRALES

FIGURA 4.24.

Scanning multiespectral desde un avión. A

medida que el aparato avanza, el scanner "barre" toda la superficie de lado a lado. El resultado es la obtención de una imagen digital que cubre el espacio sobrevolado.

gitudes de onda. Un ejemplo Jo encontramos en el siste­ ma multiespectral de sondeo (Multiespectral Scanning System) , más comúnmente MSS, utilizado a bordo de satélites de observación terrestre de Ja serie Landsat. Este instrumento recoge simultáneamente los datos de refle­ xión en cuatro bandas espectrales, las cuales, numeradas respectivamente 4, 5, 6, 7 recogen las extensiones 0,5-0,6 (verde) ; 0,6-0,7 (rojo) ; 0,7-0,8 ( infrarrojo) ; y 0,8- 1 , 1 (in­ frarrojo) micrómetros (figura 4.25) . La unidad de resolu­ ción para el Landsat MSS es de 56 x 79 m . Un sucesor de este sistema es el Landsat Thematic Mapper (TM) que recoge los datos en seis bandas espectrales, que se ex­ tienden desde 0,45 (azul) a 2 ,35 (región media del infra­ rrojo) micrómetros. Los datos obtenidos por el TM re­ suelven con mayor afinidad que Jos del MSS la capacidad de resolución que es de 30 x 30 m . El TM también recoge la banda de la región térmica del infrarrojo en la longitud 100 "' "O e:

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atmósfera por quema de combustibles fósiles. De éstos, menos de gigatón, y quizás tan sólo 0 , 5 gigatones, está siendo absorbido y retenido por los océanos. El papel de los vegetales en el balance de C02 es en estos momentos de destrucción y quema de bosques, algo incierta. Por un lado, añade C02 a la atmósfera, mientras que por otro el crecimiento de nuevo' bosques lo elimina de ella. Re­ cientes estimaciones situan la máxima aportación de C02 a la atmósfera por fuentes terrestres, en aproximadamen­ te 2 gigatones; pero también se considera posible que éste sea menor y que la superficie terrestre pueda retirar actualmente más C02 que lo que aporta a la atmósfera. Sintetizando estas estimaciones y llevándolas por el lado pesimista, parece más probable que el incremento anual cie C02 a la atmósfera oscile entre un mínimo de 2 gigatones hasta un máximo de 4 o 5. De esta forma, la duda se mantiene: el contenido de C02 en la atmósfera seguirá creciendo sustancialmente. Consideremos ahora los efectos ambientales que se pueden anticipar por un incremento de C02 atmosférico. Debido a que el C02 es absorbente y emisor de la radia­ ción de onda larga, su presencia en altas proporciones tenderá a elevar el nivel de absorción de este tipo de radiación emitida al exterior, produciendo un cambio en el balance energético y comportando un alza en la tem­ peratura del aire en la troposfera. En 1 979 un grupo de científicos convocados en la Academia Nacional de las Ciencias, apoyó esta conclusión y estimó que doblando la cantidad de C02 atmosférico causaría un calentamiento medio, de aproximadamente 3º C, con un error posible de 1 ,5° C de más o de menos; esto está siendo corrobora­ do por recientes evaluaciones. Se acepta generalmente que un calentamiento conducirá a significativos cambios en los modelos climáticos regionales, como por ejemplo la distribución de las precipitaciones. Por otro lado, los puntos sobre los cuales estos cambios operarían son alta­ mente inciertos actualmente, pues se hallan involucrados diferentes factores. Una mayor incertidumbre yace en la predicción de la rapidez de cómo responderá la masa oceánica a un incremento de C02. Parece probable que se necesite un considerable tiempo de inercia, por lo

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l . Cambios en las concentraciones d e los componentes

gaseosos de las capas inferiores de la atmósfera.

2 . Cambios en el contenido de vapor de agua de la

troposfera y estratosfera. 3. Alteraciones en las características superficiales de tie­

rras y océanos de forma que afectan las interacciones entre la atmósfera y estas superficies. 4 . Introducción de substancias sólidas finamente dividi­ das en las capas bajas de la atmósfera, junto con gases que, en un ambiente no contaminado, no se suelen hallar en cantidades importantes. Bajo las condiciones preindustriales de las últimas cen­ turias, el contenido de dióxido de carbono (C02) en el aire se mantenía en un nivel próximo a 0 ,0294 % de su volumen, o lo que es lo mismo 294 partes por millón (p. p.m. ) . El problema medioambiental empezó cuando el hombre comenzó a extraer y quemar combustibles fó­ siles (carbón, petróleo, gas natural), los cuales habían estado previamente enterrados en la corteza terrestre. La quema de este tipo de combustibles libera a la atmósfera C02 y agua, junto con una importante cantidad de calor. Durante los últimos 1 20 años ( 1 86 0 - 1 980) el contenido de C02 en la atmósfera se ha incrementado en un 1 3 % del volumen, alcanzando unas cotas de 334 p.p.m. en 1 979. Tal como aparece en la figura 5 .2 1 , la progresión durante este período, el cual fue lento al principio, se incrementó enormemente al final. Una proyección futura del aumento en la curva actual de este elemento, estima para el año 2000 una cantidad de 380 p.p.m. En ese momento el contenido de C02 en la atmósfera habrá crecido un 35 % sobre el valor inicial de 1 860. Para el año 2030 se predice el doble de esta cantidad si la quema de combustibles fósiles continúa incrementándose a un pro­ medio del 4 % como el actual. Se podría demorar este aumento hasta el año 2050 con una reducción a la mitad de la proporción actual de consumo de combustible y se podría retrasar hasta bien entrado el siglo X X I I si se mantuviese a un ritmo como el actual. En la elaboración de tales predicciones, los investiga­ dores también han tenido en cuenta los posibles meca­ nismos por los cuales parte de la proporción de C02 adicional podría ser absorbida y almacenada permanente­ mente en otro tipo de lugares diferentes a la atmósfera. Las estimaciones más corrientes son que cerca de 5 millo­ nes de toneladas (5 gigatones) de C 02 son liberadas a la Dióxido de carbono, polvo y cambios climáticos en el globo

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FIGURA 5.22. Cambios en la temperatura media del año para el globo desde 1880 a 1980. La gráfica muestra los promedios para períodos de 5 años consecutivos basados en datos procedentes de observatorios, sobre un total de 40 divisiones equiáreas en cada hemisferio. (Datos procedentes de ] . Hansen et al., Science, vol. 2 1 3, p. 96 1 , figura 3. Copyright 1 98 1 . Asociación Americana para e l Desarrollo d e las Ciencias.)

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2000

Reconstrucción de l a desviación de las temperatu ras en e l hem isferio norte a

partir del valor m e d io del período

basado en el análisis de m u estras de a n i l los d e

árboles tomadas en su límite septentrional e n Norteamérica. ( C o rtes ía de Gordon C . jacoby del Laboratorio para e l Estudio de A n i l los de Árboles del Observatorio G e o l ógico La m o n t - Doherty de l a U n i versidad de C o l u m bia . )

que algunos investigadores están inqui etos , pues todavía no se ha sentido este efecto de calentamiento.

chos otros gases en la creación del efecto invernadero. Denominados " gases indicadore s " , su efecto es cons ide­

Miremos los datos de la temperatura dispon ible para

rab l e , incluso en pequeñas cantidades. La lista inclu ye :

ver si ha existido un incremento global de temperatura,

metano , óxidos de nitrógeno, ozono y halocarburos. Los

paralelo a un aumento de C 0 2 . La figura 5 . 2 2 m u estra las

dos ú l timos han sido estudiados en el Capítulo 3 en

fluctuaciones de la temperatura media del aire a nivel

conexión con la capa de ozono. En cuanto al metano, su

mundial para e l pasado siglo, calcu lada del mismo modo

rápido crecimi ento en los pasados 200 años ha sido reco­

que para 1 98 1 , por científi cos del Goddard I nstitute for

gido en las capas internas de los hielos de la Antártida y

Space Studies de la NASA. Desde 1 880 hasta 1940, cuan­

Groenlandia. Existe la pos ibil idad de que el incremento

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en los gases " indicadores" pueda tener un efecto de

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Sección transversal de Ja corriente en chorro sobre el oeste de Jos · Estados Unidos. Véase Ja figura 6.20 para conocer la línea de sección y el mapa de información complementario. (Fuente: H. Riehl, 1962, jet Streams of the Atmosphere. Colorado State Univ., Fort Collins. Dibujo de A.N. Strahler, The Earth Sciences, 2ª ed., Harper & Row Publ ishers, figura 15.27. Copyright 1963, 1971, por Arthur N. Strahler.) FIGURA 6 . 1 9.

oclusión anticiclónica, que corresponderá a un antici­ clón en altura. La importancia del mencionado fenómeno radica en el transporte de aire frío en las bajas latitudes y de aire cálido a las altas. A través de este proceso de advección o mezcla horizontal, el transporte meridional

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Mapa de isotacas (nudos) e indicación mediante flechas del sentido del viento de la superficie 300 mb (9 km) el día 2 2 de abril. Véase Ja figura 8.10 para una explicación de los símbolos. Las flechas con trazo continuo y grueso muestran el eje de Ja corriente en chorro. La sección transversal de Ja línea X-Y se muestra en Ja figura 6 . 19. (Datos de H. Riehl, 1962, jet Streams of the Atmosphere, Colorado State Univ., Fort Collins. (Dibujo de A.N. Strahler, The Earth Sciences, 2ª ed., Harper & Row Publishers, figura 15 .29. Copyright 1963, 1971, por Arthur N . Strahler.) FIGURA 6.20.

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Gráfica del promedio anual de transporte meridional de vapor de agua. (Fuente: W . D . Sellers, 1965, Physical Climatology. Univ. of Chicago Press . , pág. 94, figura 29. Dibujo de A.N. Strahler, The Earth Sciences, 2ª ed., Harper & Row Publishers, figura 18.29 Copyright 1963, 1971 por Arthur N. Strahler.) FIGURA 7.23.

Las tormentas convect1vas como flujo de materia y energía

los "westerlies " . En estas regiones, por advección, los anticiclones y depresiones intercambian el aire frío polar por aire cálido tropical a lo largo de los paralelos. Tam­ bién el vapor de agua se transporta en dirección hacia los polos, alcanzando su mayor proporción de flujo en las latitudes 40' N y 40' S tal como muestra la . figura. La condensación debida a las tormentas ciclónicas elimina el vapor de agua de la troposfera y en cantidades mayores en las altas latitudes, de manera que el movimiento de vapor de agua declina, alcanzando valores nulos, en los polos .

Las tormen tas convectivas como flujo de materia y energía Las tormentas convectivas, en las cuales se produce preci­ pitación, pueden imaginarse como un sistema abierto, tal como se refleja en la figura 7.24. La tempestad puede estar constituida por una única célula de tormenta o por un grupo de ellas. El límite lateral de este sistema es arbitrario y puede consistir en una superficie vertical imaginaria que rodea la tempestad por los costados . La superficie del suelo y la tropopausa pueden considerarse como los límites inferior y superior, respectivamente, de este sistema. Se reconocen dos formas de aporte energéti· co: la primera procede de la radiación solar directa, la cual calienta el aire e incrementa la cantidad de calor sensible almacenado; la segunda tiene su origen en el calor latente por evaporación de una superficie terrestre húmeda, o de una superficie oceánica. Para simplificar nuestro análisis prescindimos de cualquier aporte debido a movimientos horizontales del aire a través de los lími­ tes laterales, pues de la misma forma podríamos pensar que nuestro sistema pierde la misma cantidad de energía. La condensación, por la cual el aire ascendente libera calor sensible, incrementa la cantidad de calor sensible en la masa total de aire. Por almacenaje, el sistema libera energía por dos caminos indiferentemente: en forma de radiación de onda larga, o por el transporte de calor sensible a través de gotas de agua o copos de nieve . No se tiene en cuenta la pequefia cantidad de calor comunicada desde la capa inferior de aire, hacia la tierra. La parte inferior de la figura 7.24 muestra un sistema abierto de materia, el cual puede coordinarse con el sistema energético (el estado sólido, hielo, se incluye junto con el estado líquido). Durante una tormenta, la mayor actividad se concentra en el cambio de estado del agua, desde su forma gaseosa a su forma líquida, produ­ ciendo entonces la precipitación. La evaporación de la precipitación puede llevarse a cabo con la transforma­ ción de paqe del agua líquida a estado gaseoso, tal como se puede observar en el circuito de vuelta del dia· grama. Yendo más allá de nuestras perspectivas iniciales, po· demos imaginar este sistema como representación del proceso global de precipitación, sobre un promedio de largos lapsos de tiempo. El sistema energético global tendría un aporte limitado a la radiación de onda corta y unas salidas limitadas a la radiación de onda larga hacia el espacio exterior. El sistema global de materia refleja una entrada por evaporación del agua líquida almacenada sobre los continentes y océanos, y de nuevo una vuelta de agua en estado líquido a estos anteriores acumulado· res iniciales.

119

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Reflexión

1 1 1 1 1

Radiación de onda larga

Absorción directa

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Transporte de materia en cuanto se inicia la precipitación Almacenado en forma de calor latente

Condensación Ec1 - Ecs

Ec1

1 1

1

Sistema (abierto) de flujo de energía

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Almacena ­ miento

1 1 1 1 1 1

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Almacenamiento A1

Evaporación

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Condensación

Ay +- A 1

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Sistema (abierto) de flujo de materia

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1 /

FIGURA 7.24. Diagrama esquemático de u n a tormenta de convección como un sistema de flujos de materias y energías.

Se asemejaría enormemente al diagrama del ciclo hídrico (figura 1 0 . 3 ) , a excepción de la transferencia que se realiza desde los continentes hacia los océanos, que sería excluida del sistema.

Contaminación atmosférica Podemos hacer buen uso de lo aprendido sobre los pro­ cesos de condensación y precipitación cuando examine­ mos los cambios inducidos y producidos por el hombre en el medio atmosférico. Son cambios inadvertidos, re­ sultado de un largo crecimiento urbano e industrial, que han incrementado la proporción de la quema de combus­ tibles fósiles (hidrocarburos) desde, aproximadamente la mitad de siglo pasado. Hemos considerado anteriormen­ te los efectos térmicos de la introducción ( " inyección") de dióxido de carbono en la atmósfera. Volveremos aho­ ra, de nuevo, a considerar los diversos tipos de materias extrañas o contaminantes, dosificadas por el hombre en las capas inferiores de la atmósfera y los efectos sobre la calidad del aire y sobre los climas urbanos. Reconocemos dos tipos de contaminantes. Primero, hay partículas sólidas y líquidas, las cuales serán designa­ das , de forma general, como partícula; sólidas. El polvo que encontramos en el humo procedente de la combus­ tión, además de los que de forma natural hallamos for­ mando parte de nubes y nieblas, entran dentro de esta categoría. Segundo, hay componentes en estado gaseoso incluidos bajo el nombre genérico de contaminantes

120

químicos " los cuales no se hallan en cantidades suscepti­ bles de medirse, normalmente, en el aire límpido, y alejado de las regiones densamente habitadas o industria­ lizadas. (El exceso de dióxido de carbono producido por combustión no se clasifica normalmente dentro de los contaminantes de este tipo.) Uno de los grupos de contaminantes químicos, produ­ cidos por las áreas urbanas e industriales, es de origen primario, producto, por ejemplo, de una fuente instalada sobre tierra. Los gases que componen este grupo son: el monóxido de carbono (CO ) , dióxido de azufre (S02) y óxidos de nitrógeno (NO, N02, N03) y componentes hidrocarbonatados. Sin embargo, estos contaminantes no se pueden tratar separadamente de las partículas sólidas, debido a que a menudo se combinan cori determinadas partículas suspendidas en el aire. Sabemos que ciertas materias, particularmente la sal marina, poseen caracte­ rísticas higroscópicas y se combinan fácilmente con el agua, que a su vez absorberá los contaminantes. Gran parte del monóxido de carbono, la mitad de los hidrocarburos, y cerca de un tercio de los óxidos de nitrógeno, provienen de los tubos de escape de las má­ quinas diese! o de gasolina de los vehículos. La genera­ ción de la electricidad y diferentes procesos industriales contribuyen con la emisión de óxidos de azufre, puesto que el carbón, en general, y los combustibles de baja •Al conjunto de partículas sólidas y contaminantes químicos, se conoce como poluantes, que son substancias que se hallan en el aire con una concéntración superior a lo normal.

Humedad atmosférica y precipitación

calidad utilizados para estos propósitos son comparativa­ mente ricos en este elemento. Estas mismas fuentes su­ ministran, también, gran parte de las partículas sólidas. Las cenizas componen la fracción gruesa de las partículas de hollín emitidas por las chimeneas de las plantas gene­ radoras. Éstas se depositan rápidamente en lugares próxi­ mos a la fu ente. Los combustibles utilizados para la cale­ facción en los edificios contribuyen, en una proporción comparativamente menor, a la contaminación del aire, pues se suele utilizar fuel-oil de alta calidad y bajo conte­ nido en azufre, además de que queman de forma comple­ ta. Las partículas finamente divididas de c�rbono se inclu­ yen en gran parte del humo de combustión y es suscepti­ ble de permanecer en suspensión casi de forma indefini­ da debido a su tamaño coloidal. Los incendios forestales son una segunda fuente suministradora de partículas. La quema de residuos, al contrario, es un contribuyente de poca relevancia en todas las categorías de poluantes. En el smog de las ciudades hay, y añadiéndolos a los ingredientes ya mencionados, ciertos elementos quími­ cos contenidos en partículas procedentes de los automó­ viles y los escapes de los vehículos. Son partículas que contienen plomo, cloro y bromo en su composición. Cuando las partículas y los contaminantes químicos están presentes en una elevada densidad sobre un área urbana se forma una mezcla denominada smog. Casi cada persona que vive en grandes ciudades está familiarizada con las consecuencias de esta capa, debido a su efecto de irritación en los ojos y en el sistema respiratorio y su capacidad para ocultar, visualmente, objetos distantes. Cuando las concentraciones de materia suspendida son menores, que son las responsables de camuflar las formas de los objetos pero no de otra cosa, las condiciones atmosféricas se denominan neblina o calima. En masas de aire estancadas se levanta ésta de forma completamen­ te natural como resultado de la mezcla de superficies de diferentes materias . La calima se presenta siempre que el aire contenga una elevada humedad relativa, pues las películas de agua se forman sobre núcleos higroscópicos suspendidos en el aire. Los núcleos de la neblina atmos­ férica natural consisten en partículas minerales proce­ dentes del suelo, cristales de sal de origen marino, com­ ponentes de hidrocarbonos (polen y terpenos) exudados del follaje de las plantas y el humo procedente de los incendios forestales y quema de hierbas. Las cenizas vol­ cánicas pueden, ocasionalmente, añadirse a la neblina. Resulta evidente que lo que llamamos contaminantes atmosféricos pueden ser de origen natural o relativos a la actividad humana y que esta última puede aumentar la cantidad de contaminantes químicos presentes. La tabla 7.1 nos muestra la complejidad de la situación median­ te una lista de poluantes primarios de acuerdo con su origen. No toda la contaminación producida por el hombre proviene de las ciudades; las actividades de las regiones industriales aisladas, lejos de los núcleos de población, pueden producirlas. En este sentido son extraordinaria­ mente importantes las plantas de extracción y de fundido de material y las industrias manufactureras sitas en pe­ queñas ciudades y áreas rurales. Los minerales sulfu rosos (metales que contienen componentes ricos en azufre) se procesan en plantas cercanas a las minas. Los componen­ tes sulfu rosos se emiten hacia la atmósfera en enormes concentraciones a través de sus chimeneas, yendo a parar sobre el área circundante y destruyendo, al mismo tiem­ po, la vegetación.

Contaminación atmosférica

Tabla 7.1. Fuentes primarias de contaminación atmosférica

Contaminantes a partir de fuentes naturales Cenizas volránicas

Fuentes de contaminantes inducidos por el hombre Quema de combustibles fósiles ( C02, S02, plomo)

Sales marinas a partir de olas

Polen y terpenos de las plantas

Procesos químicos

Fusión y fisión nuclear Fundición y refinado de minerales

(Agravadas por actividades del hombre) Humo

de

incendios forestales

Minería y extracción

y quema de rastrojos

e n canteras

Polvo traído por el viento

Agricultura

Bacterias y virus

Fuente: Asociación de Geógrafos Americanos

( 1 968)

Air Pol/u tion.

Commission on College Geography. Resource Paper n.0 2, figura pág.

9.

3,

Las extracciones en minas y canteras proporcionan mi­ neral en polvo al aire, por ejemplo las minas de asbesto (situadas junto a las plantas de tratamiento y manufactu­ ra) que emiten innumerables partículas minerales muy finas, algunas de las cuales sólo pueden observarse con la ayuda del microscopio electrónico. Estas partículas pue­ den viajar a grandes distancias, pudiendo ser inhaladas por los seres humanos, alojándose permanentemente en los tejidos pulmonares. Las pruebas nucleares inyectan a la atmósfera una amplia gama de partículas, incluyéndose entre ellas algunas substancias radiactivas capaces de cruzar miles de kilómetros a través de la circulación at­ mosférica. Los incendios forestales y la quema de rastrojos provo­ cados por el hombre añaden al aire unas grandes cortinas de humo en ciertas estaciones del año. El arado, la roza y el tráfico de vehículos aportan grandes cantidades de partículas minerales procedentes de superficies terrestres secas. Las bacterias y virus, los cuales todavía no han sido mencionados, son transportados en las capas altas de aire, cuando los vientos soplan sobre superficies contamina­ das tales como granjas, tierras de pastos, calles de ciuda­ des y vertederos . Los contaminantes primarios son conducidos a las ca­ pas altas, desde sus lugares de emisión, mediante co­ rrientes ascendentes, las cuales forman parte de un pro­ ceso de convección normal. Las grandes partículas se depositan por gravedad volviendo de nuevo a la superfi­ cie a través de un proceso de sedimentación ". Las partí­ culas muy diminutas para que sedimenten son arrastradas mediante la precipitación en un proceso de lavado " ". De la combinación de ambos procesos la atmósfera se libera de poluantes. En último término se establece un equili­ brio entre entradas y salidas de contaminantes, pero se hallan enormes diferencias en cuanto a las cantidades en un momento determinado. Los contaminantes también son eliminados del aire, sobre sus áreas manantiales, por vientos que dispersan las partículas en las masas de aire límpido que siguen la dirección del viento. Los vientos • Fallou t en el original. • • Wasbout en e l original.

12 1

poderosos pueden, en un momento determinado, limpiar la atmósfera de una región urbana determinada, pero también hay períodos, cuando existe estacionamiento an­ ticiclónico, en que las concentraciones de aire aumentan desmesuradamente. En una masa de aire contaminado se llevan a cabo ciertas reacciones químicas con los componentes admi­ nistrados a la atmósfera, generando, entonces, uu grupo secundario de contaminantes. Por ejemplo, el dióxido de azufre (S02) puede combinarse con el oxígeno del aire produciendo (S03) trióxido de azufre, el cual, de nuevo, vuelve a reaccionar con gotitas de agua suspendidas for­ mándose ácido sulfúrico (H2 S04) . Este ácido irrita los tejidos orgánicos y corroe ciertas materias inorgánicas. Otro tipo normal de reacciones proviene de la acción de la luz del sol sobre óxidos de nitrógeno y sobre compo­ nentes orgánicos, que produce el ozono ( 03) , un gas tóxico y destructivo. Las reacciones impulsadas por la presencia de la luz solar se las denomina reacciones fotoquímicas. Un producto tóxico derivado de este tipo de reacciones es el etileno, procedente de componentes hidrocarbonatados.

Inversión a bajo nivel o terrestre Las concentraciones de poluantes sobre un área manan­ tial aumentan cuando se inhiben las mezclas verticales de aire (convección) debido a la presencia de una confi­ guración estable del gradiente térmico vertical del aire. Los principios de estabilidad o inestabilidad de las condi­ ciones del aire fueron explicadas al inicio de este capítu­ lo, y ahora los aplicaremos al problema de la contamina­ ción atmosférica sobre las ciudades. Cuando está presente el gradiente vertical normal del aire (6' C/1 .000 m ) hay una resistencia a la mezcla me­ diante movimientos verticales, tal como hemos razonado anteriormente (figura 7 . 2 5 , izquierda) . Consideremos, seguidamente, que este gradiente sea más acusado, por calentamiento de una capa de aire próxima al suelo debi­ do al exceso de calor irradiado por los pavimentos de las calles y por los tejados de los edificios (figura 7.25, derecha) . Cuando el gradiente térmico del aire caldeado deviene mayor que el gradiente adiabático seco ( 1 0' C/1 .000 m) , existen condiciones de inestabilidad y, por ejemplo, una burbuja de aire caliente tendería a ascender como un globo inflado con gas helio. Supongamos que este gradiente disminuye con el incremento de altura, tal como se observa en la línea curvada con trazo continuo de la figura 7.25; enfriada siguiendo un gradiente afüabá­ tico seco, la temperatura de la burbuja disminuirá más deprisa que como lo hace la temperatura del aire que la rodea. Cuando la burbuja ha alcanzado cierta altura en la cual su temperatura (y por consiguiente también su den­ sidad) es semejante a la del aire que la circunda, no

Una inversión a bajo nivel o terrestre fue la primera condición necesaria para Ja formación de una niebla tóxica sobre Donara, Pennsylvania, en 1948. (Dibujo de A.N . Strahler, Planet Earth: Its Physical Systems Through Geologic Time, Harper & Row Publishers, figura E . 7 . Copyright 1972 por Arthur N . Strahler.)

T

Gradiente vertical normal del medio

Ola --

Temperatura _____.

-- Temperatura

Relación del gradiente adiabático seco (círculos) con diferentes gradientes verticales del medio.

FIGURA 7.2 5.

podrá ascender más, de manera que la convección ce­ sará. Supongamos que en vez de una burbuja de aire calien­ te tenemos el aire, también caliente, de una chimenea (figura 7.25 ) . El ascenso seguirá básicamente el mismo modelo, aunque inicialmente más rápido y en forma de chorro vertical. Transportando junto con él todos los contaminantes, producto de la combustión, el aire calien­ te se va enfriando poco a poco, alcanzando un nivel de estabilidad en el cual se propaga lateralmente. Enfriada por emisión de radiación de onda larga y mezclándose con el aire circundante, se reforzará el enfriamiento adia­ bático, puesto que un verdadero proceso adiabático no existe en la Naturaleza. Recordemos que al anochecer cuando el aire está en­ calmado y el cielo despejado, el rápido enfriamiento de la superficie terrestre produce una inversión térmica a bajo nivel o terrestre (tal como se ilustra en la figura 5 .8) . Con aire frío la inversión del gradiente de las temperatu­ ras puede extenderse a cientos de metros de altura. Una inversión de las temperaturas a nivel terrestre se convier­ te en una atípica estructura de aire estable. Cuando este tipo de inversión se desarrolla sobre un área urbana, las condiciones resultan particularmente favorables para el entrampe de los poluantes hasta el punto de crearse una pesada capa de smog o niebla altamente tóxica, tal como se ilustra en la figura 7.26. El límite superior de la capa de inversión coincide con la cima de ésta, también deno­ minada tapa de la inversión; por debajo de ella se acu­ mulan todo tipo de contaminantes. El límite puede si­ tuarse a una altura entre 1 50 y 300 metros sobre el nivel \ terrestre . Aunque estas situaciones son peligrosas para la salud en el caso de que se prolonguen, han ocurrido un buen número de veces desde que se inició la revolución indus­ trial; la primera gran tragedia de este tipo sucedió en los Estados Unidos, en la ciudad de Donora (Pennsylvania) a finales de octubre de 1948. Esta ciudad se ubica en el fondo de un valle, cercada por unas vertientes muy escar-

FIGURA 7.26.

122

- - - - Tapa Capa de inversión

Temperatura

-----1

Humedad atmosférica y precipitación

---+

padas, que no favorecen la libre circulación ele las capas inferiores de aire con las de su alrededor (figura 7 . 26) . E l humo y los gases d e las industrias y factorías s e siguieron emitiendo durante cinco días más a la capa de inversión, de modo que se incrementó el nivel de contaminación. La presencia de una elevada humedad hizo que se forma­ ra una niebla tóxica, poniéndose en marcha, entonces, la señal de alarma. En total murieron 20 personas y cientos más se pusieron enfermas antes de que un cambio en las condiciones meteorológicas dispersara la capa de smog.

Aire subsidente

1l

Inversión térmica en altura La inversión térmica en altura está relacionada con las inversiones a nivel terrestre pero su origen se debe a causas algo diferentes (figura 7.27) . Rememoremos que los anticiclones son células de aire subsidente que diver­ ge en los niveles inferiores. En el centro de ésta, los vientos suelen estar calmados o ser ligeros. A medida que el aire desciende se calienta adiabáticamente, de manera que el gradiente térmico vertical se desplaza hacia la derecha, tal como se puede observar en la gráfica tempe­ ratura-altitud de la figura 7.27, mediante flechas oblicuas. Por debajo del nivel donde ocurre esta subsidencia, la capa de aire inferior permanece estancada. La gráfica de la temperatura se torcerá, de forma que una parte de la curva presenta una inversión. La estructura térmica inver­ tida resiste fuertemente a la mezcla y actúa como un tope, impidiendo el movimiento continuo ascendente y la dispersión de los poluantes. La inversión térmica de altura se produce ocasionalmente en algunas regiones de los Estados Unidos, cuando se establece un anticiclón durante varios días que afecta a una enorme extensión. En la cuenca de Los Ángeles, al sur de California, y en menor grado en el área de la bahía de San Francisco, y sobre otras costas orientales con semejante latitud, las condiciones climáticas especiales que aquí se configuran producen prolongadas inversiones de este tipo favore­ ciendo la acumulación de smog. La cuenca de Los Ánge­ les es una planicie baja e inclinada, situada entre el océano Pacífico y una gran barrera montañosa situada en el lado norte. Los vientos suaves procedentes del sur y del suroeste transportan aire frío hacia la tierra, sobre la cuenca, pero no pueden ir más allá debido a la existencia de la barrera montañosa ya citada. Es característico de estas latitudes que el aire, en los costados orientales de las células de altas presiones subtropicales, sea continua­ mente subsidente, creando una inversión térmica en altu­ ra, más o menos permanentemente y que domina la costa oeste de los continentes extendiéndose mar adentro (fi­ gura 7.28) . El efecto se refuerza todavía más en verano, cuando las Altas de las Azores y de las Bermudas son más extensas y potentes. El aire subsidente sobre la cuenca de Los Ángeles es adiabáticamente cálido, en la medida que

Capa de inversión

Aire estancado

-------

Temperatura --------.

FIGURA 7.27. I nversión térmica en altura ocasionada por subsidencia. (Dibujo de A.N. Strahler Planet Earth: lts Physica/ Through Geologic Time, Harper & Row Publishers, figura E.8. Copyright 1972 por Arthur N . Strahler.)

se calienta por la absorción directa de la radiación solar durante el día, por lo que es manifiestamente más cálido que el aire frío estancado por debajo de la tapa de inver­ sión, el cual puede situarse a una altura de 600 m. Los contaminantes acumulados en la capa de aire frío produ­ cen el característico smog, que se convirtió en noticia por primera vez, debido a sus características irritantes, en los años cuarenta. Debido a que el contenido en vapor de agua es generalmente bajo, el smog que se produce en Los Ángeles se define mejor como una densa calima, que como niebla, pues no impide la entrada de luz solar y no reduce la visibilidad hasta un grado que interfiera las maniobras de los vehículos o el aterrizaje y despegue de los aviones. Esto no significa que las verdaderas nieblas no sean frecuentes, al contrario, su proximidad a la costa, así como la conjunción de un clima sec;o de costa oeste con una corriente fría marítima, se lo confiere. El límite superior del smog resalta notablemente, en contraste con el aire limpio suprayacente, llenando la cuenca, a modo de lago, y extendiéndose en los valles de las montañas que lo rodean ( Lámina B.6) . Cadena costera

FIGURA 7.28. El aire subsidente sobre la costa occidental continental produce una inversión térmica en altura entrampando aire fresco y niebla en una capa superficial próxima a la línea de costa. (Dibujo de A.N. Strahler, The Earth Sciences, 2.ª ed., Harper & Row Publishers, figura 18.26. Copyright 1963, 1 9 7 1 por Arthur N . Strahler.)

w

Inversión térmica

en

altura

123

Aire estable en calma

Modificación del clima urbano Aplicando los principios de la temperatura del suelo en relación con la capa inferior de aire, podemos adivinar el impacto del hombre en lo que se refiere a la extensión urbana y en cuanto substituye la rica vegetación del campo por cemento armado y coberturas negras. En el medio urbano, la absorción de radiación solar comporta un aumento de las temperaturas del suelo por dos causas fundamentales. Primero, no existe cobertura vegetal por lo que la radiación solar incide directamente en el suelo desnudo. La ausencia de follaje significa, también, ausen­ cia de transpiración (evaporación a partir de las hojas) mediante la cual se elimina calor de las capas inferiores de aire. Segundo, los tejados y el pavimento cubiertos por cemento armado y alquitrán no recogen la humedad, de manera que no puede realizarse un enfriamiento por evaporación, tal como pasaría en el caso contrario . El efecto térmico convierte a la ciudad en un desierto cálido. El ciclo de temperaturas en verano y en relación con el pavimento de la ciudad, puede ser tan contrastado como el que podemos hallar en un suelo desértico. Este calor es comunicado a tierra, donde se acumula. Los efectos térmicos en una ciudad son, hoy por hoy, más intensos que los que se producen en un desierto de arena, pues la capacidad que poseen el cemento armado y el asfalto para conducir y retener el calor, es mayor que la de un suelo de arena suelta. Otro factor que se puede afiadir es el ocasionado por las construcciones verticales cuyo calor es absorbido y de nuevo irradiado al espacio entre los edificios. Como resultado de estos cambios en el balance ener­ gético, la región central de una ciudad corriente presenta unas temperaturas mucho más elevadas que en sus inme­ diaciones. La figura 7.29 corresponde a un mapa de la región de Washington, capital, en el cual se reflejan las temperaturas de una típica tarde de agosto. Las isotermas delimitan la isla de calor, que se mantiene durante la

5 mi

C Capitolio P Pentágono

5 km

Isla de calor sobre la ciudad de Washington. Las temperaturas fueron tomadas a las 22 h. de un día de principios de agosto. ( Datos procedentes de H.E. Landsberg. Dibujo de A.N. Strahler. Planet Earth, Its Physical Systems Through Geologic Time, Harper & Row Publishers, figura E . 1 1 . Copyright 1972 por Arthur N . Strahler.) FIGURA 7_29_

124

Estela de contaminación

FIGURA 7.30.

Cúpula y estela de contaminación.

noche debido a la disponibilidad del calor almacenado durante las horas de la mafiana. En invierno, el calor adicional es irradiado por los muros y tejados de los edificios que conducen el calor interno hacia el exterior. Incluso en verano, el hombre afiade a la ciudad el calor procedente del interior de los edificios debido al uso de acondicionadores, los cuales son los causantes de gran­ des dispendios de energía por tiempo, sobre todo cuando el aire exterior es más cálido que el interior. En una isla de calor los contaminantes de la urbe están atrapados por debajo de la tapa de inversión. La capa de aire contaminado forma una cúpula de contaminación sobre la ciudad, cuando los vientos son ligeros o próxi­ mos a la calma (figura 7.30) . Cuando hay un movimiento general del aire, como respuesta al gradiente de presión, los contaminantes son transportados por el viento for­ mando una estela de contaminación. La figura 7 . 3 1 muestra dos mapas con las estelas d e las mayores ciuda­ des costeras del oeste del Atlántico. Las bandas colorea­ das afectadas por ésta y el punto coloreado al final de cada banda muestran la distancia recorrida por el aire en un día desde el origen. La figura de la izquierda muestra los efectos de los vientos suaves del sur, un día de junio. En esta situación los contaminantes de una ciudad afec­ tan a otra y generalmente permanecen sobre tierra, conta­ minando áreas urbanas y rurales de una extensa zona. El mapa de la derecha, correspondiente a un día de febrero, muestra los efectos de los fuertes vtentos del oeste, que transportan los contaminantes directamente al mar. Un importante efecto físico de la contaminación del aire urbano es la reducción de la visibilidad y de la iluminación. Una capa de smog puede aminorar la ilumi­ nación en verano, en un 1 0 %, y un 20 % en invierno. La radiación u ltravioleta es absorbida por el smog, con lo que a veces evita completamente que estas longitudes de onda alcancen el suelo. La reducción de la radiación ultravioleta probaría la importancia que tiene en el incre­ mento de la actividad bacteriana a nivel del suelo. El smog de la ciudad mengua la visibilidad horizontal en 1/5 a 1 / 1 0 de la distancia normal visual en un día claro. Cuando la humedad atmosférica es sÚficiente, las partícu­ las higroscópicas forman unas películas de agua que pueden ocasionar verdaderas nieblas con visibilidad nula. Sobre las ciudades, en invierno, se suelen formar nieblas con más asiduidad que sobre las inmediaciones. Los aeropuertos costeros tales como los de Nueva York, Newark, Boston, sufren de la alta incidencia de este fenómeno y está aumentando por la contaminación urba­ na del aire. Un efecto relacionado con la isla de calor urbana es el incremento general de la nubosidad y de la precipitación sobre las ciudades si las comparamos con las de las áreas Humedad atmosférica y precipitación

Máximo

/ � Aiea

Ciudad

•..

.... al�nce

Visibilidad muy baja

sedimentación

7.31. Estelas de contaminación procedentes de ciudades costeras del este, bajo condiciones de vientos suaves del sur (izquierda) y vientos procedentes del oeste (derecha) . El punto al final de cada estela representa la distancia aproximada que han recorrido los contaminantes durante un período de 24 h. ( Datos facilitados por H . E . Landsberg, 1962, en Symposium-Air Over Cities. Sanitary Engineering Center Technical Repon A 62-5 Cincinnati, Ohio.) FIGURA

w.

4800 6',

inmediatas. Ello resulta de la intensificación de l a con­ vección generada por calentamiento de las capas bajas de aire. Por ejemplo, se ha calculado que las tormentas sobre Londres producen un 30 % más de precipitación que sobre las regiones adyacentes. El incremento de l a precipitación sobre un área urbana s e estima, en valores medios, entre un S y un 10 % superior a lo normal en la región donde se ubica. La tabla 7.2 resume las principales diferencias climáti­ cas entre una ciudad y el área que la rodea. Hay que tener en cuenta que corresponde a una generalización aplicada a las naciones altamente industrializadas de latitudes me­ dias y que existen diferencias acusadas entre las ciudades con respecto a la magnitud de su efecto.

Algunos efectos de la contaminación del aire sobre el medio Una lista de los efectos dañinos de los poluantes atmosfé­ ricos sobre la vida de las plantas y animales, e incluso sobre las substancias inorgánicas, sería larga si la desarro­ llásemos en su totalidad. Omitiremos aquí sus efectos sobre la salud humana. El ozono en el smog urbano tiene efectos perniciosos sobre los tejidos vegetales, y en algunos casos puede causar la muerte o importantes daños en árboles y arbus­ tos ornamentales. El dióxido de azufre es nocivo para ciertas plantas y es causante de la pérdida de productivi­ dad en viveros y huertos que se hallen en lugares con esta contaminación. El ácido sulfúrico atmosférico ha destruido en algunos puntos el liquen en crecimiento. Aunque secundaria, una importante categoría de efec­ tos perniciosos debido a la contaminación atmosférica es su efecto sobre la deteriorización de los materiales, y más que por el coste en vidas o en salud de animales y plantas, por las pérdidas en dinero. Las piedras de los edificios, o la mampostería, pueden sufrir la acción corro­ siva del ácido sulfúrico procedente de la atmósfera. Los metales, los tejidos, el cuero, el caucho y la pintura se deterioran y decoloran bajo el impacto de una exposición a los contaminantes urbanos. En particular, el caucho natural es vulnerable al ozono, lo que comporta su endu­ recimiento y posterior rotura. E l ácido sulfúrico, proce­ dente del dióxido de azufre, corroe los metales, especial­ mente el cobre y el acero. Sedimentación del ácido suljürico y sus efectos

9 de feb. 1961

Sedimentación del ácido sulfú,rico y sus efectos E l lavado del ácido sulfúrico de la atmósfera mediante la precipitación ocasiona que el agua de lluvia tenga un contenido anormal de ion sulfato, condición que es co­ nocida bajo el nombre de lluvia ácida. E l ácido nítrico, formado a través de los contaminantes ricos en óxidos de nitrógeno en su reacción con el agua, contribuye, tam­ bién, a la acidificación del agua de lluvia. Puesto que en períodos de tiempo seco, el depósito de contaminantes sólidos sobre las superficies de las hojas de las plantas, en los suelos, arroyos y lagos, el fenómeno en su conjun-

Tabla 7.2. Clima de una ciudad comparado con el del área circundante Radiación Total insolación U ltravioleta (invierno) Ultravioleta (verano) Horas de insolación

1 5 -20 % menor 30 % menor 5 % menor 5 a 15 % menor

Temperatura Media anual Mínima de invierno

2 a 3 % menor

H umedad relativa Nubosidad Cobertura de nubes Nieblas invernales N ieblas estivales Precipitación Cantidad total Nevadas Partículas materiales Contaminantes gaseosos Velocidad del viento

Calmas Fuente: H . E . Landsberg

91,

tabla l .

5 a 10 % más 1 00 % más 30 % más 5 a 10 % más 5 % menor 10 veces superior 5 a 2 5 veces superior 20 a 30 % inferior 10 a 20 % inferior 5 a 20 % más frecuentes

Promedio anual Ráfagas violentas

pág.

0,5 a 1 ,0 ºC superior 1 ,0 a 2,0 º C superior

( 1 970)

Meteorologica/ Monography, Vol

11,

125

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1961

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1966

FIGURA 7.32. Lluvias ácidas en el norte de Europa en los años 1956, 1959, 1961 y 1966_ Los guarismos representan valores de acidez. (Datos de S. Odén, 1972; publicados por G . E . Likens, e t a l . , Environment, vol . 1 4 , n.0 2 , pág. 3 6 , figura l . )

to viene definido bajo el amplio término de sedimenta· ción ácida. En párrafos anteriores sobre la contamina ción del aire y sus efectos, expusimos los principios básicos de este suceso e hicimos mención de sus efectos corrosivos. Cuando realizamos las pruebas para conocer el grado de acidez, medido según el pH del agua de lluvia, nos resultaban valores inferiores a 5 o 6, normales para regio­ nes no contaminadas (el agua de lluvia es ligeramente ácida debido a la presencia de C02 en disolución, for­ mando una pequeña concentración de ácido carbónico) . En la década de los sesenta, químicos del agua anota· ron un cierto descenso del valor del pH en el agua de lluvia recogida en el noroeste de Europa. É stos lo han reducido a valores comprendidos entre 3 y 5. Debido a que los guarismos del pH se hallan en escala logarítmica, los resultados obtenidos significan que las lluvias en

1 26

estas áreas son ahora entre 1 00 y 1 .000 veces más ácidas que anteriormente . Los cuatro mapas que acompañan el texto (figura 7.32) reflejan los valores de pH del agua de lluvia en el noroes­ te de Europa para los años 1956, 57, 61 y 66. Indican el dramático descenso de los niveles de pH y el aumento de la extensión de las áreas afectadas por la lluvia ácida. Científicos americanos estudiando la calidad química del agua procedente de la precipitación, informaban que desde 1975, poco más o menos, y sobre una amplia región del noreste de los Estados Unidos se había evalua­ do un promedio de acidez de 4; también habían recogido tasas tan bajas como 2 , 1 en el agua de lluvia procedente de ciertas borrascas locales. Otras observaciones demues­ tran que sobre las grandes ciudades industriales de los Estados Unidos, como Boston, Nueva York, Philadelphia, Birmingham, Chicago, Los Ángeles y San Francisco se Humedad atmosférica y precipitación

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,5 o

FIGURA 7.33. Distribución de las lluvias ácidas sobre los Estados Unidos y el Canadá sobre un promedio para 1982. Los guarismos indican valores de pH. Datos recientes muestran valores, en esencia, similares. ( Procedente dF NOAA, Air Resources Laboratory.)

haltan valores menores de 4. Tasas de pH comprendidas entre 4 y 5 se ubican en lugares que no se suelen asociar con aire contaminado, tales localidades son Tucson (Ari· zona) , Helena (Montana) y Duluth (Minnesota ) . L a figura 7 . 3 3 corresponde a un mapa de los Estados Unidos y Canadá en el cual se indica la acidez media del agua de lluvia para el año 1982. Desde aproximadamente 1975, el nivel de pH parece que se mantiene en las zonas muy industrializadas del noreste de los Estados Unidos, así como en la Europa Occidental. Al mismo tiempo se ha incrementado la cantidad de nitratos, mientras que la del sulfato ha decrecido. Esto refleja un cambio en la propor­ ción de uno y otro poluantes que están siendo suminis­ trados a la atmósfera. La figura 7 . 34 ilustra la distribución del dióxido de azufre y de óxido de nitrógeno en los Estados Unidos en el año 1980 . En años recientes se ha identificado localmente un aumento de la acidez a nive­ les inferiores a 5 ,0 en el sureste y suroeste de este país. Algunos de los posibles y siempre indeseables efectos sobre el medio ambiente de la sedimentación ácida son los siguientes: acidificación de lagos y arroyos; excesiva lixiviación de nutrientes tanto del suelo como de la copa o de las hojas de las plantas; alteraciones metabólicas de los organismos que trastornan el equilibrio de depreda­ ción en los ecosistemas acuáticos. Un claro ejemplo de los efectos de la acidificación del agua de arroyos y lagos es el observado en Noruega. E l hecho consiste en l a virtual eliminación de los remontes de los salmones en los ríos, debido a la inhibición del desarrollo de los huevos. Actualmente la acidez de los ríos noruegos se ha estabilizado, pero siguen habiendo grandes mortandades de peces sobre todo cuando las lluvias aportan grandes cantidades de sulfatos a los ríos. En Canadá la mortandad piscícola en los lagos también se ha atribuido a la creciente acidificación. En 1 980, el Departamento del Medio Ambiente del Canadá informa­ ba que 140 lagos de Ontario y otros cientos de la misma provincia corrían el mismo riesgo: no tenían peces. Los Sedimentación del ácido sulfúrico y sus efectos

Oxido de nitrógeno FIGURA 7.34. Emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno por estados durante el año 1980. (Office of Technology Assesment, U.S. Government Printing Office. Washington D . C . )

bosques también se han visto afectados por el mismo fenómeno. En la Alemania Occidental este problema ha sido esencialmente importante, sobre todo en los montes harz y en Bosque Negro. En 1983 se contaba que cerca de un tercio de los bosques del estado estaban sensible· mente dañados. Al este de los Estados Unidos los pinos y abetos han sufrido también, en años recientes, este mal. Un importante factor en el nivel de impacto de la sedimentación ácida en el medio es la habilidad del suelo y la superficie acuática de absorber y neutralizar el ácido. Este factor se ha observado claramente en los E E . U U . Las áreas que presentan una alta alcalinidad en las aguas superficiales están asociadas con un clima árido y muestran una baja sensibilidad a este factor y, al contra· rio, las regiones donde el agua del suelo es de naturaleza ácida tiene una altísima sensibilidad. Tales áreas se las asocia con climas húmedos y en general comprenden la zona este de este país, las regiones de alta montaña del oeste y el noroeste del Pacífico. Las razones para esta distribución cabe buscarlas en la susceptibilidad a la sedimentación ácida debida a una determinada disposi· ción de climas, suelos y tipos de vegetación, que será explicado en capítulos posteriores. Hacia 1 983, el Consejo Nacional de Investigaciones de los Estados Unidos tenía claro que las reducciones en la emisión de contaminantes atmosféricos restringiría subs· tancialmente el nivel de acidez en la precipitación. Su estimación fue que una disminución del 50 % en las emisiones de sulfato y nitrato ocasionaría una reducción en la acidez del 50 % en los lugares de origen de este aporte. La comunidad científica está unánimamente de acuerdo que la relación causal entre sedimentación ácida y fu entes contaminantes se establece más allá de cual­ quier duda razonable y que las medidas para remediar esta situación deberían ser ejecutadas en un plazo de tiempo Jo más breve posible.

127

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CAPÍTULO

8

Masas de aire y borrascas

La atmósfera, mediante sus perturbaciones meteorológi­ cas, y en ellas se incluyen la velocidad del viento, el frío, las grandes precipitaciones, ejerce alteraciones a menudo rigurosas sobre e·l hombre y sobre otras formas de vida. Dentro de las alteraciones y peligros del medio tenemos lo que se denomina genéricamente como tormentas y con ellas los fenómenos que las caracterizan (la lluvia y los vientos) y los que se derivan de su acción (oleaje y mar gruesa sobre el mar, deshordamiento de ríos, coladas de barro, deslizamiento de tierras . . . ). Las perturbaciones meteorológicas de menor magnitud se encuentran entre los fenómenos ambientales beneficiosos, pues aportan precipitaciones a la superficie terrestre y de esta forma los suministros de agua dulce se reponen, suministros de los que tanto el hombre como todas las formas de vida existentes en el planeta dependen. El conocimiento de las alteraciones climáticas en todas sus variedades, faculta al hombre el poder predecir el lugar y la hora dónde ocurrirán y de est� forma avisar y tomar medidas de protección en caso de necesidad. Esta función propia de los científicos de la atmósfera, los meteorólogos, puede situarse a la cabeza de los proble­ mas derivados del medio. También es posible en un pequeño grado que el hombre pueda modificar los pro­ cesos atmosféricos en el sentido de reducir las conse­ cuencias de, por ejemplo, la velocidad del viento o de disminuir el efecto de las tormentas. Estas actividades, como hemos dicho, encabezan la modificación del tiem­ po planeada. En este capítulo comprenderemos que las relaciones entre el hombre y la atmósfera es una de tales interacciones. Borrascas móviles

Gran parte del tiempo nuboso e inestable que se experi­ menta en altas y medias latitudes se asocia con la presen­ cia de borrascas móviles. La convergencia de masas de aire en los centros ciclónicos se acompaña de una ascen­ dencia de aire y su enfriamiento adiabático, el cual, a cambio, produce nubosidad y precipitación. Al contrario, gran parte del tiempo bueno y soleado, en estas latitudes

128

donde dominan los vientos del oeste, se asocia con anti· ciclones móviles en los cuales el aire desciende y se extiende, calentándose adiabáticamente y que genera un aire estable e inadecuado al desarrollo de las nubes y la precipitación. Muchas de las depresiones tienen una baja intensidad, no siendo más que pequeños períodos de nubosidad y de lluvias o nevadas débiles. Por otro lado, cuando los gra­ dientes de presión son elevados, las depresiones s.e acompañan de vientos cuya fuerza varía entre el viento bonancible y el ventarrón; en tales casos la perturbación se denomina borrasca ciclónica. Las depresiones móviles se clasifican en tres grupos: l. Las depresiones de las latitudes medias y árticas (o

extratropicales) las cuales varían en cuanto intensi­ dad, desde ligeras perturbaciones a intensas borrascas. 2. Ciclones tropicales, de las áreas tropicales y subtropi· cales sobre las áreas oceánicas, cuya fuerza varía desde suaves perturbaciones hasta el potente y destructivo huracán o tifón. 3. Aunque tan sólo es una pequeña tempestad, en cuanto a extensión, el tornado presenta un profundo vórtice depresionario en el que convergen vientos enorme­ mente fuertes; su escala es más pe queña que los otros tipos, pero presenta una considerable actividad con­ vectiva. Masas

de aire

Las depresiones de las latitudes medias y altas dependen para su desarrollo de la coincidencia de grandes masas de aire con características físicas diferentes. Un cuerpo de aire en el cual las características de temperatura y humedad son completamente uniformes sobre una ex­ tensa región, se conoce bajo el nombre de masa de aire. En su dimensión horizontal, una masa de aire puede ser tan vasta como parte de un continente. Está caracterizada por una combinación particular de la temperatura, gra­ diente vertical del medio y por una determinada hume­ dad específica, pudiendo variar desde ser térmicamente

Masas de aire

y borrascas

Tabla 8.1.

Propiedades de la masa de aire más/recuentes ºC

Masa de aire Ártica continental ( y Antártica continental) Polar continental Polar marítima Tropical continental Tropical marítima Ecuatorial marítima

Símbolo

Propiedades

Ac (AAC) Pe Pm Te Tm Em

Muy fría, muy seca ( i nvierno)

(ºF)

Humedad específica g/kg 0,1

-46º Fría y seca (invierno) -11º 4º Fresca y húmeda (invierno) Cálida y seca 24 º Cálida y húmeda 24 º 27° Cálida y muy húmeda

muy cálidas, a ser muy frías, y en cuanto a humedad, pueden ser masas de aire muy secas o bien muy húme­ das. Una masa de aire dada tiene unos límites muy bien definidos, normalmente, entre ella y la masa vecina, ge­ nerando una discontinuidad que denominaremos frente. Un ejemplo apropiado lo encontramos entre las masas de aire polar y la tropical las cuales se sitúan por debajo del eje de la corriente en chorro del frente polar, situada, tal como se mostró en la figura 6 . 1 8, en las ondulaciones de las capas altas de la troposfera. A este hecho lo denomi­ namos frente polar y representa el grado más elevado de generalización a nivel del planeta. Los frentes pueden estar próximos a la vertical, como en el caso de masas de aire que tienen un movimiento relativamente lento de una respecto a la otra; pueden estar inclinados en un ángu­ lo no lejano a la horizontal, en casos donde una masa de aire se desliza sobre otra. Pueden estar estacionados con respecto a la superficie terrestre , pero, no obstante, las masas de aire adyacentes pueden moverse rápidamente, con respecto a las otras, a lo largo de un frente. Las propiedades de una masa de aire se deben en gran parte a las regiones sobre las que pasan. Debido a que la troposfera está en movimiento, más o menos continuo, las propiedades de una masa de aire en particular para un lugar dado reflejan la influencia mixta de la trayectoria, de miles de kilómetros y de la alternancia de su paso sobre áreas continentales y oceánicas. La complejidad de las influencias es particularmente importante en las lati· tudes altas y medias del hemisferio boreal, dentro del flujo de los vientos del oeste. Sin embargo, sobre las vastas regiones ecuatoriales y tropicales, una masa de aire refleja de forma simple las propiedades de una superficie continental u oceánica por encima de las cuales se mueve lentamente o bien tiende a estacionarse. Sobre una superficie oceánica ecuatorial, los niveles más bajos de la capa de aire que se sitúa por encima de ella desarrollan un alto contenido en vapor de agua. Y al revés, sobre un extenso desierto tropical, el aire lentamente subsidente forma una masa de aire con una baja humedad relativa. Sobre una superficie terrestre fría y cubierta de nieve, por ejemplo, en la zona ártica durante el invierno, las capas inferiores de la masa de aire se caracterizará por ser muy fría y por poseer un bajo contenido en vapor de agua. Los meteorólogos han desig­ nado como regiones manantial estas superficies terres­ tres u oceánicas que han marcado, sobradamente, las características térmicas e higrométricas de las masas de aire que permanecen sobre ellas. Las masas de aire se desplazan de una región a otra

Masas de aire

Temperatura

(-50º) ( 1 2°) (39º) (75º) (75º) (80º)

1 ,4 4 ,4 1 1 ,0 1 7,0 1 9,0

siguiendo las pautas que les marca la presión barométri· ca. A lo largo de esta migración, sus capas inferiores sufren una modificación gradual, recogiendo o perdien­ do calor con relación a la superficie subyacente, o bien, del mismo modo, perdiendo o recaudando vapor de agua. Las masas de aire se clasifican de acuerdo a dos varia­ bles o características de la región manantial: 1 . Posición latitudinal sobre el globo, las cuales determinarán sus características térmicas y 2. La superficie subyacente, si continente u océano, lo que determina su capacidad higrométrica. Con respecto a su posición latitudinal, te­ nemos cinco tipos de masas de aire qu _e son: Masa de aire Ártica

Símbolo A

Antártica Polar

AA p

Tropical

T

Ecuatorial

E

Región manantial Océano Ártico y tierras limítrofes Antártida Continentes y océanos lat. 50-60º N y S Continentes y océanos lat. 20-35º N y S Océanos, en la línea ecuatorial

Con respecto al tipo de superficie sobre la cual se encuentran, tenemos a dos subdivisiones contrapuestas que califican a los tipos precedentes: Masa de aire Marítima Continental

Simbología

Región manantial

m

Océanos Coritinentes

e

Por combinación de los tipos según su posición latitu­ dinal, con la tipología según las características de la superficie subyacente, obtenemos una lista con seis im· portantes masas de aire (tabla 8. 1 ) . La figura 8 . 1 muestra la distribución en el globo de cada una de las regiones de origen de estas masas de aire. La tabla 8 . 1 ofrece, tam­ bién, valores de temperatura y humedad específica en superficie, aunque cabe esperar una amplia oscilación de estas propiedades, dependiendo de la estación. Observad que la masa de aire polar ( Pm y Pe) se origina en la zona subártica y no en las latitudes polares. La definición meteorológica de la palabra "polar" para designar un tipo de masas de aire ha sido ampliamente

12 9

90º

--� :�

Manantial ártico

Región ma a de una masa de aire polar marftlmo (P fico) Pm-..,'-"''"" -'

>. Fresco y húmedo

��� f--.._

fManantial

f...--...

f......._ ""- "'Manantial Te

90º

FIGURA 8.2. Regiones manantial de masas de aire norteamericanas y sus trayectorias. ( Datos procedentes del U .S. Department of Commerce . )

FIGURA 8.1.

Esquema donde se indican las diversas masas de aire y su región manantial, en relación con el frente polar y la zona de convergencia intertropical.

utilizada teniendo actualmente una aceptación interna­ cional; no podemos, pues, cambiar su uso de acuerdo con el sistema geográfico latitudinal definido en el capí· tulo 4. La masa ecuatorial marítima (Em) contiene aproxima­ damente 200 veces más vapor de agua que la masa de aire ártica continental y ártico marítima, cuyas características son de extrema sequedad y frialdad. La masa de aire trnpical marítima y ecuatorial marítima son bastante simi­ lares en cuanto a temperatura y contenido en vapor de agua, de forma que con valores de hu i:nedad espe�ífica m11y altos, ambas pueden producir una intensa pr�c1p1ta­ cion. La masá de aire tropical continental (Te) tiene su región manantial sobre los desiertos subtropicales de los continentes y aunque puede tener una sustanciosa capa­ cidad para contener vapor de agua; su valor tiende a ser estable, teniendo una baja humedad relativa cuando re­ sulta fuertemente calentado durante las horas diurnas. La masa de aire polar marítima ( Pm) se origina sobre los océanos de las latitudes medias, y a pesar de que su contenido en vapor de agua sea bajo en comparación con las masas de aire tropical, ésta puede producir una copio­ sa precipit:tción y gran parte suele ser de origen orográfi­ co sobre las cadenas montañosas de las costas occidenta­ les de los continentes. La masa de aire polar continental ( Pe) se origina sobre Norteamérica y Eurasia en la zona subártica y suele tener una baja humedad específica y ser muy fría durante el invierno.

Masas de aire norteamericanas La masa de aire polar continental norteamericana, se origina sobre el centro-norte del Canadá (figura 8.2).

130

Ésta forma una especie de lenguas de aire frío y seco que periódicamente se suelen extender hacia el sur y el este de su región de origen y que producen los anticiclones, que van acompañados, en invierno, de J:? ajas temperaturas y cielos despejados. Sobre el océano Artico y las tierras que lo bordean se desarrolla la masa de aire ártica carac­ terizada por unas extremadas bajas temperaturas y una enorme estabilidad. Cuando esta masa de aire invade los Estados Unidos, se produce una rigurosa "ola de frío " . L a masa d e aire marítimo polar s e origina sobre e l Pacífico Norte y el estrecho d e Behring en l a región del centro de baja presión permanente aleutiana. Con una holgada posibilidad de abastecerse de humedad, tanto sobre la región manantial, como a lo largo de su recorri­ do con sentido sudeste hacia la costa oeste de Norteamé­ rica, esta masa de aire se caracteriza por ser fría y húmeda con una tendencia en invierno a ocasionar inestabilidad provocando intensas lluvias sobre las cordilleras costeras. Otra masa de aire marítima polar de la región norteameri­ cana se origina sobre el norte del océano Atlántico, tam­ bién determinada por su carácter frío y húmedo. De las masas de aire tropicales, la visitante más común de los estados centrales y orientales, es la masa de aire tropical marítima procedente del Golfo de México. Su dirección es hacia el norte, aportando aire cálido, húme­ do e inestable sobre la parte este dei país. En verano, particularmente, esta masa de aire origina un tiempo cálido y bochornoso en las partes centrales y orientales de EE .UU. Esta masa produce frecuentes tormentas. Es­ trechamente relacionada con la anterior es la masa de aire tropical marítima proveniente del océano Atlántico al este de Florida, sobre las Bahamas. Sobre el norte de México, este de Texas, Nuevo México y Arizona se origina durante el verano una masa de aire tropical continental seca y cálida, que no suele desplazar­ se extensamente, pero dirige las condiciones meteoroló­ gicas sobre la región manantial. Masas de aire y borrascas

FIGURA 8.3.

Frente· frío. (Dibujo de A.N. Strahler.)

FIGURA 8.5.

Frente cálido. (Dibujo de A.N. Strahler.)

Sobre el océano Pacífico, en la célula de altas presio­ nes localizada al sudoeste de la Baja California, tenemos la región manantial de una masa de aire tropical maríti­ ma. Ocasionalmente, en verano, esta masa de aire húme­ da e inestable penetra por la región desértica del sudoes­ te ocasionando violentas tormentas al sur de California y Arizona.

Frentes cálidos y fríos La figura 8.3 indica la estructura de un frente en el que el aire frío está invadiendo una zona de aire cálido. A este tipo de frentes lo llamaremos frente frío. La masa de aire más frío, al ser más densa, permanece en contacto con la superficie del suelo, forzando a la masa de aire más cálido a ascender por encima suyo. La pendiente que presenta el frente frío está enormemente exagerada en el dibujo, siendo en realidad, del orden de 1 a 40 (querien­ do significar con ello que asciende 1 km verticalmente, por cada 40 km de distancia horizontal) . Los frentes fríos están asociados con fuertes perturbaciones atmosféricas.

En cuanto el aire caliente e inestable es forzado a elevar­ se, todo ello puede derivarse en fuertes tormentas, que se reflejan en las pantallas de radar (figura 8.4). La figura 8 . 5 ilustra un frente cálido que avanza hacia una región con aire más frío. De nuevo, en este ejemplo, el aire frío permanece en contacto con el suelo y el aire cálido es forzado, de nuevo, a ascender, como si se elevase por una larga rampa. Los frentes cálidos presen­ tan una pendiente menor que los frentes fríos -en el orden de 1 cada 80, y hasta un mínimo de 1 cada 200-. Por otra parte los frentes de este tipo representan, nor­ malmente, condiciones atmosféricas estables y carecen de los movimientos turbulentos del aire de los frentes fríos. Naturalmente, si el aire cálido es inestable, desarro­ llará células de convección y habrán intensos chubascos o tormentas. Los frentes fríos suelen moverse sobre tierra a mayor velocidad que los frentes cálidos, de esta forma, cuando ambos se sitúan en los mismos parajes, el aire frío acaba por atrapar al cálido y se forma un frente ocluido (figura 8.6) . El aire más frío con el movimiento más rápido de su frente permanece en tierra, forzando tanto al aire cálido, como al menos frío a ascender por encima suyo. La masa de aire cálida es alzada completamente del suelo.

Borrasca ondulatoria FIGURA 8.4. Fotografía de una pantalla de radar sobre la cual las líneas de tormentas aparecen a modo de manchas brillantes. Cada circunferencia de la pantalla está separada de la siguiente en 80 km (50 mil las naúticas) . (National Weather Service.)

Borrasca ondulatoria

El tipo de perturbaciones dominantes en latitudes me­ dias y altas son las borrascas ondulatorias", un vórtice •También depresión de onda o ciclón ondulacorio.

131

nordeste. E l área de precipitación es dilatada, pero mayor en el frente cálido que en el frío. En el bloque C, el frente frío ha atrapado el cálido reduciendo la zona de aire caliente a un estrecho sector y produciendo, al mismo tiempo, un frente ocluido. Final­ mente el aire es forzado a ascender (bloque D) aislándo­ lo de su región original situada hacia el sur. De este modo, el suministro de humedad y energía se ha cortado, y la tormenta ciclónica irá extinguiéndose gradualmente restableciéndose de nuevo la forma original del frente polar.

Anticiclón polar frío

Depresiones

Anticiclón cálido subtropical

FIGURA 8.7. La vaguada entre dos regiones de altas presiones es una zona probable donde se desarrollará la ondulación ciclónica.

que se forma, se intensifica y disuelve repetidamente a lo largo de un frente polar entre masas de aire frío y cálido. Durante la 1 Guerra Mundial, el meteorólogo noruego Jakob Bjerknes reconoció la existencia de frentes atmos­ féricos y desarrolló su teoría ondulatoria de los ciclones. El término "frente" utilizado por Bjerknes fue particu­ larmente adecuado debido a las semejanzas con los fren­ tes de lucha de la Europa en guerra. De la misma manera que los grandes ejércitos se encontraban a lo largo de líneas claramente definidas, que eran llamadas "frentes " , q u e avanzaban y retrocedían, las masas d e aire frío polar se hallaban en conflicto con las masas de aire tropical, húmedo y cálido. En vez de mezclarse libremente estas diferentes masas de aire permanecían claramente estable­ cidas, pero interactuaban a lo largo del frente polar. Una situación favorable a la formación de la ondula­ ción ciclónica se refleja en el mapa del tiempo en super­ ficie (figura 8. 7) . En él se puede observar una hondonada de baja presión que se halla entre dos anticiclones (al­ tas) ; una está constituida por una masa de aire polar, fría y seca; la otra, de aire marítimo, cálido y húmedo. Los vientos convergen en direcciones opuestas a ambos lados del frente, creando una situación inestable. Una serie de bloques diagrama (figura 8.8) i lustra la secuencia de estadios de la vida de una ondulación cicló­ nica. Al principio del· ciclo, el frente polar consiste en una línea más o menos uniforme, a lo largo de la cual el aire se mueve con direcciones opuestas. En el bloque A el frente polar muestra una ondulación, comenzando a configurarse . El aire frío se desplaza hacia el sur, mien­ tras que el cálido lo hace en la dirección contraria' de manera que cada uno de ellos i nvade el dominio del otro. En B, la onda de perturbación a lo largo del frente se ha profundizado e intensificado; el aire frío acucia, impe­ liendo hacia el sur, junto con su frente frío; el aire cálido se desplaza activamente junto con su frente, hacia el

132

en

los mapas diarios de{tiempo

Muchos detalles de la borrasca ondulatoria se reflejan en los mapas del tiempo en superficie para dos días conse­ cutivos de la figura 8.9. Los signos convencionales utiliza­ dos para la dirección del viento y sus respectivas veloci­ dades se explican en la figura 8 . 1 0 . Las isobaras están expresadas en milibares, con un intervalo entre ellas de 4 mb. El mapa A de la figura 8.9 muestra una depresión en un estadio semejante al del bloque B de la figura anterior. La tormenta se centra al oeste de Minnesota y se desplaza hacia el NE. Obsérvense los siguientes hechos sobre el mapa A: 1. Las isobaras de la Baja están cerradas configurándose una forma ovalada. 2. Las isobaras dibujan una "V" bien definida que está atravesada por las líneas de frentes. 3. Las direcciones del viento, indicadas mediante fle­ c as, forman un ángulo con el giro de las isobaras y siguen un modelo "antihorario" y hacia el centro de la espiral. 4. E � el sector de aire cálido, el aire tropical, cálido y humecto, fluye hacia el norte junto con el frente aso­ ciado. 5. Un súbito cambio en la dirección del viento acompaña el tránsito del frente frío. Éste está indicado por las grandes diferencias del rumbo de los vientos en pun­ tos cercanos al frente, pero en lados opuestos. 6. El paso del frente frío está acompañado de un descen­ so brusco de las temperaturas, tal como se puede observar en las diferentes lecturas de éstas a un lado u otro del frente. 7. La precipitación, ilustrada mediante sombreado de co­ lor, está ocurriendo sobre una ancha franja próxima al frente cálido y en el área central de \a depresión, pero se extiende también en una estrecha banda que bor­ dea el frente frío. 8. La nubosidad, reflejada por la proporción de área os­ curecida en los puntos de observación, se extiende sobre la totalidad de la depresión. 9. La Baja está seguida en el oeste, por una Alta (antici­ clón) en donde prevalecen bajas temperaturas y cielos despejados. 1 0 . La isoterma de Oº C cruza diagonalmente la depresión desde el NE hacia el SW, mostrando que la parte noroccidental es más fría que la suroriental.

�

Una sección transversal del mapa A de la figura 8.9 siguiendo la línea A-A' muestra cómo se relacionan los frentes con la nubosidad. Junto con el frente cálido halla­ i;ios una extensa área con nubes de tipo estratiformes. Estas toman forma de cuña, y están dirigidas por una fina

Masas de aire

y borrascas

'

Fase de formación

a

b

Fase inicial

e Fase de oclusión

FIGURA 8.8.

Estadios de desarrollo de una borrasca ondulatoria. (Dibuj0s de A.N. Strahler. )

capa de Cirros (Ci) y C irrostratos (Cs) . Hacia el oeste va engrosando su espesor y tenemos Altostratos (As), segui­ do de Estratos (St) y finalmente Nimbostratos (Ns), acompañada de una lluvia regular. Dentro del sector de la masa de aire cálido, el cielo puede estar parcialmente claro, con Cúmulos (Cu) dispersos. Junto al frente frío hallaremos los Cumulonimbos (Cb) que están asociados a tormentas e intensas lluvias pero su actividad se reduce a una estrecha franja y pasa rápidamente . El segundo mapa del tiempo, mapa B, de la figura 8.9, muestra las condiciones meteorológicas 24 h después. La depresión se ha desplazado rápidamente hacia el nordes­ te, dentro del Canadá, su recorrido se indica mediante la línea rotulada con el nombre de "Trayectoria de Ja depre­ sión". Su centro se ha movido cerca de 1 .300 km en un día, Jo que significa una velocidad de aproximadamente 65 km/h. La depresión se ha ocluido. Un frente ocluido reemplaza la separación entre frentes cálidos y fríos en la parte central de la perturbación. El área de alta presión o cuña del aire frío polar se ha desplazado hacia el oeste y el sur de la depresión. El frente frío está sobrepasando la costa oriental del Golfo. Las isobaras están cerradas alre­ dedor del anticiclón y los cielos están despejados y arre­ cia un viento suave. Al día siguiente las tormentas habrán llegado hasta el mar, abandonando la región oriental y arrastrando con ella un tiempo frío pero con cielos des-

Trayectoria de las borrascas ondulatorias

pejados. Una sección transversal del mapa de superficie muestra las condiciones a lo largo de la línea B-B', cor­ tando de través la parte ocluida de la tormenta. Obsérve­ se que la masa de aire cálida está comenzando a alzarse del suelo originando una copiosa precipitación.

Trayectoria

de

las borrascas ondulatorias

De las observaciones realizadas desde hace bastantes dé­ cadas sobre los movimientos de las borrascas y anticiclo­ nes, se ha demostrado la existencia de ciertas trayectorias comúnmente seguidas. La figura 8 . 1 1 es un mapa de los Estados Unidos y el sur del Canadá donde se muestran estas trayectorias. Observad que algunas tormentas cicló­ nicas se desplazan a través de la totalidad del continente desde su lugar de origen en el Pacífico Norte, tales son, por ejemplo, la Baja Aleutiana. Otras depresiones se origi­ nan en la región de las Montañas Rocosas, los estados centrales, o la costa del Golfo. Muchas de ellas confluyen en los estados del noreste o en las tierras bajas del río San Lorenzo. Estas depresiones salen hacia el Atlántico Norte, donde tienden a concentrarse en las regiones donde se ubica la baja de Islandia. La distribución general de las trayectorias de los ciclo­ nes de onda están ilustrados en la figura 8 . 1 2 . Obsérvese

133

-5 , 5

_ftl

-4 9 IRI

_ -G

1024

ALTA

Modelo de estación

... ... ... ...

�

Cobertura del cielo Temperatura � 9

Frentes:

Frío,

• • • • Cálido, ......... Ocluido,

·e

Punto de rocío � ·e

is

Velocidad del viento

y • y • y Estacionario

.,.,,. Lluvia R . s ...... Nieve

Sentido del viento

Mapa A 3 abril 1 h., E.$.T.

Sección transversal de la línea A-A'

Frente cálido

A'

FIGURA 8.9. Ondulación ciclónica observada en dos mapas del tiempo de superficie para días sucesivos. La presión está expresada en milibares; las temperaturas se expresan en grados Celsius. Las áreas sombreadas corresponden a lugares donde hay precipitación.

134

Masas de aire y borrascas

Jo< o

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Escala de 40º N lat.

500 Millas náuticas

500

1000 km

....1 --=� '==c ---===:1 -=::J .... __ == __

Mapa B 4 abril 1 h E.S.T.

Sección transversal de la línea B-B'

Para un mayor detalle sobre los símbolos del viento véase figura 8.10. (Mapa meteorológico diario del Nacional Weather Service, modificado y simplificado.)

Trayectoria de las borrascas ondulatorias

135

Pluma entera: / 10 nudos

nudos �OBanderilla:

/Media pluma: 5 nudos

º! \

= 15 knots ,

Estación de observación Sentido del flujo de aire

'

/"

r12or.

MAPAS DEL EN SUPERFICIE

80

Calma

45

5

N

�--: �o "-·280º··/

Azimut

FIGURA 8.10.

125

�

MAPAS DE ALTURA

Símbolos convencionales para el viento.

la gran concentración de éstas en las regiones vecinas a las Bajas de Islandia y la Aleutiana. Las depresiones de onda se forman, corrientemente, a modo de sucesión, esto es, viajando concatenadas a través del norte del Atlántico o del norte del Pacífico. La figura 8.13 es un mapa meteorológico mundial en donde se reflejan diferentes familias de borrascas. A medida que cada una emigra hacia el nordeste, se profundiza y oclu­ ye, convirtiéndose en un vórtice de aire aislado en las capas altas. Por esta razón, las borrascas que alcanzan las costas occidentales de Norteamérica y Europa están, nor­ malmente, ocluidas. En el hemisferio austral, la trayectoria de las tormentas se asemeja más a una única vereda que sigue la dirección de los paralelos. La simplicidad del modelo es, sin duda alguna, el resultado de la uniformidad de la superficie oceánica en las latitudes medias, donde tan sólo el ápice sudamericano rompe la monótona extensión. El casquete de la Antártida, centrado en el Polo se constituye y cen­ traJ;,.a la fuente de aire polar. Borrascas ondulatorias y ondulaciones en las capas altas del aire

FIGURA 8.11. Trayectorias más corrientes seguidas por las borrascas ondulatorias que atraviesan los Esrndos Unidos y el sur de Canadá. (Fuente: Bowie y Weightmann, U.S. Weather Bureau.)

¿Cómo se relacionan físicamente las borrascas ondulato­ rias y los anticiclones que las acompañan, con las ondas de Rossby explicadas en el capítulo 6? Las borrascas ondulatorias con sus frentes asociados son un fenómeno que sucede en los niveles bajos de la troposfera y abre camino, en las capas altas, a un flujo suave de vientos del oeste en el interior de las ondas de Rossby. La figura 8.14 muestra ambos sistemas superpuestos. La parte superior de la figura es un mapa; la parte inferior es una sección transversal, la línea x-y, del mapa. La clave para asociar los dos sistemas radica en las

75 70

15

o

15 ¡ 30

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4 51

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FIGURA 8.12. Trayectorias más corrientes de los ciclones tropicales (línea continua) de las borrascas ondulatorias de las latitudes medias ( líneas punteadas) . (Fuentes: S. Petterson, B. Haurwitz y N.M. Austin. J. Namias, M.J. Rubín y J.H. Chang.)

136

60

120

Masas de aire y borrascas

�Frente frío Frente cálido ........_ Frente ocluido

----._

---.-·-

Q) @) @¡

ZCIT

Alta Baja Huracán

FIGURA 8.13. Un mapa diario del tiempo a nivel mundial para un día cualquiera de julio y agosto podría tener un aspecto semejante al que presentamos, el cual no es más que la unificación de las características meteorológicas de la zona. (Fuente: M.A. Garbe!!.)

líneas de flujo de la capa superior. Entrando por el costa­ do occidental (izquierda) de la onda de Rossby, las co­ rrientes llegan juntas siguiendo un modelo convergente. El aire que converge está forzado a descender a niveles inferiores a lo largo del eje de la corriente en chorro o núcleo. En cuanto el aire desciende, desarrolla una espi­ ral anticiclónica produciendo a nivel de superficie un anticiclón o alta, desde el cual el aire diverge horizontal­ mente. A medida que el flujo de aire de las capas altas abandona la onda de Rossby hacia el este (derecha) las

Convergencia

Vaguada

Núcleo de la Núcleo de la D ivergencia corriente�r t-t- +-- corriente

-1'-J � '), •

Convergencia

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Divergencia X

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2000 1000 o

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FIGURA 11.19.

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A

M

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A

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Caudal del río Missouri. ( Datos procedentes del U.S. Geological Survey en

E.E. Foster, Rainfal/ and Runoff.)

200

Escorrentía y recursos bídrlcos

ra que el agua se desborda sobre las tierras adyacentes donde florecen cultivos y bosques. Los cursos fluviales más largos de climas húmedos tienen un lecho de inundación, una franja de terreno bajo y llano que limita el cauce en uno o ambos lados, que son inundados por la corriente de agua aproximada­ mente una vez al año. Esta crecida sucede generalmente en la estación en que existe una abundancia de aportes de aguas superficiales, en combinación con los efectos de un nivel freático elevado, y que suministrer. más agua de arroyada de la que puede albergar el cauce. Tal inun­ dación se considera crecida aun cuando es un suceso esperado y que no impide el cultivo tras su paso. La inundación estacional tampoco interfiere el crecimiento de densos bosques, los cuales están ampliamente distri­ buidos sobre los márgenes de los lechos de inundación en las regiones húmedas del globo. Descargas todavía más importantes de agua, raras y desastrosas, pueden ocurrir de una forma infrecuente cada 30 o 50 años, inundando lo� terrenos que se ubican sobre el lecho de inundación (figura 11.20) A fines prácticos, el Servicio Nacional de Meteorología de E E . U U . (National Weather Service) posee un sistema de alertas de avenidas mediante la designación de un área con una altura precisa, en un lugar determinado. Una vez se sobrepasa ésta se dice que el río se encuentra en fase de crecida, e indica que el nivel crítico ha sido ya alcanzado y que se espera que empiece la inundación. Inmediatamente que el caudal se sitúe en o por debajo del nivel de crecida se dice que el río se halla en fase de

encauzamiento .

Avance de

la

crecida río abajo

El aumento del nivel del río hasta su máxima altura, o cresta, seguido por una disminución gradual del mismo es conocida bajo el nombre de ola de crecida, que no es más que un gran aumento, y su posterior disminución, del caudal del río, y que corresponde a los tipos ya analizados en anteriores párrafos y que sigue, de este modo, las mismas directrices. La figura 11.21 A muestra el avance de una crecida en la dirección de la corriente sobre el sistema hidrográfico Chattooga-Savannah. En el río Chattooga, a su paso por Clayton (Georgia) el máxi­ mo de la crecida, o cresta, fue alcanzado rápidamente -un día después de la tormenta- siguiendo a ésp una rápida subsidencia. En el río Savannah, 105 km más aba­ jo, en Calhoun Fa lis (Carolina del Sur), la cresta de la crecida sucedió un día después de la tormenta inicial, pero el caudal resultó ser mucho mayor debido a que incluía una cuenca de drenaje también mayor. Más abajo todavía, a 153 km, en un lugar próximo a Clyo ( Georgia) el mismo río llegó a su máxima crecida cinco días des­ pués de la tormenta inicial con un caudal de 1 . 700 m3/s. Esta serie de tres hidrogramas muestra que: 1 . El tiempo de retardo en ocurrir la cresta de la avenida se incrementa a medida que avanzamos río abajo. 2. El período comprendido entre el ascenso y la dismi­ nución de la ola de crecida deviene mayor a medida que nos desplazamos río abajo, y que, por lo tanto, aumenta la cuenca hidrográfica. 3. El caudal aumenta, también, río abajo y a medida que el área de la cuenca de drenaje aumenta.

FIGURA 11.20. En marzo de 1936 el río Connecticut inundó parcialmente la ciudad de Hartford. El cauce del río se halla a su izquierda, sus márgenes están marcadas por una línea de árboles. (Fotografía oficial, 8th Photo Section, A. C . , U . S . Army . )

Avance de la crecida río abajo

201

La figura 11.21 B es una presentación algo diferente de los datos de la misma crecida en la que el caudal se ofrece en unidades de área (m3/s/km 2 ) , eliminando, de este modo, el efecto del aumento en el caudal río abajo y mostrándonos solamente la forma de la cresta de crecida.

Durante el 25 % de los años registrados, el valor máximo mensual se hallaba en estos límites.

Cuartil superior

Predicción de crecidas El Servicio Nacional de Meteorología trabaja en el Servi­ cio de Pronóstico de Avenidas ( River and Flood Forecas­ ting Service) a través de 85 oficinas localizadas en puntos estratégicos a lo largo de los grandes cursos fluviales de los Estados Unidos. Cada una de ellas trabaja en el pro­ blema de este pronóstico para las comunidades de un distrito asociado, situadas para poder operar sobre una o más cuencas fluviales. La cooperación conjunta es mante­ nida a través de diversas agencias que planifican la eva­ cuación de las áreas en peligro, y la mudanza o protec­ ción de propiedades vulnerables. En la figura 11.22 se utiliza un sencillo análisis para sugerir la probabilidad que un determinado máximo ni­ vel ocurra en un determinado mes del año. Cada barra está divida en cuartiles o grupos de 25 % que correspon­ den a los máximos niveles observados durante el mes. Los puntos en la parte superior e inferior de la barra nos ofrecen los niveles máximos y mínimos observados du­ rante el período total registrado. La gráfica para el río Mississippi en Vicksburg nos muestra un gran río que responde a las grandes crecidas primaverales que se ajustan a un ciclo anual. Todas las avenidas se han producido en los seis primeros meses del año. El río Colorado a su paso por Austin (Texas) ejem­ plifica un curso que drena una amplia región semiárida. 2000 60 000

m3/s

1500

Caudal pies'/s

40 000

1000

20 000

Máxima altura registrada

500

Durante el 50 % de los años, el valor máximo registrado se sitúa en estos 1 ím ites

Durante el 25 % de los años, el valor máximo mensual se situaba en estos márgenes.

Cuartil inferior

Menor valor mensual registrado en una crecida

FIGURA 1 1 .22. ( Gráfica superior y derecha) . Mediante gráficas como ésta se indica el máximo nivel alcanzado en cada mes, en porcentajes. A Ja derecha se encuentran estos porcentajes para cuatro ríos a lo largo del año. (Nacional Weather Service.)

Las crecidas estivales son producidas directamente por las lluvias torrenciales originadas por la invasión de ma­ sas de aire tropicales. Las avenidas de finales del verano y sus descensos, se atribuyen, a menudo, a tormentas tropi­ cales (huracanes) que se desplazan tierra adentro desde el golfo de México. El río Sacramento a su paso por Red Bluff (California) tiene sus crecidas estacionales durante el invierno, cuando las lluvias son intensas, pero a finales de verano el caudal disminuye a su mínima expresión pues constituye un período muy seco del clima medite­ rráneo. La gráfica de las crecidas esperadas para el río Connecticut en Hartford, muestra dos períodos estaciona­ les con avenidas. El más seguro de los dos sucede a principios de la primavera cuando se da la rápida fusión de las nieves sobre las montañas de Nueva Inglaterra. El segundo corresponde a otoño, cuando se dan violentas e intensas lluvias de tormenta, algunas de ellas huracana­ das, lo cual trae unos niveles excepcionalmente altos. La regulación de las avenidas en los grandes ríos se describe en el capítulo 16 en conexión con la morfología de los lechos de inundación.

Efectos hidrográficos de la urbanización

Pies'/s por milla cuadrada

40

2 3 4 5

6

7 8 9 10 1 1 12 1 3 14 o 0,4 m3/s

por km>

30

0,3

20

0,2

10

0,1

o

1 2 3 4 5

6

7 8 9 10 11 12 13 14 º·º

Tiempo en días

FIGURA 1 1 . 2 1 . Avances de las crecidas río abajo. (Según William G. Hoyt y Walter B. Langbein, Floods; Copyright 1955 por la Princeton University Press; figs. 8 y 1 3 , págs. 39 y 45. Reimpresión bajo permiso de Ja Princeton University Press.)

202

Las cuencas hidrográficas se alteran de dos maneras por el proceso de urbanización. Primero, un aumento del porcentaje de superficie impermeable á la filtración debi­ do a la construcción de tejados, calzadas, aceras, pavi­ mentos o plazas de aparcamientos. Se estima que en áreas residenciales para parcelas de 1.400 m 2 ·e1 área impermea­ bilizada suma un total del 25 %; para una parcela de 560 m 2 , el área impermeable es del 80 % . Un incremento en la proporción de superficies de este tipo reduce la infiltración y aumenta el agua arroyada procedente de un área urbanizada. Un resultado Jmpor­ tante es que se incrementa la frecuencia y altura del máximo de crecida durante intensas tormentas. Hay tam­ bién una reducción de la recarga del agua de saturación conllevando una disminución de la contribución del flu­ jo basal a los canales del área estudiada. De este modo, el cauce de las corrientes es mayor, tanto en los períodos de

Escorrentía y recursos bídrlcos

Río Mississippi, Viksburz, Miss.

Río Colorado, Austin, Tex.

1879 - 1944

1904 - 1944

pies

pies

m

50

15

Fase de crecida -----

13 m (43 pies)

40

m

40

10

30 Fase de crecida

10

-6 , 4 m -(21 pies)

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30 5

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20 5 10

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M

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A

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Río Connecticut, Hartford, Conn.

1871 - 1877, 1896 - l900, 1903 - 1944

������ 40

Río Sacramento, Red Bluff, Calif.

1891 - 1 944

m

10

Fase de crecida

5m ( 1 6 pies)

pies

30 20 10

estiaje en las sequías, como durante las avenidas, debido al proceso urbanizador. Un segundo cambio ocasionado por la urbanización es la introducción del alcantarillado que permite que la arroyada circule subterráneamente fuera de las zonas pavimentadas, yendo a desaguar direc­ tamente a los canales. El tiempo de progresión de la escorrentía hacia los cauces es acortado al mismo tiempo que es ·incrementada la cantidad de agua de arroyada por extensión de las superficies impermeabilizadas. Ambos cambios juntos cooperan en la reducción del tiempo de retardo tal como se puede observar en los hidrogramas de la figura 11.23. Las zonas suburbanas, cuya expansión ha sido muy acelerada, están ahora ocasionando que ciertas áreas resi­ denciales situadas en lugares bajos antiguamente libres de toda inundación, estén siendo amenazadas por este peligro debido al desbordamiento de las corrientes pró­ ximas. La necesidad de un estudio ponderado del terre­ no, así como una planificación del uso del suelo es obvio en tales casos, a fin de proteger al incauto comprador de parcelas, para instalar su casa, de una localización inade­ cuada expuesta a los peligros de inundación por desbor­ damiento de algún curso fluvial cercano. Una solución parcial al problema planteado por la

Lagos y embalses

canalización subterránea de las crecidas consiste en de­ volver la escorrentía superficial a la zona de saturación mediante una zanja de infiltración. Este programa ha sido adoptado en Long Island (Nueva York) donde la infiltra­ ción tiene altas proporciones debido a los materiales arenosos de origen glaciar que forman el sustrato donde se asienta. Otra posibilidad es la de disponer la escorren­ tía en pozos de recarga. En Orlando (Florida) el agua de arroyada de origen pluvial se hace entrar en pozos que conectan con el sistema de cuevas de roca caliza. La capacidad del medio edáfico para absorber la escorrentía sin necesidad de embalsamientos previos comienza a ser atractiva. Un ejemplo de ello lo constituye Fresno (Cali­ fornia) donde se han construido un gran número de pozos repletos de gravas. Éstos tienen un diámetro de 76 cm y reciben la escorrentía de las calles. Este sistema ha sido verificado con éxito en el drenaje del agua aportada por las tormentas.

Lagos y embalses Los lagos constituyen una parte integrante de los sistemas de drenaje y participan de la escorrentía del agua en el

203

Tiempo de retardo

Antes de urban izarse

Después de urban izarse

Tiempo (h) FIGURA 11.23.

Hidrogramas esquemáticos donde se reflejan Jos efectos de la urbanización en el tiempo de retardo y en el máximo de caudal en la crecida. Los puntos CMP y CMR son los centros de masas de precipitación y escorrentía, respectivamente, tal como en la figura 1 1 . 1 7 . (Según L.B. Leopold, 1 968, U . S . Geological Survey, Circular 554. )

ciclo hidrológico. Representan para el hombre un recur· so de la mayor importancia, en muchos sentidos, como por ejemplo: son grandes reservas de agua dulce, mantie­ nen los ecosistemas que proveen la alimentación huma· na. Actualmente el valor recreacional de los lagos se supone de creciente importancia. Donde los lagos no se encuentran de forma natural en las partes bajas de las cuencas de drenaje, el hombre los crea artificialmente emplazándolos a través de los cursos fluviales. Muchas regiones que antiguamente tenían la· gos artificiales se encuentran, ahora, suministradas abun­ dantemente. En cuanto se atraviesan con aeroplano tales regiones, el reflejo de la luz solar sobre cientos de estos embalses acaparan nuestra mirada. Algunos de ellos son tan sólo pequeños estanques para abastecer ranchos y granjas; otros cubren cientos de kilómetros cuadrados. Evidentemente la abundancia de tales reservas represen· ta una modificación ambiental con amplias repercusio­ nes. El término lago incluye una gran variedad de tipos de masas de agua cuyo único punto en común es que tienen una superficie de agua expuesta a la atmósfera y sin que exista un tamaño que pueda servir como punto de refe­ rencia. Estanques (pequeños generalmente con aguas po­ co profundas) , marismas y terrenos pantanosos con agua permanente pueden incluirse dentro de esta categoría. El agua de los lagos puede ser dulce o salada y pode· mos tener cierta dificultad para decidir si una masa de agua salada adyacente a un mar abierto puede clasificarse como lago o como extensión marítima. Una regla práctica para establecer este criterio es la de que una masa de agua costera no es lago si está sujeta al influjo del agua salada procedente del mar. Las superficies lacustres, sin embargo, pueden situarse por debajo del nivel marino.

204

Un ejemplo de ello lo constituye el mar Muerto cuya altura es de -396 m por debajo de la superficie del mar. El más extenso de los lagos es el mar Caspio, cuya altura es de -25 m bajo el nivel del mar. De forma significativa cabe decir que ambos lagos situados por debajo del nivel marino poseen agua salada. Las cuencas ocupadas por los lagos muestran una am­ plia variedad de orígenes, tantas como variedad de tama­ ños existen. Éstas se crean por procesos geológicos, y no constituiría sorpresa alguna que cada lago fuera origina­ do por cada categoría de proceso geológico. Un punto importante en el momento de hablar sobre lagos, es el que son resultado, la mayoría de ellos, de sucesos recientes en términos geológicos. Los lagos . -;:: : : ;: o ; ; : ; ·. : : :· � � . 60 : : ·"" -� : ·. " ::-: : 80 100 itos era oceá��ca .

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FIGURA 13.16.

Elementos característicos de una zona activa de subducción. El Diagrama A está realizado con una gran exageración vertical para que se aprecien los detalles de la superficie y de la corteza. Los sedimentos erosionados de la placa que se mueve forman cuñas inclinadas que se acumulan en una masa tectónica ascendente. Entre la corteza terrestre y la tierra firme existe una cuenca poco profunda en la que se van acumulando los sedimentos terrestres. Sobre la placa descendente se forman las rocas metamórficas. El magma que asciende de la parte superior de la placa alcanza la superficie, originando una cadena de volcanes. El Diagrama B es un corte a escala verdadera que muestra el espesor de las placas litosféricas. (Según A.N. Strahler, Geología Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona, 1987, figura 1 . 1 3 . Orogenia del tipo americano. )

Orogenia del tipo americano

235

1 1o

1 00

1 20''

1 15

1 30'

10

1 0'-

I n doc h i n a Mindanao .

Mar de China P�nínsula Malaya

5

6 Mar de Filipinas 5º

t

,

Mar de las Célebes

' Nu eva, .G.uinea

3. Kalimantan

o

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.-\ Ma r de Java

5

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5

Fosa dé las..Flores

Océano fndico

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1 10

1 05

Eje de fosas

º º º º º º º

115

1 20

1 25'

1 30'

Eje de la cuenca marginal

Cresta del arco tectónico

.... Cresta del arco volcánico

Curvas batimétricas, km

__, _,. ...,._

FIGURA 13. 17.

Mapa del arco tectónico-volcánico de Sumatra y Java. (Interpretación geológica basada en los datos de J. Aubouin, como Jos presentó P.]. Wyllie, 1 97 1 , Tbe Dynamic Eartb, John Wiley and Sons, Inc., Nueva York, p. 227, figura 9.7 y W. Hamilton, Subduction in che Indonesian Region, pp. 1 5 - 3 1 en Island Ares, Deep Sea Trencbes and Back-Arc Basins, 1977, Maurice Ewing Series 1, M. Talwani y W.C. Picman I I I , eds., American Geophysical Union, Washington, D.C. (Según A.N. Strahler, Geología Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona, 1 987, figura 1 2. 1 1 .)

A

Fosa de Java

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10

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FIGURA 13. 18.

Islas Islas Babar Islas Damar Lucipara Fosa de AT Weber AV Mar de Banda CS

CS = Cuña sedimentaria AT = Arco tectónico N AV = Arco volcánico ::--=-::---:lllll..:---::-:----=x---i SC = Saliente continental PA Prisma acrecionario CM Cuenca marginal CI = Cuenca interior =

=

Secciones transversales que complementan Ja figura 1 3 . 1 7. Según los mismos datos utilizados en Ja figura 1 3. 1 7. (A. N. Strahler, Geología Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona, 1987, figura 1 2 .1 2 . )

Pliegue tumbado

Falla de cabalgamiento

Manto de corrimiento

FIGURA 13. 1 9.

En la estructura alpina, los estratos fuertemente plegados se rompen, originando fallas de cabalgamiento. ( Según A.N. Strahler, The Earth Sciences, 2ª ed., Harper and Row Publishers figura 26. 14. Copyright 1963, 1971 por Arthur N. Strahler.)

pacto de una masa litosférica relativamente pequeña con­ tra una masa continental más grande. Como resultado de este tipo de colisión, la masa pequeña queda firmemente soldada al continente y se transforma en parte integrante de éste. El segundo tipo, euroasiático, se produce por la colisión de dos grandes masas de litosfera continental, uniéndolas permanentemente y desarrollando gran acti· vidad tectónica a lo largo de la zona de colisión. Para comprender el mecanismo de la oroger ia de tipo americano podemos utilizar un simple ejemplo mecáni· co. Imaginemos que nos encontramos en una pastelería donde los pasteles se elaboran según un orden. Cuando cada pastel está acabado, se sitúa sobre una cinta trans­ portadora de movimiento continuo que lo transporta has· ta el departamento de empaquetado. En este punto, el pastel se desliza hacia una pequeña mesa cuya superficie está situada al nivel de la cinta transportadora. En la mesa sólo caben unos pocos pasteles; si el empleado deja este puesto durante un tiempo, se producirá el desastre. Cuando llega un pastel a la mesa choca con los que ya se

Orogenta del tipo americano

encontraban allí, aplastándolos de forma que se convier­ ten en una única masa. En este modelo, la cinta transportadora representa a la litosfera oceánica desapareciendo en la zona de subduc­ ción. Cada pastel representa una de las posibles caracte· rísticas de la corteza que pueden emerger de la uniforme superficie abisal. Algunos de estos elementos, tales como los montes submarinos, generalmente no causan proble­ mas, ya que quedan incorporados al prisma acrecionario. El problema aparece en las estructuras de mayor tamaño, demasiado masivas y firmemente enraizadas para ser arrastradas por el proceso de subducción. ¿Qué tipo de masas corticales son capaces de colisio· nar con un gran continente e incorporarse a él? Una de ellas son los arcos volcánicos, como por ejemplo los de las Kuriles o de las Antillas Menores. Otro tipo dife· rente son los pequeños fragmentos de corteza continen­ tal denominados microcontinentes. Algunos antiguos arcos de islas con un largo proceso de acreción se con­ sideran microcontinentes, como Honshu, las Filipi­ nas o La Española, por ejemplo. En otros casos, un frag­ mento de continente ha sido separado de tierra firme a través de un rift que estaba en proceso de ampliación, formando una cuenca interior. Estas islas de corteza continental están, por lo tanto, rodeadas de corteza oceá­ nica. Estos elementos pueden llegar a un margen activo de litosfera continental en forma de placa oceánica que se desplaza hacia la zona de subducción adyacente al conti­ nente. Durante millones de años, el elemento impactante puede desplazarse cientos de kilómetros. Una variedad del tipo americano de orogenia, formada por una colisión arco-continente, aparece ilustrada en la figura 1 3 .20. La primera fase, en el Diagrama A, muestra un margen continental pasivo (derecha) cercano a un arco volcánico (izquierda ) . En este caso, la subducción tiene lugar a lo largo del arco volcánico, provocando la reducción de la litosfera oceánica que separa a las dos masas. Un prisma acrecionario va creciendo a la vez que se desarrolla el arco volcánico. En el Diagrama B, el océano ha quedado completamente cerrado y el prisma acrecionario es obligado a cabalgar sobre el margen con­ tinental, deslizándose en forma de falla de cabalgamien­ to. Como se indica en el Diagrama C, el impacto del arco volcánico causa el cabalgamiento de los estratos del mar­ gen pasivo, produciendo un amplio manto de corrimien­ to. Este tipo de plano de falla se denomina décollementy se encuentra e n el espacio comprendido entre los estra· tos y el antiguo basamento cristalino. Las rocas del arco volcánico están fuertemente deformadas y convertidas en rocas metamórficas. Un elemento a destacar en el Diagrama C es que se ha formado una nueva zona de subducción en el lado exte­ rior del antiguo arco volcánico. Los magmas ascienden de la placa que se está hundiendo, penetrando en la zona de metamorfización. Este hecho produce el ascenso de ma­ sas de magma félsico que se transforman en batolitos ' graníticos. El magma también puede alcanzar la superfi­ cie en forma de afloramientos de lava andesítica y riolíti· ca. El proceso de intrusión de magma ha ampliado la corteza bajo el orógeno, uniéndolo permanentemente al continente. Ejemplos de este tipo de orogenia pueden encontrarse tanto al este como al oeste de Norteamérica. Los elemen­ tos señalados en la figura 1 3 .23 están basados en las colisiones arco-continente que afectaron a los Apalaches

237

Arco volcánico

Margen pasivo A

- -

A

Diagrama B D

A. Miogeosinclinal Eugeosinclinal Prisma acrecionario Arco volcánico

e

B

A

B.

FIGURA 1 3.20.

Cortes esquemáticos que representan la evolución de una colisión arco-continente. No están realizados a escala verdadera. (Según A.N. Strahler.)

C.

D.

y a los Montes Ouachita. Otro ejemplo de esta orogenia son las cadenas montañosas del oeste de Norteamérica. El límite interior de este cinturón orogénico se observa actualmente en un cabalgamiento que aparece en la figu­ ra 1 3 .22. En las Montañas Rocosas en Montana, Alberta y en la Columbia Británica, la zona de cabalgamiento está representada en las elevadas montañas glaciares del Wa­ terton-Glacier International Peace Park, Banff Park y ]as· per Park. La figura 1 3 . 2 1 es un corte esquemático que representa esta zona, en la cual los estratos están intensa· mente deformados y fallados. Otro elemento característi· co de esta orogenia es la intrusión de numerosos batoli­ tos durante el Cretácico.

Macizos autóctonos En los ultimos años los geólogos que han estudiado los elementos del relieve en el oeste de Norteamérica, desde México hasta Alaska , . han señalado que está formado por un mosaico de parcelas corticales denominadas macizos autóctonos. Cada uno de estos macizos es bastante dife­ rente de los que lo rodean, en el sentido de que tiene su tipo característico de roca o asociación de rocas. Si los comparamos con un mosaico, observaremos que cada

Montes Selkirk

Diagrama C

u no de los elementos es único, y otros están duplicados en zonas muy alejadas. La figura 1 3 .22 es un mapa de estos macizos. Existen casi 50 y cada uno de ellos está separado de los otros por una falla. En muchos casos, se trata de una falla de desgarre, más o menos paralela al margen continental. Cada uno de los macizos autóctonos tiene su nombre. Por ejemplo, el denominado "Wrangellia", que aparece en el mapa en color oscuro, se encuentra en cinco zonas diferentes. Este macizo está formado por arcos de islas volcánicas y rocas sedimentarias que incluyen silicato& de mares profundos y calizas de mares poco profundos. ID ti· lizando los métodos paleomagnéticos, los geólogos han podido determinar la localización inicial de algunos de los macizos. Con gran sorpresa se descubrió que Wrange· llia se encontraba a 1 0º lat., a una distancia semejante a donde se encuentra actualmente Nueva Guinea y, por lo tanto, tuvo que atravesar una distancia de cerca de 1 0.000 km. Ocupaba esta localización en el Triásico, cuando se depositaron lavas basálticas que alcanzaron un espesor de tres kilómetros. Cada uno de los macizos se considera actualmente como un microcontinente -en el sentido amplio del término. Obviamente, estos macizos solamente pueden desplazarse conjuntamente con l a placa en la cual se

Fosa deRocosas las Montañas

5 km o -5 - 10 - 15 FIGURA 1 3.2 1 . Perfil estructural a través de las Rocosas canadienses entre los ríos Bow y Athabasca, Alberta. (Datos del Geological Survey, Canadá, presentados por R.A. Price y E . )

2 38

L a litosfera y las placas tectónicas

encuentran. Estos fragmentos de litosfera continental es­ tán inmersos en la l itosfera oceánica, la cual se desplazó hacia Norteamérica, proporcionando a cada microconti­ nente una localización cercana al límite de subducción del margen activo occidental de Norteamérica. Aquí tuvo lugar una colisión y el microcontinente quedó soldado al continente. Al producirse múltiples colisiones se fue for­ mando con el paso del tiempo el mosaico de macizos que conocemos hoy. Una vez que los microcontinentes quedaron unidos a los continentes, quedaron divididos en dos o más frag­ mentos por fallas de desgarre que discurren casi paralela­ mente al margen continental. Las fallas de este tipo se forman en la corteza continental cuando la placa litosféri­ ca descendente .se aproxima en ángulo oblicuo al margen de subducción. ( La Falla de San Andrés es un ejemplo de este tipo de fallas de desgarre.) Arrastrados por la falla de desgarre, los fragmentos de los macizos se separan y distribuyen por encima y por debajo de toda la zona marginal continental. Esto es lo que parece haber sucedi­ do en el caso de Wrangellia. La acreción de los microcon­ tinentes puede haber sido una de las formas por las que se formó el escudo precámbrico. El modo en que la llegada e impacto de un microconti­ nente fue capaz de generar una orogenia es discutible. Para un pequeño microcontinente, de unas pocas dece­ nas de kilómetros de longitud, el efecto tectónico quizá pudiera ser localizado. En el caso del impacto de un arco de islas volcánicas, se habría originado una orogenia de miles de kilómetros que afectaría al margen continental. Un fenómeno de esta magnitud es bastante diferente de los impactos repetidos de muchos microcontinentes. Evi\amtemente, tales colisiones presentan una gran ampli­ tud de magnitudes y producen muy diferentes fenó­ menós.

Orogenias del tipo euroasiático Un segundo tipo de orogenia se produce por la colisión de dos masas de litosfera continental, ambas con dimen­ siones de una gran placa o subplaca. Denominada tipo euroasiático, esta orogenia se define como el resultado de una colisión continente-continente. Colisiones de este tipo se produjeron en la era Cenozoica a lo largo de la gran línea tectónica que marca el límite meridional de la Placa Euroasiática (figura 1 3 . 2 3 ) . La línea comienza en los montes Atlas del norte de África, sigue a través de los Alpes europeos y se exiende por la región del Mar Egeo hasta Turquía Occidental . Después de un gran vacío en

Montañas Rocosas

Turquía, la línea vuelve a aparecer en los montes Zagros de Irán. Después de otro vacío en el sureste de Irán y Pakistán, la línea de colisión continúa en la gran cordille­ ra del Himalaya. Por lo tanto, nos encontramos con tres segmentos: europeo, pérsico e himalayo. Cada segmento representa la colisión de una placa diferente con la única y relativa­ mente inmóvil Placa Euroasiática. El segmento europeo se formó por la colisión de la Placa Africana con la Placa Euroasiática en la región mediterránea. El segmento pér­ sico es el resultado de la colisión de la Placa Arábica con la Subplaca Pérsica de la Placa Euroasiática. El segmento himalayo representa la colisión de la parte continental india de la Placa Indo-Australiana con la Placa Euroasiáti­ ca. Las estructuras de estos tres segmentos de colisión difieren sensiblemente. La figura 1 3.24 es una serie de diagramas en los que se reproducen los sucesos tectónicos de una típica colisión continente-continente. El diagrama muestra un margen pasivo a la izquierda y un margen activo de subducción a la derecha. Como el océano situado entre los continentes convergentes es eliminado, se produce una serie de fallas de cabalgamiento a lo largo de la corteza oceánica (Dia­ grama B) . Los planos de falla se elevan uno sobre otro, impulsando a la corteza oceánica y a los sedimentos que se encuentran sobre ella. Cuando las fallas son comprimi­ das tienden a elevarse. La parte superior de cada manto de corrimiento toma una posición horizontal hasta formar un nappe, que se desliza hacia abajo por efecto de la gravedad. Una masa de rocas metamórficas se forma entre las placas continentales, soldando una a la otra. Esta nueva masa rocosa se denomina sutura continental, y es un tipo determinado de orógeno. En la figura 1 3 .23 se señalan las suturas de los tres segmentos de colisión. El segmento himalayo tiene toda­ vía gran actividad, con la Placa India penetrando bajo la cadena montañosa. Al norte se encuentra la meseta del Tibet, con una corteza continental extremadamente grue­ sa, quizá resultado del efecto de compresión. Hacia el norte, la compresión ha producido algunas grandes fallas de desgarre a lo largo de los cuales grandes segmentos de la corteza asiática se han movido hacia el este, forman­ do la Subplaca China. Las colisiones continente-continente se han producido desde el Precámbrico. En los escudos continentales han podido identificarse muchas suturas antiguas. Los Urales constituyen una de tales suturas que, con una dirección norte-sur actúa como línea divisoria arbitraria entre Euro­ pa y Asia, habiéndose formado cerca del final de la Era Paleozoica.

Estribaciones

Llanuras E

-10 Montjoy, Geological Association of Canada; memoria especial n. 6, figura 2 . 1 , 1970. (Según A.N. Strahler, Geología Física, Ediciones Omega, S.A., figura 1 7 . 1 2 . )

Orogenias del tipo euroasiático

239

Vertiente norte

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Tierra baja

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B FIGURA

18. 13. Desarrollo de una amplia llanura costera. (A) Fase inicial; llanura recientemente emergida. (B) Etapa avanzada; cuestas y tierras bajas ya desarrolladas. S = corriente subsecuente; C = corriente consecuente . (Según A.N. Strahler.)

márgenes continentales pasivos con espesos depósitos sobre la plataforma continental se encuentran rodeando las cuencas oceánicas del Atlántico norte y sur. (El mapa­ mundi de las placas litosféricas en la figura 13.14 muestra que los márgenes continentales se encuentran dentro de las placas litosféricas. ) Cuando esos márgenes con­ tinentales experimentan procesos epirogénicos de hundimiento, se convierten en áreas sumergidas de las plataformas continentales. Durante la inmersión, la arci­ lla marina, el limo y la arena se depositan en capas en forma de cuña. El levantamiento epirogénico de los már­ genes continentales ha llevado a una amplia zona de estos estratos marinos por encima del nivel del mar, originando las llanuras costeras. El bloque A de la figura 18.13 muestra u na llanura costera recientemente emergida. Se trata de una superfi­ cie suavemente ondulada, sin apenas relieves, inclinada hacia el mar. Los ríos que drenan la superficie inicial se extienden por la llanura hasta alcanzar el mar. Estos ríos se denominan corrientes consecuentes ya que siguen la vertiente inicial de una nueva superficie. (Las corrientes radiales que se originan en las laderas de un volcán reciente también se encuentran dentro de las corrientes consecuentes por la misma definición.) El diagrama muestra las líneas paralelas de cordones litorales que forman una barrera para las corrientes consecuentes, obligando a una de ellas a discurrir en forma paralela a la línea de costa. En una etapa avanzada de la erosión de la llanura costera se desarrollan nuevos ríos y nuevas formas topo­ gráficas (bloque B de la figura 18.13). Donde se hallan expuestos terrenos fácilmente erosionables (arcillas o esquistos) , la denudación es rápida y se forman tierras bajas. Entre ellas existen alineaciones de materiales más consistentes que dan lugar a cuestas. Las cuestas se origi­ nan generalmente en areniscas o calizas. La depresión formada entre la primera cuesta y el macizo primitivo (oldland) recibe el nombre de tierra baja interior. Los ríos que se desarrollan en la dirección de las tierras bajas, paralelos a la línea de costa, se denominan corrien­ tes subsecuentes. Suelen situarse a lo largo de las zonas

316

en que la roca es más débil y, por lo tanto, se adaptan fácilmente al imperativo del terreno. En muchas regiones se producen corrientes subsecuentes, las cuales mencio­ naremos de nuevo al estudiar los domos y cuencas. Las líneas de drenaje en una llanura costera en estado de madurez se combinan formando un modelo de drenaje en reja. En este modelo, las corrientes subsecuentes forman ángulos casi rectos con las corrientes conse­ cuentes.

Llanuras costeras de los Estados Unidos La llanura costera del este de los Estados Unidos es una gran región geográfica, cuya amplitud oscila entre los 160 y 500 km y cuya extensión es de unos 3.000 km, a lo largo de las costas del Atlántico y del Golfo de México. La llanura costera comienza en Long Island, Nueva York, que es una cuesta parcialmente sumergida, y aumenta rápidamente de anchura hacia el sur para abarcar gran parte de Nueva Jersey, Delaware, Maryland y Virginia (figura 18.14). En toda esta porción de llanura costera . solamente existe una cuesta. La tierra baja interior es un amplio y continuo valle que se ha desarrollado en una débil formación arcillosa. En Alabama y Mississippi la llanura costera se halla ya en estado de madurez. Las cuestas y las tierras bajas corren alineadas de un modo aproximadamente paralelo a la costa (figura 18.15). Las cuestas están modelapas en formaciones de areniscas y están cubiertas de bosques de pinos. Las calizas bajas forman suelos fértiles en las tie­ rras bajas, tales como los del Black Belt en Alabama.

Elementos ambientales y recursos de las llanuras costeras Las grandes llanuras costeras de los Estados Unidos po­ seen un desarrollo agrícola intensivo debido a la fertili­ dad natural de los suelos provocada por los estratos de carbonatos. Las cuestas arenosas, con suelos pobres en nutrientes para las plantas, están cubiertos de importan-

Los relieves y la estructura de las rocas

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200

300 km

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100

18.14. La llanura costera de los estados del este de los Estados Unidos muestra escaso desarrollo de las cuestas, excepto en Nueva Jersey. El límite interior de la llanura costera se ha indicado mediante una serie de ciudades de la Línea de Cascadas. (Según A.K. Lobeck.)

tes plantaciones de pinos en el sur de los Estados Uni­ dos. Las vías de transporte suelen seguir las tierras bajas y conectar las ciudades existentes allí. Por ejemplo, las carreteras y líneas férreas que ponen en comunicación Nueva York con Treman, Filadelfia, Baltimore y Washing­ ton están todas ellas situadas en la tierra baja interior (figura 18.14). El límite posterior de la tierra baja interior es conocido como Línea de Cascadas, debido a que los grandes ríos han desarrollado cascadas y rápidos en las duras rocas primitivas. Las ciudades crecen a lo largo de esta línea, a partir de la cual los ríos se convierten en estuarios navegables. De esta forma, la geología ha influi­ do en la localización de Megalópolis. Los estratos sedimentarios de una llanura costera que buzan hacia el mar constituyen una estructura favorable para el desarrollo de pozos artesianos. El agua de la lluvia penetra profundamente en los estratos arenosos de las cuestas, que a su vez se hallan cubiertos de arcillas impermeables al flujo subterráneo. Cuando se perfora un pozo que llegue hasta la formación arenosa, el agua sale a la superficie empujada por la presión hidraúlica. El agua de origen artesiano es empleada en grandes cantida-

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La llanura costera de Alabama y Mississippi FIGURA 18.1 5. está formada por una serie de cuestas arenosas y tierras bajas de arcillas y margas. (Según A.K. Lobeck . )

des en muchas partes de la llanura costera del Atlántico y del Golfo de México, pero es insuficiente para cubrir las demandas de las grandes e industrializadas ciudades allí existentes. La llanura costera del Golfo de México contiene enor­ mes acumulaciones de petróleo y de gas natural, gran parte de las cuales ya· se están explotando. El petróleo se halla situado en trampas estratigráficas, que son estratos o lentejones de arena. o arenisca permeables recubiertos de arcillas impermeables. Un tipo de trampa estratigráfi­ ca es el acuñamiento de estratos representado en la figura 18.16. En ella se observa cómo una formación de arenisca de la secuencia estratigráfica de la llanura coste­ ra se adelgaza hacia tierra a modo de cuña hasta desapa­ recer. Tapada por lechos impermeables, la cuña de are­ nisca actúa a modo de trampa para el petróleo que ha emigrado hacia arriba por este estrato. La figura 18.17 presenta dos alineaciones de bolsadas de petróleo de este tipo que se hallan en la costa de Texas. Otro tipo muy diferente de bolsada de petróleo, abun­ dante en los estratos sedimentarios de la costa del Golfo de México, está asociado a los domos de sal o diapiros salinos (figura 18.18). Estas extrañas masas de sal gema ascienden a través de los estratos de la llanura costera.

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FIGURA

18. 16. Las bolsadas de petróleo pueden formarse en los bordes de las formaciones de arenisca que se acuñan hacia arriba.

Elementos ambientales y recursos de las llanuras costeras

317

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Parece que fueron empujadas hacia arriba por un lento movimiento plástico desde las espesas formaciones sali­ nas que yacen en las profundidades de la llanura costera. Los estratos adyacentes al diapiro, al ascender éste, se doblan hacia arriba y se fracturan al entrar en contacto con él, dando lugar a trampas petrolíferas. Los diapiros de sal suelen poseer un capuchón calizo sobre el yeso y 1 mi (1.6 km) Superficie .--·

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35 %) y un horizonte argílico.

Spodosoles:

Suelos con un horizonte spódico (hori­ zonte B) , un horizonte álbico (A2) con bajo C I C , y que carece de carbonatos.

Mollisoles:

Suelos que se encuentran principalmente en latitudes medias, con un epípedones móllicos y una condición básica muy ele­ vada, asociado con regímenes hídricos se­ miárido y subhúmedo.

Aridisoles:

Suelos de climas secos con o sin horizon­ tes argílicos, y con acumulación de carbonatos o de sales solubles.

Los nombres de cada uno de los órdenes de suelos combinan una serie de elementosformativoscon la sílaba sol, que significa suelo (tabla 23 . 1 ) . Dentro de cada orden de suelo se encuentran los subórdenes que oscilan en cuanto a número enue 2 y 7. Los subórdenes están definidos de diversas maneras pero los criterios que se utilizan para uno u otro pueden diferir completamente. Por ejemplo, dentro de algunos órdenes de suelos, los subórdenes están dispuestos co­ menzando por los suelos de los lugares húmedos en primer lugar, se sigue después con aquellos que presen­ tan un buen drenaje y se finaliza con los suelos de los medios secos. Cada régimen térmico o hídrico, o ambos, pueden utilizarse para definir cada uno de los subórde­ nes dentro de cada orden. Y en, todavía, otros órdenes, los subórdenes, están definidos según su contenido orgá­ nico o mineral. Seleccionaremos para nuestra descrip­ ción aquellos subórdenes más difundidos, generalmente sobre superficies elevadas bien drenadas y que posean una estrecha asociación con importantes tipos de vegeta­ ción. Los elementos formativos utilizados para los subórde­ nes están indicados en la tabla del apéndke Il. Estos elementos forman prefijos dispuestos con elementos for­ mativos de los nombres de los suelos. Por ejemplo, Bo­ ralf es un suborden de los alfisoles. El elemento bor tiene connotaciones relacionadas con climas fríos (bo­ real ) ; alt, es la partícula formativa de alfisoles. Tabla 23.1.

Elemento fonnadvo

Procedencia del elemento fonnadvo

Entisol Inceptisol Histosol Oxisoles Ultisoles Vertisoles Alfisol Spodosol

ent ept ist

Sílaba sin significado L. inceptum, iniciado Gr. Histos, tejido Fr. oxide, óxido L. ultimus, último L. verto, vuelta sílaba sin significado Gr. spodos, ceniza de madera L. mol/is, blando L. aridus, seco

402

Entlsoles

Los entisoles tienen en común las características de ser un suelo mineral y que carece de diferentes horizontes pedogénicos que persistirían después de un arado nor­ mal (la sílaba entde entisoles, no procede de raíz alguna, pero podría asociarse con "reciente") . Los entisoles son suelos en el sentido de que mantienen plantas, pero pueden existir en cualquier tipo de clima, y bajo cual­ quier tipo de vegetación. La carencia de horizontes de este tipo de suelos puede explicarse, o bien por el tipo de substrato, por ejemplo arena de cuarzo, en los que los horizontes no se forman rápidamente, o bien como una

Elementos formativos en la nomenclatura de los órdenes de suelos

Nombre del orden

Mollisol Aridisol

A lo largo del resto del capítulo tomaremos cada orden de suelo sucesivamente y lo definiremos, para luego seguir con aquellos subórdenes que tienen una mayor extensión y son importantes para entender la vegetación natural que crece sobre él, y su uso agrícola. La Lámina L.l es un esquema de los órdenes de suelos y los princi­ pales subórdenes. El mapa mundial de los suelos de la Lámina L.2 muestra la distribución mundial de los órde­ nes de suelos y un cierto número de los subórdenes más importantes, teniendo en cuenta que sobre extensas áreas (particularmente en las bajas latitudes) los límites en el mapa no están sustentados por observaciones de campo. Para determinar órdenes tales como los aridisoles, molli­ soles, spodosoles, ultisoles y oxisoles, su extensión sobre el mundo está fuertemente influenciado por los elemen­ tos de control del clima. A cada uno de estos subórdenes se les asigna un único color. En cuanto los Alfisoles, cada uno de los subórdenes está representado por un color diferente, queriendo indicar con ello que cada uno res­ ponde a un clima o a una zona latitudinal. Este tratamien­ to ayuda a simplificar el mapa y a acentuar las relaciones entre suelos y climas, lo cual ayuda a llevar a cabo nues­ tro objetivo, como geógrafos, de reconocimiento de im­ portantes modelos medioambientales en el globo, y sus posibles interrelaciones. La figura 23.l es un mapa de los diversos órdenes de suelos y los subórdenes más importantes de los Estados Unidos y el sur del Canadá. En él los límites de cada uno de los suelos están correctamente establecidos después de diferentes observaciones de campo. En el apéndice 11 se ofrece un mapa todavía más detallado de la misma área, con la indicación de todos los subórdenes.

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Palabras mnemotécnicas de los elementos fonnadvos reciente inepto histología "ox" último invertir alfalfa "odd"(extraño) mullido árido

Suelos del mundo

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Los productores primarios captan Ja energía solar y la hacen disponible para así mantener a los organismos consumidores en los niveles superiores de Ja cadena trófica. Pero recordemos que la energía va perdiéndose a medida que ascendemos en cada nivel de la cadena, de

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El flujo d4! energía a lo largo d4! la cadena trófica

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también lo hace la energía lumínica; pero, más tarde, Ja proporción va dismiouyendo su crecimiento hasta situar­ se en un valor máximo, Jo cual se indica mediante el trozo de curva de menor pendiente. Por encima de este valor máximo, Ja proporción de producción fotosintética decae puesto que el exceso de luz ocasiona también un recalentamiento. Por el contrario, el incremento de Ja temperatura incrementa Ja actividad respiratoria, la cual compensa la producción bruta de la fotosíntesis. La intensidad lumínica suficiente para permitir el máxi­ mo de fotosíntesis neta es solamente de un 10 a un 30 % de toda la luz solar estival para Ja mayor parte de las plantas verdes. La energía lumínica adicional es, simple­ mente, inefectiva. La duración de la luz diurna deviene, entonces, en un importante factor en Ja proporción con la que los productos de la fotosíntesis se acumulan en los tejidos vegetales. Teniéndolo en cuenta, todo esto se· puede añadir al conocimiento que se tiene sobre la in­ fluencia de las estaciones y el cambio en el ángulo de incidencia de los rayos solares con Ja latitud. La figu­ ra 24.4 muestra Ja duración del período de luz diurna con el cambio estacional para una amplia variedad de latitu­ des en el hemisferio Norte. Para las bajas latitudes, los días no tienen una duración mayor de 12 h, en promedio, a lo largo del año; en latitudes más elevadas, los días son cortos durante el invierno, y largos en verano. En latitu­ des subárticas la fotosíntesis puede, obviamente, llevarse a cabo durante Ja mayor parte de las 24 h, y este factor puede compensar, en parte, Ja brevedad de Ja estación. La fotosíntesis también se incrementa con el aumento de la temperatura del aire, hasta llegar a un límite. La figura 24.5 muestra Jos resultados de un experimento de laboratorio, en el que el Sphagnum estuvo creciendo bajo una iluminación constante. La fotosíntesis bruta se incrementa rápidamente hasta llegar a un máximo con una temperatura de 20' C a partir de Ja cual se estabilizó. La respiración se incrementó de forma continuada hasta Ja temperatura límite del experimento. La fotosíntesis neta, que es la diferencia entre los valores de las dos curvas anteriores, ascendió hasta Jos 18' C a partir de Ja cual descendió bruscamente.

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Variación de la respiración y la fotosíntesis bruta y neta, con la temperatura. (Datos de Stofelt, 1937 en A.C. Leopold, 1 967, Plant Growth and Development, McGraw Hill, New York, p. 3 1 , figura 2. 26.) FIGURA 24.5.

El flujo de energía a lo largo de la cadena trófica

0,01 100% 10 0,1 Porcentaje de energía almacenada FIGUllA 24.6. Porcentaje de energía que pasa al siguiente nivel de la cadena trófica, considerando que en cada escalón se pierde el 90 % de la energía.

427

forma que el número de escalones estará limitado. En general en cualquier nivel, entre el 10 y el 50 % de la energía almacenada en la materia orgánica de un nivel determinado puede ser transportada al nivel siguiente de la cadena. Por norma general, el límite normal de consu­ midores es de cuatro niveles. La figura 24.6 corresponde a un diagrama de barras en el que se representa el porcentaje de la energía transferi­ da al siguiente nivel de la cadena, cuando sólo el 10 % se desplaza de un nivel a otro. La escala horizontal está expresada en potencias de 10. En los ecosistemas conti­ nentales, la masa de materia orgánica también decrece con cada escalón que se asciende en la cadena. En el ejemplo de la figura 24.1 hay solamente unos pocos halcones y lechuzas en el tercer nivel de los consumido­ res, mientras que existen incontables individuos en el primer nivel. Estos hechos son un claro mensaje para la humanidad; nos dice que a medida que aumentamos el ganado vacuno, porcino, ovino o de aves de corral para nuestra alimentación, estamos despilfarrando una gran parte de los recursos totales del planeta. Estos animales en su papel de almacenadores de alimentos para el con­ sumo humano, han gastado 2/3 o más de la energía que ellos consumen a partir de la materia vegetal del nivel de los productores. Si por el contrario subsistiésemos básica­ mente con granos y otros alimentos vegetales, tales como legumbres, crecidps sobre una gran cantidad de tierras de labranza, nuestros recursos alimentarios podrían abas-

tecer a una población mayor. Aunque esta observación no se puede aplicar a muchas cabezas de bóvidos y óvidos que se mantienen sobre una gran cantidad de tierras de pastos que no son adecuadas para el cultivo de cereales, se refiere sobre todo a un concepto de eficacia.

Flujo de energía de las plantas verdes El sistema de flujos de energía de las plantas verdes se refleja en el diagrama A de la figura 24.7. La energía solar de onda corta que incide sobre las hojas verdes, es par­ cialmente reflejada, y en p�rte absorbida. Sin atender a la transformación a calor sensible dentro de la hoja, nos concentraremos en el proceso de la fotosíntesis por la cual la energía de onda corta se transforma en energía química almacenada en forma de moléculas en las célu­ las vegetales. Esta forma inicial de energía lábil significa con ella un tipo de energía que está continuamente sufriendo cambios por respiración y conversión de ener­ gía química almacenada en células más complejas. De esta forma el proceso de la respiración transforma la energía lábil en energía de la biomasa que es almacena­ da en los tejidos vegetales. La espontánea degradación -un proceso de oxidación- convierte a esta energía de la biomasa en calor sensible que es retenido y almacenado temporalmente. El calor sensible almacenado se vuelve disponible a través de la evaporación, y abandona el

Reflexión

Radiación solar

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Conducción _________________ _______________________________

Ecs =calor sensible

Eoc = energía de onda corta

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Ec1 =calor latente

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Pérdida de energía

FIGURA 24.7. Diagrama esquemático de los sistemas de flujo energético de una planta verde y de una cadena trófica.

Flujos de energía y ciclos de materia

en

la btosfera

Tabla 24.1.

Producción pn·maria para diference, ecosistemas Gramos por metro cuadrado y año Promedio

Variación nonnal

2.000 2.000 1.300 500 650 500 3

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2.000

500-4.000 300-600 1-400

Continentes Selva de 12 zona ecuatorial

Pantanc·� dt agua dulce y marismas

Bosque de latitudes medias

Praderas de latitudes medias Tierras agrícolas Corrientes

y

lagos

Extremadamente desértico

Océanos Estuarios (de marea) Plataforma oceánica

350 125

Océano abierto

vegetal como calor latente y por radiación de onda larga o conducción directa a la atmósfera. El diagrama B muestra el flujo energético en la parte superior de la cadena trófica. Hemos empleado un pentá­ gono como símbolo taquigráfico que representará todo. los cambios de energía señalados en el diagrama ante · rior, y que conducen a su almacenamiento en la bjomasa. La energía biomásica almacenada en los productores pri­ marios provee de aporte al primer nivel de los consumi­ dores. Este mismo diagrama se repite para los niveles superiores de la adena trófica.

Producción primaria neta Los ecólogos botánicos miden la producción neta acumu­ lada por la fotosíntesis en términos de biomasa que es el peso seco de materia orgánica. Esta cantidad podría ser, naturalmente, definida por una única planta o animal, pero una forma más práctica es el cálculo de la biomasa producida por unidad de superficie, dentro del ecosiste­ ma -hectáreas, metros cuadrados, o pies cuadrados-. De todos los ecosistemas, los bosques son los que poseen una mayor biomasa; las praderas o las tierras de cultivo son comparablemente más pequeñas. Para las masas de agua dulce y las de los océanos, la biomasa es todavía más pequeña, aproximadamente del orden de una centé­ sima parte de la biomasa de praderas y cultivos. La proporción anual de producción de materia orgáni­ ca es la información vital que necesitamos, no la biomasa en sí misma. Una vez ha quedado establecido que ,los bosques son los que tienen una mayor biomasa, y los pastos la más pequeña, lo que queremos conocer es qué ecosistema es más productivo. En otras palabras, qué ecosistema tiene la mayor producción anual, en términos de recursos utilizables por el hombre. Para responder a la pregunta, volvemos a las cifras sobre producción neta primaria de los diferentes ecosistemas. La tabla 24.1 nos ofrece esta información en unidades expresadas en gra­ mos de materia orgánica seca producida anualmente en un metro cuadrado de superficie. Las cifras son meras aproximaciones, pero no obstante no dejan de ser signifi­ cativas. Obsérvese que los valores más elevados se en­ cuentran en dos medios bastante diferentes: bosques y tierras húmedas (estuarios). Las tierras agrícolas pueden ser comparables a los pastos, pero la variación de los valores es mayor en el primero, lo cual no es más que el

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60

Asia Asia

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Océano Pacífico Océano Índico

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30 Áreas costeras -- Zonas de ascenso de agua

FIGURA 2-í.8.

60

Distribución de las principales zonas de pesca del mundo. Las áreas costeras

y las zonas de ascenso de aguas profundas suministran conjuntamente el 99 % de la

producción mundial. (Recogido por la National Science Board, National Science Foundation.)

Producción primaria neta

429

10

20

30

40

50

60

o •C:

�

pulg.

los estuarios y de los arrecifes, las zonas de ascendencia de agua fresca procedente de los fondos oceánicos son las más productivas. El ascenso de agua fresca aporta gran cantidad de nutrientes a la superficie e incrementa en gran medida el crecimiento de plantas microscópicas flotantes (fito. plancton), que a su vez sirven de fuente de alimentación para los animales marinos e11 la cadena alimentaria. En consecuencia, estas zonas poseen un gran valor piscícola. Un ejemplo de ello lo constituye la ya citada Corriente del Perú, próxima a la costa de Sudamérica. En esta área, innumerables individuos de una única especie de pez pequeño, la anchoveta, provee la alimentación de peces mayores y de pájaros. Los pájaros, a su vez, depositan sus excrementos sobre tierra firme, en la costa del Perú, y este depósito acumulado, denominado guano, es un ex­ celente abono.

Lluvioso

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70

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50

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200

Precipitación media anual

La producción primaria neta aumenta rápidamente con el incremento de la precipitación, pero se estabiliza en los niveles altos. Los valores recogidos se hallan en su mayor parte dentro de la zona sombreada. (Datos de Wittaker, 1 970.)

FIGURA 24.9.

Producción neta y clima

reflejo de diversos factores, tales como la disponibilidad de agua en el suelo, la fertilidad del suelo y la utilización de fertilizantes y maquinaria. La productividad de los océanos es por lo general baja. Las zonas de los fondos oceánicos son las menos produc­ tivas de los ecosistemas marinos, sin embargo, al mismo tiempo representan cerca del 90 % del área oceánica mundial. Las plataformas continentales son bastante más productivas, y en realidad son las que proporcionan gran parte de la producción pesquera mundial hasta la actuali­ dad (figura 24.8). A excepción de las aguas someras de N

Zonas Ártico

l6i---Círculo Polar Ártico------60

Subártico

50

200_ 400

Latitudes medias

40 30

Subtropical

23'> --Trópico

20

de Cáncer ·

Tropical

10

O ---·Ecuatorial----10

��., 30

40

Tropical

j

Trópico de Capricornio -.,.-- :::-. . Subtropical 12 0�--"'

__

�

---:.:::--------:::i

400

600

Latitudes medias

50

s Diagrama esquemático de la producción primaria neta de materia orgánica sobre un imaginario supercontinente. Las unidades se expresan en unidades de gramos de carbono por metro cuadrado y año. Las cantidades representadas son solamente estimaciones. Comparar este mapa con el diagrama climático del mundo, Lámina C.1. (Basado en datos procedentes de O. E . Reichle 1 970.)

FIGURA 24.10.

430

El geógrafo está interesado en los factores climáticos que controlan la actividad orgánica. Además de la intensidad lumínica y la temperatura, un factor evidente y muy fun­ damental es la disponibilidad de agua. El déficit o exce­ dente hídrico del suelo podría ser el mejor factor climáti· co a examinar, pero los datos no están disponibles. Los ecólogos han puesto en contacto los conceptos de pro­ ducción primaria neta anual, con la precipitación media anual tal como se indica en la figura 24 .9. Los valores de producción están indicados para las estructuras de las plantas que se hallan sobre la superficie terrestre. Aun­ que la productividad se incrementa rápidamente con la precipitación, en la parte inferior de la gráfica, desde los climas "desérticos" , pasando por los "semiáridos"y fina­ lizando por los "subhúmedos" , parece que tiende a esta­ bilizarse a medida que se aproxima a la fracción "húme­ da" del gráfico. Aparentemente, un amplio excedente hídrico conlleva consigo algún efecto compensador, tal como la eliminación de los nutrientes de las plantas por lixiviación. Combinando los efectos de la intensidad lumínica con la temperatura y la precipitación, se podría establecer que el máximo de productividad neta al año habría de ser forzosamente el clima lluvioso ecuatorial, donde la canti­ dad de agua existente en el suelo es adecuada durante todo el período. La productividad, al contrario, habría de ser baja en los desiertos y podría decrecer también a medida que ascendiéramos latitudinalmente. La produc­ tividad sería reducida, o próxima a cero, en la zona ártica, donde la combinación de una corta estación de creci­ miento y las bajas temperaturas que se registran actuarían juntas en la lentitud del crecimiento. Estas conclusiones se pueden encontrar expuestas en el diagrama de producción primaria neta sobre un super­ continente imaginario (figura 24.10). Comparando este esquema con el diagrama climático del mundo (Lámina D.1) podemos asignar valores aproximados de produc­ ción a cada uno de los climas (las unidades se expresan en gramos de carbono por metro cuadrado y año): Altísima (más de 800)

Ecuatorial lluvioso (1)

Muy alta (600-800)

Clima monzónico y de vientos ali­ sios en el litoral (2) Tropical seco y húmedo (3)

Flujos de energía y ciclos de materia

en

la btosfera

Alta (400-600) Moderada (200-400) Baja (100-200) Muy baja

Tropical seco y húmedo (3). Sudeste de Asia Subtropical húmedo (6) Marítimo de costa Oeste (8) Mediterráneo (7) Continental húmedo (10) Tropical seco, semiárido (4s) Seco de latitudes medias (9s) Clima de bosques boreales (10) Tropical seco, desértico (4d) Seco de latitudes medias, desértico (9d) Bosques boreales (10) Tundra (12)

El clima tropical seco y húmedo (3) se encuentra en una estrecha franja de transición entre una productividad muy elevada y una baja, de forma que algunas áreas se encuentran en una porción "muy elevada", y otras en la de "elevada". Las zonas de transición, tales como ésta, son muy sensibles a los ciclos de alterne de una intensa sequía con unas intensas precipitaciones. Son los que presentan la mayor dificultad en el problema de la cares­ tía alimentaria, pues albergan grandes poblaciones que sólo pueden ser alimentadas adecuadamente con las me­ jores condiciones climáticas.

Energía de la biomasa La producción primaria neta representa una fuente de energía renovable procedente del sol, y que puede ser explotada hasta colmar las necesidades energéticas hu­ manas. La utilización de Ja biomasa como una fuente de energía incluye la liberación de energía solar que ha sido almacenada en el interior de los tejidos vegetales a través del proceso de la fotosíntesis. Esta liberación energética puede llevarse a cabo de diversas maneras -Ja más sim­ ple es la quema directa de la materia vegetal como com­ bustible en un hogar o cocina a leña-. Otras formas de aprovechamiento consisten en Ja generación de combus­ tibles intermedios a partir de Ja materia vegetal, gas meta­ no, carbón vegetal y alcohol, por ejemplo. La transforma­ ción de Ja energía de Ja biomasa, no es del todo eficiente; los valores típicos para producción primaria neta anual de las comunidades vegetales oscilan entre uno y tres por ciento de Ja energía solar disponible. Sin embargo, la abundancia de Ja biomasa terrestre es tan grande que su utilización podría aportar la energía equivalente a 3 mi­ llones de barriles de petróleo por día para los EE.UU. para el año 2000. Una importante utilización de la energía de Ja biomasa es Ja quema de madera para cocinar (y caldear el espa­ cio) en las naciones desarrolladas. En 1970, el crecimien­ to de madera en Jos bosques de los países desarrollados contabilizaba cerca de la mitad de Ja producción energé­ tica mundial -hay mucha leña disponible y de forma abundante-. Sin embargo, el empleo de Ja madera como combustible supera su producción en muchas áreas creando, en consecuencia, deficiencias locales y grandes daños sobre los ecosistemas forestales. Las regiones de transición entre el bosque y el desierto, tales como zonas de espinos, sabana y desiertos con monte bajo, en Ja zona central de África, o al sur del desierto del Sáhara, consti­ tuyen claros ejemplos.

Ciclo de '""1erla en los ecosistemas

Aún en estufas cerradas, Ja quema de madera no es del todo eficaz, oscilando entre un 10 y un 15 % en el cocina­ do. Sin embargo, la transformación de madera en carbón vegetal y gas, o solamente en este último, puede aumen­ tar la eficacia a niveles más elevados, entre un 70 y 80 %, siempre que se emplee una apropiada tecnología. En este proceso conocido como pirolisis, el control parcial de la quema en un medio con deficiencias en oxígeno reduce los hidratos de carbono a carbono libre (carbón vegetal) y produce gases inflamables como el monóxido de carbo­ no (CO) e hidrógeno (H). El carbón vegetal es más eficaz, energéticamente hablando, que Ja propia madera; quema más limpiamente, y es fácilmente transportable. Como una ventaja más a añadir, el carbón vegetal puede realizarse a partir de fibras de residuos y restos agrícolas que de otra forma serían rechazados. De esta manera el carbón vegetal es un combustible más eficaz y que puede ayudar a sustituir los suministros a partir de Ja leña en áreas donde ésta adquiere demandas muy elevadas. Otra utilización de la biomasa de creciente importan­ cia es la transformación de los residuos agrícolas en alcohol. En este proceso Jos microorganismos de la leva­ dura son utilizados para convertir Jos hidratos de carbono en alcohol a través de la fermentación. Con el crecimien­ to de los precios de los combustibles para motores, este líquido adquiere una gran popularidad como un aditivo en la gasolina. El gasohol, una mezcla de un 10 % de alcohol con Ja gasolina, puede ser quemado en motores convencionales sin necesidad de nuevos ajustes. La desti­ lación del alcohol requiere, sin embargo, calor; de este modo se reduce enormemente la energía neta que podría producir. Actualmente están siendo estudiadas distintas propuestas a fin de reducir los costes de Ja destilación. Ejemplo de ello Jo constituye el empleo de nuevas membranas que permitan hacer pasar el alcohol más rápidamente que el agua, además de Ja utilización de nueva tecnología ahorradora de calor. Diferentes tipos de microorganismos, que resultan más eficaces que la propia levadura y que trabajan a temperaturas más eleva­ das, pueden también servir de ayuda. El alcohol, el car­ bón vegetal y la leña son alternativas a Jos combustibles fósiles que irán adquiriendo importancia a medida que el petróleo empiece a escasear y se vuelva más caro en las próximas décadas.

Ciclo de materia

en los ecosistemas

Hemos visto cómo la energía solar origina flujos a través de Jos ecosistemas, pasando de una parte de. Ja cadena a Ja siguiente, hasta que finalmente se pierde como ener­ gía irradiada desde Ja biosfera hacia el espacio exterior. La materia también circula a través del ecosistema, pero debido a que la gravedad mantiene los materiales superfi­ ciales dentro del límite terrestre, ésta no se puede perder o marchar fuera del ecosistema mundial. En cuanto las moléculas son formadas y reformadas por reacciones quí­ micas y bioquímicas dentro de un ecosistema, los átomos que Jo componen no pueden ser cambiados o perdidos. De este modo, Ja materia se conserva dentro del ecosiste­ ma, y Jos átomos y las moléculas pueden ser utilizados y reutilizados, o reciclados, dentro de los propios ecosiste­ mas. Los átomos y las moléculas se desplazan por el interior de Jos ecosistemas bajo la influencia tanto de Jos procesos físicos como los biológicos. Las trayectorias de un tipo particular de materia a Jo largo. del ecosistema

431

Depósito activo Depósito activo

mucho más pequeños que los depósitos pasivos, y los materiales se mueven más rápidamente entre los prime­ ros que entre los segundos, o entre el interior y el exte­ rior de los depósitos pasivos. Tomando por ejemplo el ciclo del carbono, a través de los procesos de fotosíntesis y respiración se reciclará todo el dióxido de carbono de la atmósfera (depósitos activos) a través de las plantas en, aproximadamente, 10 años. Pero pueden pasar muchos millones de años más para que los sedimentos de carbo­ natos (depósitos pasivos) que actualmente están forman­ do las rocas, sean levantadas y descompuestas, de nuevo, para liberar el dióxido de carbono.

Los nutrientes en la biosfera Procesos físicos

Depósito pasivo

FIGURA 24.11.

Rasgos generales del ciclo de la materia.

terrestre comprende un ciclo de la materia (algunas veces conocido como ciclo bioquímico, o ciclo de los nu· trientes).

Los ecólogos reconocen dos tipos de ciclos de la mate· ria: el gaseoso y el sedimentario. En el ciclo sedimenta· rto, el componente o elemento es liberado de la roca mediante la meteorización, al que sigue el movimiento en el agua de escorrentía, formando parte de la solución o como sedimento hacia el mar. Finalmente por precipi­ tación y sedimentación, estos materiales se transformarán de nuevo en roca. Cuando ésta sea de nuevo levantada y expuesta a la meteorización, el ciclo se habrá comple­ tado. En el ciclo de los gases -y es necesario atajar- el elemento o componente puede ser transformado en for­ ma gaseosa. El gas se difunde por la atmósfera y de este modo llegará a la superficie continental o marina, para ser de nuevo, y en un tiempo mucho más corto, reutiliza­ do por la biosfera. Los constituyentes primarios de la materia viva -carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno­ se desplazan, todos ellos, a través del ciclo de los gases. Los grandes rasgos del ciclo de la materia están repre­ sentados en el diagrama de la figura 24 .11. Cualquier área o lugar de concentración de materia es un depósito. Exis­ ten dos tipos de depósitos: los depósitos activos en donde los materiales se hallan en formas y en lugares accesibles a los procesos vitales, y los depósitos pasivos, en donde los materiales resultan más o menos inaccesibles a todo proceso vital. Un sistema de trayectorias de los flujos de la materia conectan los depósitos activos, con los depósi­ tos, dentro de un ciclo. Las trayectorias entre depósitos activos están generalmente controladas por los procesos vitales; mientras que las trayectorias entre los propios depósitos pasivos están generalmente controladas por los procesos físicos. Las magnitudes de unos y de otros pueden ser muy diferentes. En muchos casos, los depósitos activos son

432

Tomaremos los quince elementos más abundantes en la materia viva como un conjunto y designaremos su masa total como el 100 %. Los porcentajes de cada uno de los elementos se ofrecen en la tabla 24.2. Los tres principales componentes de los hidratos de carbono -hidrógeno, carbono y oxígeno- acumulan la casi totalidad de la materia viva, y son conocidos como macronutrientes. El restante 0,5 % se divide entre los doce elementos restan­ tes. Seis de ellos también son macronutrientes: nitróge· no, calcio, potasio, magnesio, azufre y fósforo. Los macro­ nutrientes son todos ellos requeridos en cantidades substanciales para la vida orgánica, a fin de poder prospe­ rar. Los tres primeros macronutrientes -hidrógeno, car­ bono y oxígeno- son elementos cuyas trayectorias ya hemos seguido a través de los circuitos de la fotosíntesis y de la respiración (figura 24 .2). Emprenderemos un análisis más detallado de los ciclos de los gases carbono y oxígeno debido a su papel en los cambios atmosféricos inducidos por el hombre, a través de los componentes hidrocarbonatados. Daremos también una especial aten­ ción al r.itrógeno, el cuarto componente más importante de la materia viva; este elemento también se mueve en el ciclo de los gases. Los restantes macronutrientes -calcio, magnesio y potasio- son elementos procedentes de las Tabla 24.2.

Elementos que forman parte de la materia viva, tomando el total de los 15 elementos más abundantes como el 100 %

Hidratos de carbono básicos Hidrógeno (M) Carbono (M) Oxígeno (M)

49,74 24,90 24,83 Subtotal

99,47

Otros nutrientes Nitrógeno (M) Calcio (M) Potasio (M) Silicio Magnesio (M) Azufre (M) Aluminio Fósforo (M) Cloro Sodio Hierro Manganeso

0,272 0,072 0,044 0,033 0,031 0,017 0,016 0,013 0,011 0,006 0,005 0,003

M - macronutriente

Fuente: E.S. Deevey Jr. (1970). Scientific American, Vol. 223

Flujos de energía y ciclos de materia en la btosfera

,-----------------

Aporte mundial de dióxido de carbono atmosférico

' Pérdidas

1 1 1 1 1 1 1 1 CO,¡i 1 1 1 1 1 1

*

C02

1

1

Respiración del suelo

Intercambio de co2 -----_ �"'"""""' "'__.,:.. '°'?n a supeff 1c 1e ma r 1t 1ma O c éano__,ARespiración Fotosíntesis

f

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FIGURA 24.12. El ciclo del carbono. (Dibujo procedente de A.N. Strahler, Planet Earth: Its Physical Systems Throught Geologic Time, Harper & Row Publishers, figura E . l . Copyright

1972 por Arthur N. Strahler.)

rocas silicatadas, productos de Ja alteración mineral. Los otros dos macronutrientes precedentes, también, de Ja meteorización de Ja roca, son el azufre y el fósforo.

El ciclo del carbono Los movimientos del carbono a través de Ja capa viva son de una gran importancia, debido a que toda ella está compuesta por componentes del carbono de una forma u otra. Del total del carbono disponible, Ja mayoría se halla en depósitos pasivos en forma de carbonatos, por debajo de la superficie terrestre. Solamente cerca de 2/10 de un 1 % están rápidamente disponibles para Jos organismos en forma de C02 o como biomasa en descomposición en depósitos activos. Algunos aspectos del ciclo del carbono están señalados en el esquema de Ja figura 24.12. En Ja parte gaseosa de su ciclo, el carbono se mueve en forma de dióxido de carbono (C02), como gas libre en la atmósfera, y como gas disuelto en el agua dulce de Jos continentes y en las aguas saladas de los océanos. En Ja porción sedimentaria de su ciclo, el carbono se encuentra en las moléculas de Jos hidratos de carbono en Ja materia orgánica, como hidrocarburo en Ja roca (petróleo, carbón) y como carbo­ nato, en las rocas carbonatadas (por ejemplo CaC03). El suministro de dióxido de carbono atmosférico se repre­ senta en la figura 24.12 por una caja. Es una pequeña porción de Jos depósitos activos y constituye menos de un 2 %. Este depósito atmosférico viene suministrado por la respiración a partir de los tejidos vegetales y animales en Jos océanos y sobre Jos continentes. Bajo condiciones naturales, penetra en la atmósfera algún carbono nuevo cada año, por ejemplo la actividad volcánica emite gas en forma de C02 y monóxido de carbono (CO). El papel

El ciclo del oxígeno

que realiza la actividad industrial del hombre es el de emitir a la atmósfera sustanciosas cantidades de carbono mediante la quema de combustibles fósiles. Este incre­ mento producto del hombre y sus probables efectos so­ bre las temperaturas del aire fue un tema ya tratado en el capítulo 5. El dióxido de carbono abandona el depósito atmosféri­ co en los océanos, donde es utilizado en Ja fotosíntesis efectuada por diminutas plantas marinas (el fitoplanc­ ton). Estos organismos son productores primarios en el ecosistema oceánico y son consumidos por Jos animales marinos, dentro de la cadena alimentaria de este ecosiste­ ma. El fitoplancton construye también estructuras esque­ léticas de carbonato de calcio. Esta materia mineral se deposita sobre los fondos oceánicos acumulándose como un estrato sedimentario, es una enorme cuenca de depó· sito no disponible para los organism,os hasta que se libe­ ren posteriormente a partir de la alteración de la roca. Los componentes orgánicos sintetizados por el fitoplancton también se depositan en los fondos oceánicos y son finalmente transformados en componentes de hidrocar­ buros que posteriormente se convertirán en petróleo o gas natural. Sobre los continentes, la acumulación de materia vegetal, bajo condiciones geológicas favorables, ha formado grandes capas de turba, la cual se transforma­ rá en carbón. El petróleo, el gas natural y el carbón forman la totalidad de los combustibles fósiles, y repre­ sentan además descomunales depósitos pasivos de car­ bono.

El ciclo del oxígeno Los detalles sobre el ciclo del oxígeno se reflejan en forma esquemática en la figura 24 .13. La imagen comple-

433

Ganancia

,------, 1 1 1 1

;

Aporte mundial de oxígeno libre atmosférico

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-1

;

......

Papel industrial del Hombre

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Pérdidas

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Fotosíntesis

i

, Fitoplancton

FIGURA 24.13.

El ciclo del oxígeno. (Dibujo procedente de Arthur N. Strahler, Planet Earth: !ts Physical Systems Through Geologic Time, Harper & Row Publishers, figura E.2.

Copyright 1972 por Arthur N. Strahler.)

ta del ciclo del oxígeno incluye también sus desplaza­ mientos, y su almacenamiento cuando se encuentra com· binado con el carbono formando dióxido de carbono o bien forma componentes orgánicos. Estos dos últimos aspectos ya fueron descritos cuando tratamos el ciclo del carbono. El aporte mundial de oxígeno libre atmosférico se muestra en la figura 24.13 por un pequeño cuadro en la parte alta del diagrama. El oxígeno penetra en este depó­ sito mediante su liberación por fotosíntesis, tanto a partir de los océanos como de los continentes. Cada año una pequeña cantidad de oxígeno nuevo procedente de la emisión de gases, principalmente C02 y H20, que reali· zan los volcanes, aparece en la atmósfera (indicado en la figura 24.12). Contrarrestando este aporte, la respiración y la oxidación mineral substraen parte del oxígeno, y como hecho que consume gran parte del oxígeno atmosférico y que colabora con los dos aspectos antes citados, está la actividad industrial del hombre con la combustión (oxidación) de madera y combustibles fósi­ les. Los incendios forestales, la quema de maleza y hier­ bas (aspectos no indicados en la figura) son otros medios de consumo de oxígeno. Los océanos también constitu­ yen una pequeña reserva activa de gas oxígeno disuelto. Parte del oxígeno es continuamente emplazado en la reserva en el mineral en forma de sedimentos de carbo­ natos en los fondos oceánicos. El hombre reduce la cantidad de oxígeno en el aire por: 1) quema de combustibles fósiles; 2) desmonte y drenado de tierras, que acelera la oxidación de los suelos y de la materia orgánica que sobre él se encuentra; 3) reduciendo la actividad fotosintética mediante las des· trucción de bosques poniéndolos a disposición de la agricultura, y la pavimentación y cobertura de superficies anteriormente productivas. La importancia de la urbani-

434

zac1on puede ser apreciada por el solo hecho de que cada seis meses una superficie terrestre del tamaño de la isla de Roda, es cubierta totalmente por nuevas estruc· turas en tan sólo los Estados Unidos. De hecho, los cálcu· los han demostrado que el oxígeno consumido en el área continental de dicho país, excedió a la cantidad produci· da en esa misma zona, en un 70 %. Afortunadamente, la reserva de oxígeno es tan grande que el impacto del hombre o impacto potencial es muy pequeño, al menos en la actualidad.

El ciclo del nitrógeno El nitrógeno se desplaza a través de la biosfera en el gaseoso ciclo del nitrógeno, en el que la atmósfera con su 78 % de nitrógeno por volumen, se comporta como una gran reserva (figura 24. 14). El nitrógeno atmosférico, en forma molecular (N2), no puede ser asimilado directa­ mente por las plantas o animales. Solamente ciertos mi­ croorganismos poseen la capacidad de utilizarlo directa· mente en un proceso conocido como fijación del nitró­ geno. Un tipo de tales microorganismos está compuesto por ciertas especies de bacterias de vida libre en el suelo; . existen también algas verdiazuladas, que pueden fijar también el nitrógeno. Otro tipo consiste en los fijadores simbióticos de nitró­ geno. En una relación simbiótica, dos especies de orga­ nismos viven en íntimo contacto físico, cada uno de ellos contribuyendo a los procesos físicos del otro. Los fijado­ res simbióticos de nitrógeno son unas bacterias del géne­ ro Rizobium; están asociadas con unas 190 especies, en­ tre árboles y arbustos , así como con todos los miembros de la familia de las legumbres. Las legumbres importan­ tes para los cultivos agrícolas son el trébol, la alfalfa, soja, guisantes, judías y cacahuetes. Las bacterias Rizobium Flujos de energía y ciclos de materia

en

la biosfera

,---- ----- - - - --- --Pérdida

,

Ganancia

Aporte mundial de nitrógeno atmosférico como N2 gas

1 Ganan ·

Pérdida

!

1 1 1 1 1 1

1

-=�-------, Pérdida 1 \ 1 1

1

1 1 1 1 1 1 1 1

Pérdida

Ganancia

1

Fijación industrial en la manuf. de fertilizantes y en la combustión

Fijación del nitrógeno

Intercambio superficial -- -· �- 4f e N2 disuelto e n,--1·-- -----� el agua marina

tid��T:l

Fijación del nitrógeno por algas verdiazuladas

FIGURA 24.14.

El ciclo del nitrógeno.

infectan las células de las raíces de estas plantas, .en los módulos de las raíces producidos conjuntamente por la acción de las plantas y las bacterias. La bacteria suminis· tra el nitrógeno a la planta a través del proceso de fija· ción, mientras que la planta suministra los nutrientes y los componentes orgánicos que necesita la bacteria. Los cultivos de legumbres a menudo son plantados en una rotación estacional de cultivos, alternándolos con otros alimentarios, a fin de conseguir y asegurar un adecuado aporte de nitrógeno al suelo. Tanto la acción de los cultivos con fijación de nitrógeno, como las bacterias del suelo, están representadas en el diagrama del ciclo del nitrógeno (figura 24.14). El nitrógeno se pierde fuera de la biosfera por la desni· trificación, un proceso en el que ciertas bacterias del suelo transforman de nuevo el nitrógeno en su forma utilizable por las plantas, en N 2 . Este proceso también está indicado en el diagrama. La desnitrificación comple· ta la porción orgánica del ciclo del nitrógeno, a partir del cual es devuelto, otra vez, a la atmósfera. Actualmente, la fijación del nitrógeno supera en gran medida la desnitrificación, y el nitrógeno disponible se está acumulando en la capa viva. El exceso de fijación se debe casi exclusivamente a las actividades humanas. El hombre fija el nitrógeno en la manufacturación de los abonos nitrogenados, y por oxidación del nitrógeno en la combustión de los combustibles fósiles. El gran desarro· llo del cultivo de las legumbres ha aumentado, enorme­ mente, este proceso en todo el mundo. Las proporciones actuales son que la fijación del nitrógeno inducido por el hombre iguala a la producida de forma natural. Parte del exceso de nitrógeno fijado por las actividades humanas es transportado desde el suelo hacia los ríos y lagos, hasta que en último término alcanza los océanos. Los grandes problemas de la contaminación del agua pueden producirse cuando el nitrógeno estimula el ere· cimiento de algas y fitoplancton, lo cual puede repercutir

Ciclos sedimentarios

en detrimento de otras formas c.ie vida acuática más nece· sacias. Estos problemas se acentuarán en años posteriores debido a que la fijación industrial del nitrógeno en la producción de fertilizantes se duplica cada seis años, en la actualidad. El preciso impacto que tendrán tales canti· dades de nitrógeno cuando alcancen los mares, sobre el ecosistema terrestre, resulta todavía incierto.

Ciclos sedimentarios Los ciclos del oxígeno, carbono y nitrógeno se conocen todos ellos como ciclos de los gases puesto que todos poseen una fase gaseosa y en la que el elemento involu· erado está presente en cantidades significativas en la atmósfera. Muchos otros elementos se desplazan en los ciclos sedimentarios, eso es, desde la tierra hasta los océanos en el agua de escorrentía, y su retorno después de millones de años en forma de roca terrestre levantada. Estos elementos no están presentes en la atmósfera, ex· cepto en pequeñas cantidades, en forma de partículas de polvo arrastradas por el viento, o como núcleos de con· densación de la precipitación. La figura 24.15 muestra cómo algur.,ios importantes ma· cronutrientes se mueven en los ciclos sedimentarios. Dentro del gran compartimiento que representa a la litas· fera, hallamos compartimientos menores que representan el substrato del suelo y el suelo en sí mismo. En el suelo, los nutrientes están retenidos como iones sobre las su· perficies de los coloides del suelo y están rápidamente disponibles por las plantas (lo cual ya fue explicado en el capítulo 22). Los elementos nutritivos también están retenidos en enormes depósitos pasivos, incluido el agua de mar (no aprovechable por parte de los organismos terrestres) , sedimentos sobre los fondos marinos, y enormes acumu· laciones de roca sedimentaria situada por debajo de tie· rras y océanos. Finalmente, los elementos retenidos en

435

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4•

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(animales)

± Depóstto ---- en coloides del suelo

FIGURA 24.1 '5.

Diagrama del flujo del ciclo sedimentario de la materia dentro y fuera de la biosfera y dentro del reino inorgánico de la litosfera, hidrosfera y atmósfera.

los depósitos geológicos son liberados al su.elo mediante la meteorización. Las partículas del suelo son arrastradas e introducidas en Ja atmósfera por Jos vientos y caen a tierra o son arrastrados hacia ella por el agua de precipita· ción. El cloro y el azufre se indican como si estuvieran pasando del océano a Ja atmósfera y entrando en el suelo por los mismos mecanismos de sedimentación y lavado. El mundo orgánico, o biosfera, está representado por tres compartimientos: productores, consumidores y trans­ formadores. Un considerable reciclaje de elementos su­ cede entre los organismos de cada una de las clases y el suelo. Los elementos utilizados en la biosfera, sin embar­ go, escapan continuamente al mar en forma de iones disueltos en las corrientes superficiales y en el flujo del agua de saturación. APORTE ENERGÉTICO EN LOS C U LTIVOS

Ecosistemas agrícolas Los principios de uso y flujo de energía de los ecosiste· mas naturales se pueden aplicar de nuevo en los ecosiste­ mas agrícolas. Sin embargo, existen importantes diferen­ cias entre los ecosistemas naturales y aquellos que tienen un fin agrícola. La primera gran diferencia es Ja depen· dencia de estos últimos sobre los aportes de energía que son, en último término, derivados de Jos combustibles fósiles. El más claro de estos aportes es aquel que circula en la maquinaria en el momento de plantar, arar o reco­ lectar, Otra es la aplicación de fertilizantes y pesticidas que han necesitado de grandes desembolsos de combus­ tible para extraer, sintetizar y transportarlos a un lugar determinado. Los combustibles fósiles también impulsan APORTES NATURALES

Combustibles fósiles

Maquinaria

Producto alimentario Recolección

Ll

•'------�> � Almacenaje

Semillas

FIGURA 24.16.

Esquema de los aportes en energía de los cultivos en diferentes estadios del sistema de producción agrícola (Según G . H . Heichel, 1976, Agricultura! production and Energy resources . American Scientist, vol. 64, p. 65.)

Agua Productos químicos agrícolas

Adquisición de aportes

Producción del campo

Flujos de energía y ciclos de materia en la bíosfera

indirectamente tales actividades, como la reproducción de plantas que poseen una alta productividad y son resis­ tentes a las enfermedades, y al desarrollo de nuevos productos químicos para combatir las plagas de insectos. El combustible también. es utilizado para transportar las producciones a distantes fuentes de consumo, de este modo, se permite que en extensas áreas con climas y suelos similares, sean utilizados los mismos cultivos. En éstas y otras formas las elevadas producciones obtenidas actualmente sólo son posibles a partir de un elevado costo energético derivado de los combustibles fósiles. Un esquemático diagrama de flujos, figura 24. 16, mues­ tra cómo el aporte de combustible (energía) entra tanto en la adquisición de estos aportes como en los trabajos de adecuación sobre las granjas, a fin de hacer crecer y poder recoger los cultivos. La energía solar en la fotosín­ tesis, es naturalmente, un aporte "libre". Pero para ser repartido entre los hombres o animales que lo consumen, el alimento bruto o producto alimentario de este sistema de flujos, requiere el gasto de la energía procedente de los combustibles fósiles. Los ecosistemas agrícolas, a diferencia de los naturales, poseen una estructura y una función muy sencilla. A menudo están compuestos por un tipo genético de una sola especie. Tales ecosistemas son excesivamente sensi­ bles a los ataques de una o dos especies de insectos que pueden, si están bien adaptados, multiplicarse rápida­ mente hasta sacar partido de una abundante fuente de alimentación. De este modo, se necesitan pesticidas constantemente para así reducir la población de insectos. Las malas hierbas también constituyen un problema', pues adaptadas como están a un rápido crecimiento sobre suelos perturbados en medios soleados, ello puede con­ cluir en una desviación de gran parte de la productividad de un cultivo hacia formas indeseables. Los herbicidas son, en este caso, la solución más inmediata a este pro­ blema. En los ecosistemas naturales, los elementos nutritivos se devuelven al suelo después de la muerte de las plantas que los concentran. En los ecosistemas agrícolas, estos reciclajes son generalmente interrumpidos por la reco­ lección del cultivo para su consumo, en algún lugar lejano a él. La continua eliminación de los nutrientes en la biomasa de los cultivos introduce una nueva trayecto­ ria en el ciclo de los nutrientes. A fin de poder mantener la fertilidad del suelo, se necesita introducir un nuevo curso -desde el fertilizante de la planta a la tierra de cultivo-. Ocuparse del funcionamiento de este nuevo subciclo de los nutrientes, requiere un consfoderable aporte de energía procedente de los combusdbles fó­ siles.

Productividad y eficacia de los ecosistemas agrícolas Los aportes energéticos que el hombre añade a los eco­ sistemas manipulados en forma de productos químicos agrícolas y abonos, así como aquellos en forma de trabajo de la maquinaria agrícola, han actuado a fin de estimular enormemente la productividad neta primaria de la tierra. La tabla 24.3 nos ofrece ejemplos de cómo las produccio­ nes agrícolas han respondido a estos aportes (las unida­ des utilizadas en esta tabla son los equivalentes energéti­ cos de la biomasa). La tabla muestra que el hombre ha actuado para aumentar la productividad neta primaria de Productividad y eficacia de los ecosistemas agrícolas

Tabla .24.3.

'f

Prod11ctil 'idad y i: icacia de IO.\ c 11lti1 ·os con o sin ay11da energética derit •ada de los co mh11stibles fósiles

lijicacia de la Productividad neta una productividad vez recolectados primaria (Kcal/m2/día) (porcentaje)

Cultivo Sin aporte energético de combustibles fósiles: Grano, África 1936

0,72

0,02

1,28

0,03

5 10

0,12 0,25

Todas las granjas de EE. U U . , 1880 Con aporte energético de los combustibles fósiles: Grano, promedio para Norteamérica, 1960 Arroz, EE. U U . , 1964

Fuente: Datos procedentes de diferentes fuentes, recogidas en H.T. Odum, 197 1 , Environment, power and society, Wiley· lnterscience, New York, p. 116, tabla 4 . 1 .

los ecosistemas agrícolas más de cinco veces mediante el empleo de la energía contenida en los combustibles fó­ siles. Como los Estados Unidos, junto con otras muchas na­ ciones, entran en un período de aprensión ante la sufi­ ciencia futura de las fuentes de energía a fin de poder abastecer crecientes demandas, nosotros hemos evaluado el nivel de eficacia de nuestro sistema agrícola en la distribución de energía en los alimentos, como respuesta a la energía que gastamos en su producción. El total de energía consumida en los Estados Unidos en 1974 se 2 estimó en 18.900 x 101 Kcal/año. La tabla 24.4, nos ofre­ ce un fracaso en las proporciones del total de energía consumida por la agricultura de este país. El uso total de

Tabla 24-4 .

1:"11 ergía co11s11 m ic/a /JOr la agriui/1 1 1 ra en los l:"stados / /n idos

112 Kcal

Porcentaje sobre el total de presup�sto energético de los EE. UU.

189 3

1,0 0,02

63 9

0,3 0,05

Producción de las granjas Cultivo Petróleo Electricidad Ganadería Petróleo Electricidad Adquisición de aportes Fertilizantes Petróleo

Piensos y aditivos

Aceite animal y marino

Maquinaria de la granja Pesticidas

140 49 25 9 8 3

Total

498

0,7

¡

0,5

2,6

1974, presentado por G . H . 1976, American Scientist, vol. 64, p . 64.

Fuente: Economic Research Service, Heichel

437

6

1

Sorgo

�

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• Maíz ensilado

5

u

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1

• Maíz en grano

4

3

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Soja

• • Avena

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Caña de azúcar

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2

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Uva

•

rroz • Patata Cacahuete • Manzan • Remolacha

• Melocotón

o' o

6

4

2

• Pera Pomelo •

8

10

•

12

Limón

14

16

Tomate • Judías verdes Apio • • Lechu ga, Bréc ol • melón Coliflor

18

20

1 22

24

26

28

•

30

� 400

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Alfalfa

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e 300 Q) -� E:" Q) e Q) � 200

o 100

1 • Soja

! Avena •

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• rrigo

•

Pollo , ternera, tocino

2

4

6

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Patata

Tomate '

� --"-"'.:j,_....JL..����������� Arroz �ías verdes � _ 10

12

14

16

18

20

22

26

Energía en los cultivos, en miles de megalocalorías/acre/año

energía agrícola cuyo valor fue de 498 x 101 2 Kcal/año, representó un 2,6 % del total de consumo energético de los EE.UU. Este uso de energía agrícola es aproximada· mente un 10 % de la cantidad gastada en combustible para transporte y un 14 % de la desembolsada para la calefacción en los edificios. La energía consumida en la agricultura está subdividi­ da en dos grandes categorías: 1) Petróleo y electricidad gastadas en la granja, y 2) energía representada por los materiales gastados y el equipamiento utilizado en las granjas. El petróleo consumido como combustible en la granja contabiliza el 51 % del total de los gastos agrícolas (el consumo de petróleo que está incluido en la "adqui· sición de aportes" [inputs] representa el combustible consumido en la manufactura de aquellos inputs natura· les). Los fertilizantes contabilizan un 28 % del total de la energía agrícola utilizada, mientras que los pesticidas empleados representan una pequeña proporción, 0,6 %. Excluyendo la energía solar de fotosíntesis, la energía gastada en la producción de alimentos brutos o cultivos alimenticios es definida como energía de cultivo. Exami· nemos la necesidad de aporte de energía de cultivo para • N. del T: acre: medida inglesa equivalente a 40 áreas y 47 centiáreas.

438

24

28

_J

30

FIGURA 24. 1 7 . (gráfica superior) Energía en los cultivos utilizada para producir ciertos cultivos en relación con la producción de energía de los alimentos. (gráfica inferior) Proteínas producidas en relación con la energía en los cultivos para diferentes tipos de productos agrícofas. (Según G.H. Heichel, 1 976, Agricultural production and energy resources. American Scientist, Vol. 64, p. 66.)

producir diferentes alimentos y productos. La gráfica de la figura 24 .17 muestra la relativa eficacia de la produc­ ción de alimentos de 24 cultivos. La escala horizontal muestra la energía gastada en términos de miles de mega· calorías por acre• y por año (mcal/acre/año). La escala vertical muestra la proporción de energía del alimento producido por aporte de energía de cultivo; a mayor proporción mayor eficacia (y menos requerimiento de "inputs" en los cultivos). Obsérvese que los campos de cultivos tales como el sorgo, el maíz, que son utiliza· dos en su mayor parte como pienso animal,; poseen los mayores niveles de eficacia, mientras que los alimentos consumidos directamente por los hombres tienen una baja eficacia relativa. Los cultivos de huerta requieren grandes aportes de energía de cultivo por unidad de superficie de terreno y también poseen una baja eficacia. La gráfica inferior de la figura 24.17 muestra sobre el eje vertical las proteínas obtenidas por unidad de energía de cultivo. La alfalfa y la soja tienen una elevada propor­ ción en esta escala (las proteínas de la soja una vez procesada están presentes en diferentes formas en la dieta humana como substituto de la carne). Obsérvese que la avena, el trigo y el maíz tienen valores proteínicos intermedios mientras que el arroz se sitúa en unos valo· Flujos de energía y ciclos de materia en la biosfera

res bajos (la deficiencia en proteínas constituye un serio problema para la salud, en los pueblos que subsisten básicamente de este producto). Una pequefia área de la gráfica, en la parte inferior izquierda, está rotulada con las palabras "pollo, vaca, tocino". Esta inserción nos sirve para demostrar que las proteínas obtenidas a partir de la carne tienen una eficacia energética de tan sólo 1/10 mayor que l a soja. En efecto, l a energía disponible a partir de la carne comestible representa tan sólo cerca del 10 % de la energía gastada en la alimentación animal, un hecho ya destacado en nuestra exposición del flujo energético en la cadena trófica. Los datos nos indican, de este modo, que nuestro siste­ ma de producción alimentaria no es eficiente en térmi-

Productividad y eficacia de los ecosistemas agrícolas

nos de energía de cultivo gastada para la provisión de alimentación humana. La parte más codiciada de la dieta americana (carne y hortalizas) es extremadamente des­ pilfarradora de energía de los cultivos, si la comparamos con dietas, por ejemplo, basadas principalmente en gra­ nos (pan, cereales del desayuno) y productos derivados de la soja. En nuestra exposición de los ecosistemas agrícolas he­ mos recalcado su naturaleza en general, y sus diferencias con los ecosistemas naturales. Daremos una exposición más completa de los ecosistemas naturales en los capítu­ los 25 y 26, en los que recalcaremos la diversidad en cuanto a la estructura de los productores primarios, se­ i;(ún unas condiciones climáticas y según los suelos.

439

CAPÍTULO

25

Conceptos de biogeogra.fía

Un gran campo de estudio dentro de la geografía física lo constituye la biogeografía, o el estudio de los modelos de distribución de plantas y animales sobre la superficie terrestre, y el proceso que los configura. A lo largo de dos capítulos nos dedicaremos al campo de la biogeografía. Este capítulo tratará los procesos que diferencian los diversos ecosistemas del mundo en diferentes asociacio­ nes vegetales y animales; el próximo capítulo versará sobre los modelos de distribución espacial y las caracte­ rísticas de los tipos singulares de vegetación del planeta. No solamente constituye la vegetación un elemento fun­ damental del paisaje biótico, sino que también es el más importante ecológicamente, puesto que las plantas representan la producción primaria sobre la cual depen­ den los animales. En la consideración de cómo los diversos factores del medio físico influyen sobre las plantas y los animales, podemos tratar con dos escalas. Una es la escala global, que considera tales factores climáticos como los modelos estacional y latitudinal de insolación, luminosidad y os­ curidad, temperatura, precipitación y vientos ¡xedomi­ nantes. La otra escala de consideración la constituyen las variaciones del medio físico en un área relativamente pequefia. De este modo en el interior de una región húmeda, unas pocas y reducidas áreas (tales como una duna o un acantilado) podrán presentar una extrema sequedad. También, por el contrario, en un dilatado de­ sierto podremos hallar (en aquellos lugares donde rezu­ ma el agua, oasis) lugares que son extremadamente hú­ medos. Las temperaturas del aire y la disponibilidad de agua en el suelo son los factores más importantes y que diri­ gen un tipo de distribución de plantas y animales, tanto a escala global como local. Este capítulo comenzará exami­ nando cómo las plantas y animales responden a los facto­ res de variación climática con la temperatura y la disponi­ bilidad de agua." El papel biológico del agua

El agua es probablemente el más importante de todos los factores que determinan las normas de distribución glo-

440

bal de la flora y la fauna. El agua es importante puesto que a lo largo de la evolución, las plantas y los animales se han ido especializando o adaptando, a los excesos, o a las deficiencias, en cuanto a la disponibilidad de agua. La presencia de agua y su disponibil ''iad para los orga­ nismos terrestres en un punto cualquiera del tiempo y del espacio, está determinado por el balance entre la precipitación, evaporación, escorrentía e infiltración. Este balance está a su vez afectado por otros organismos -principalmente la cobertura vegetal-. Mediante la trans­ piración, las plantas devuelven parte del agua del suelo a la atmósfera. Por obstrucción en el flujo superficial e incrementando la porosidad en el suelo, reducen la capa­ cidad de arrollada e incrementan la infiltración. Aunque estos movimientos son de vital importancia desde el pun­ to de vista de la vida orgánica, sus efectos son pequefios comparados con aquellos procesos físicos que controlan los hechos más importantes del ciclo del agua. De este modo, los principales modelos de distribución del agua, entre un lugar y otro, está configurado, en último térmi­ no, por la dinámica conjunta de la atmósfera y los océa­ nos. Debido a que una gran proporción de la superficie terrestre se halla situada en áreas donde existen deficien­ cias hídricas, al menos durante una parte del afio, nuestra exposición recalcará los diferentes modos de adaptación de plantas y animales a las condiciones de sequedad. Organismos y necesidades de agua

Los ecólogos y biogeógrafos clasifican, a menudo, las plantas de acuerdo con sus requerimientos hídricos. Los términos asociados con este factor están construidos so­ bre tres prefijos de raíz griega: xero-, "seco"; bigro-, "húmedo"; y meso-, "intermedio". De este modo, las plantas que crecen en lugares secos serán xerófitas, aque­ llas que crecen en hábitats húmedos serán bigrófitas, y aquellas que viven en hábitats con un grado intermedio de humedad y uniformidad relativa de la disponibilidad de agua en el suelo, serán mesó/itas. Las xerófitas son extremadamente tolerantes con la sequía y pueden sÓbrevivir en hábitats que se sequen rápidamente, siguiendo a un drenaje de la precipitación

Conceptos de biogeograjfa

80

���

,.-�

Zonas

N

80 N

Ártico

70 ó6�

70 66�

Círculo Polar Artlco

60

60

Subártlco

50

50 Latitudes medias

40

40

Subtroplcal

30 23� 20

30 - --

Trópico de

-

Cáncer

23� 20

Tropical

10 o

10 ------- ------ o

---Ecuatorial-------

10 Tropical Trópico de Capricornio

20 23� 30

20 23� 30

Subtropical

40

40 Latitudes medias

50

50

s

s

60 .__�����-1 60 Bioma forestal Pluvlisilva de bajas latitudes

D

D

Bosques esclerófllos

Bloma de sabana Vegetación "raingreen" tropical: sabana arbolada y praderas (Incluye el bosque monzónico)

Bosques perennes de hoja ancha

D

Bosques caducifolios de latitudes medias

Bioma de pradera

Bosques aciculifolios fríos

Pradera baja (estepa)

-

Bloma desértico

D ..._ _ __,

Semldeslerto arbustivo y de bosque espinoso Desierto arbustivo y desierto

Bioma de tundra Tundra

Pradera alta

Esquema de los tipos de formaciones vegetales sobre un continente ideal.

Vegetact6n

Lámina M.1

REGIONES DE VEGETACIÓN NATURAL DEL MUNDO Basado sobre Jos mapas de S.R. Eyre, CLAVE PARA EL MAPA DE COLORES:

D D D D D

Pluvllsilva de bajas latitudes Fe, Fmt

1968.

•

Bosques perennlfolios subtropicales Fbe, Fsp Bosques caducifolios de latitudes medias Fd Bosques costeros Fe

Bosques aciculifollos fríos Fbo, Fbd, Fbl, FI

Vegetación escleróflla Fsm, Fss, Fsa, Ssa

Vegetación tropical .. ralngreen" Fmo, Sw, Stg

Pradera alta Gp

Pradera baja (estepa) Gs

D D o�

Semldeslerto Dtw, Dtg, Dsd

Desierto arbustivo y desierto Dss, Dsp, D

D

undra

Tundra alpina con bosque boreal Ta

500

-

•

20º

40º

BIOMA FORESTAL

FI

Bosques de los Grandes Lagos (bosque, en su mayor parte, aciculifolio de los Grandes Lagos, reglón de Norteamérica)

Bosques de zonas ecuatoriales, tropicales y subtropicales

Fsp

Bosque meridional de pinos (Sudeste de los Estados Unidos)

Fe

Pluvllsllva ecuatorial y tropical (selva, bosque perennlfollo de hoja ancha)

Fbd

Bosque mixto caduclfollo y boreal

Fmt

Bosque de montana (se pueden incluir coníferas)

Fbo

Bosque boreal (bosque ampliamente dominado por aciculifolios peren· nes)

Fbl

Bosque boreal dominado por el alerce caducifolio

Bosque monzónlco (ralngreen) (bosque caducifolio tropical)

Fbe

Bosque perennllollo subtroplcal de hoja ancha (bosque laurlfollo; puede Incluir bosques mixtos de aclcullfollos y hoja ancha)

Zonas forestales de latitudes medias y subárticas Fd

Bosque caduclfollo de latitudes medias (verde durante el verano)

Fe

Bosque costero (bosque, en su mayor parte, perenne aclcullfollo, costa oeste de Norteamérica)

Lámina M.2

1500

Millas e Goode

n�t�o�d=e�G�e'-t"�ra�f=ía�+-��-+���t-��-+-��---1���-r-��-1-�-,;

r-:r:-Yl Casquete glaciar �

Fmo

1000

Proyec ón Homolosenoidal de Goode, mapa base Copyright por la University of Chicago. cc ' r on permiso d e lDepartame n·�io � ' d=u = ���>--��-+-��-+��R=e�rP'= -+�� �-1º 20º 60' 40

(Laríx dahurica)

Bosques esclerófilos de las zonas de latitudes medias y subtropicales Fsm

Bosque mixto perennlfolio mediterráneo

Fss

Arbusto esclerófilo (bosque enano, chaparral; puede ser una transición hacia el bloma desértico)

Fsa

Bosque esclerófllo australiano

120º

BIOMA DE SABANA Sw

Sabana arbolada (sabana de árboles de hoja ancha)

Stg

Sabana de árboles espinosos y de hierba alta

Ssa

Sabana australiana de árboles esclerófllos

Vegetación natural del mundo

160º Dsd

Matorral y arbolado semldesértlco

Dss

Matorral semldesértlco

Dsp

Desierto alternando con cojines de vegetación espinosa

BIOMA DE PRADERA

D

Desierto

Gp

Pradera alta

BIOMA DE TUNDRA

Gs

Pradera baja (estepa)

BIOMA DESÉRTICO

(Eucalyptus)

140º

T Ta

Tundra ártica Tundra alpina

Fuente de datos:

Dtw

Bosque y arbolado espinoso (puede ser una transición hacia el bosque)

Copyright

1968

tt

S.R. Eyre Vege a ion and Soils; a world picture 2.• ed. Aldine Pubhshing Company, S.R. Eyre. Cer Apéndice 1, Mapas 1 a 10. El mapa de límites y de clases ha sido S.R. Eyre. Edward Arnold (publishers) Ltd.

por

modificado y simplificado por los autores bajo permiso de

Dtg

Sabana de gramíneas y desierto espinoso

Vegetación natural del mundo

and The Aldine Publishing Company.

Lámina M.2

Esta planta aérea o epífita es una bromeácea, la cual se ha desarrollado sobre la ran1a de un árbol. Parque Nacional Everglades, Florida. (Arthur N. Strahler.)

Esta higuera estranguladora ha rodeado el tronco de esta encina. Parque Nacional de Everglades, Florida. (Arthur N. Strahler.)

Pluviisilva de las llanuras occidentales del Amazonas, al noroeste de tquitos, Perú. Desde esta barcaza se está taladrando un pozo de exploración. Se encuentran a

3.700

km más arriba del río Amazonas,

en su afluente tributario el río Cuinico. (Phillips Petroleum Cornpany.)

Bosque costero de 1nanglar creciendo entre aguas turbulentas. Parque Nacional de Everglades, Florida (Arthur N. Strahler.)

Arboleda costera de cocoteros, City of Refuge, Costa de Cona, Isla de Hawaii. (Arthur N. Strllhler.)

Lámina M.3

Bioma forestal

Bosque mixto de aciculifolios y caducifolios de latitudes medias representado por este bosque de hayas y cicutas situadas en el Parque Nacional de Great Smoky Mountains, en Tennessee. Un rayo ha destrozado el árbol de la izquierda de la fotografía (Donaldson Koons.)

Bosque perennifolio de hoja ancha de la región de la costa del Golfo. En ella se representa el roble Evangeline repleto de "musgo"español. El terreno por debajo del arbolado está mantenido como césped. Evangeline State Park, en Bayou Teche, Louisiana. (Arthur N. Strahler.) (Más a la izquierda). Bosque abierto de aciculifolios formado por pino amarillo occidental. (Pinus ponderosa). Bosque Nacional Kaibab, Arizona. (Arthur N. Strahler.)

( lzquiercl:i) Bosque aciculifolio costero representado por este arbolado de secuoias rojas (Sequoia sempervirens) en el Parque Estatal Humbolt Redwood. (Alan H. Strahler.)

Bosque boreal aciculifolio formado en su n1ayor parte por alerces rojos y negros, al sur de Ontario (Alan H. Strahler.)

Biomaforestal de latitiuks medias

Arbolado con liquen, una fo�ma de bosque boreal abierto, compuesto de pequeños matorrales y una alfombra de líquenes ( Cladonia). Este lugar está próximo al Ft. McKenzie, a una lat. 57° N. en Quebec septentrional. (R.N. Drummond.)

Lámina M.4

Sabana de "sawgrass"con dispersión de pinos, durante la estación seca (invierno). Parque Nacional de Everglades, Florida. Las matas de bosque tropical (izquierda) son conocidas como "hammoks". (Arthur N. Strahler.)

Sabana arbolada de las llanuras de Serengell, Tanzania, África Oriental. Las acacias con sus aplanadas coronas permanecen verdes, mientras que las bastas hierbas han adquirido un color dorado durante esta seca y fresca estación. (H. Barad/Photo Researchers Inc.)

Vista muy ceñida a la superficie de pradera alta virgen preservada en Pradera Kalsow, Monumento Estatal Botánico, Iowa. Junto a las largas hojas de las gramíneas podemos observar forbias en flor. (Gene Ramsay.)

Ganado bovino y equino en las praderas esteparias del sudoeste de Dakota del Sur. El suelo por debajo de la capa de hierbas es un Ustoll. (Orden de los Mollisoles). (Arthur N. Strahler.)

Chaparral, o bosque enano esclerófilo de arbustos en las montañas de San Gabriel, sur de California. (Arthur N. Strahler.) Vista en primer plano del chaparral mostrado en la fotografía de la izquierda. El pluviómetro, colocado en posición inclinada, está situado en un claro de vegetación. Bosque experimental de San Dimas. (Arthur N. Strahler.)

Lámina M.5

Biomas de sabana y de pradera

Semidesierto de artemisa junto a la base de los acantilados de White Cliffs al sur de Utah. El clásico automóvil es un Franklin refrigerado por aire, un modelo de 1934. (Donald L. Babenroth.)

Paisaje desértico próximo a Fénix, Arizona. Los vegetales altos y con forma columnar son cactus saguaro; las delicadas plantas con forma de varillas son ocotillos. Pequeñas matas de chumberos están situados entre los anteriores grupos de ocotillos. (Atan H. Strahler.)

Manadas de caribús pastando en la tundra, sobre hierbas de algodón, al norte de Alaska. (William R. Farrand.)

Estas chumberas (Opuntia) crecen sobre el desierto rocoso del Cañón Havasu, un tributario del Gran Cañón. (Donald L. Babenroth.)

Tundra alpina cerca de las zonas somitales de Snowny Range, en Wyoming. En primer plano observamos un amplio circo con un pequeño ibón. Al fondo, la gran muralla de la cabecera del circo formado por cuarcita, con grandes conos de derrubios a lo largo de su base. (Arthur N. Strahler.)

Biomas de desierto y de tundra

Lámina M.6

(por ejemplo, sobre dunas de arena, playas y barras roco­ sas superficiales). Las plantas típicas de los climas secos serán también xerófitas; los cactus (Lámina M.6) constitu­ yen un claro ejemplo. Las higrófitas son tolerantes con una excesiva presencia de agua y se pueden hallar en corrientes poco profundas, lagos, marismas, ciénagas y terrenos pantanosos (figura 25.1). Las mesófitas se en­ cuentran en hábitats elevados, en regiones de abundante precipitación. En estas zonas, existe un buen drenaje del agua del suelo y la humedad penetra profundamente, la cual será más tarde utilizada por las plantas. La pérdida de agua a través de los tejidos vegetales sucede con el proceso de la transpiración expuesto en el capítulo 10. La proporción con que se lleva a cabo, de­ pende enormemente de acuerdo con el tipo de planta y las condiciones atmosféricas predominantes. Las altas temperaturas, mm baja humedad y la presencia de vientos son factores que favorecen unas elevadas proporciones de transpiración. La estructura de las plantas, particular­ mente de las hojas, determina las pérdidas hídricas. Los vegetales que poseen una elevada superficie total foliar, compuesta de hojas anchas y delgadas, acusan más eleva­ das pérdidas que aquellas que son aciculadas, o espino­ sas, o bien, hojas pequefías y gruesas. Bajo condiciones de menguados suministros de agua, pero con elevadas cotas de evaporación, solamente aquellas plantas que disminuyan sus pérdidas de transpiración por la especial estructura de sus hojas o por su pequefío tamafío, podrán sobrevivir. La adaptación de las estructuras vegetales a un presu­ puesto hídrico del suelo con grandes déficit de' agua, resulta de un gran interés para el biogeógrafo. La transpi­ ración sucede a partir de unos poros foliares especializa­ dos llamados estomas que no son más que aberturas en la capa exterior de células y a través, también, de la cutícu­ la, la capa protectora externa de la hoja. Rodeando a la abertura del estoma, tenemos unas células oclusivas que pueden abrir o cerrar los poros y así regular el flujo de vapor de agua y otros gases (figura 25.2). Aunque la mayor parte de la transpiración se realiza a través de los estomas, algo de agua puede traspasar la cutícula. Esta última forma de pérdida de agua se puede reducir en algunas plantas mediante el engrose de las capas extério­ res celulares, o bien depositando cera o materiales simi­ lares sobre, o en lugares próximos, a la superficie foliar. De este modo, las plantas desérticas han engrosado la cutícula o recubierto de cera sus hojas, tallos y ramas. Otros medios para reducir la transpiración consisten en el desarrollo de estomas profundamente hundidos en la superficie foliar, a fin de retardar la difusión hacia el exterior de vapor de agua en el aire seco y la restricción de la localización del estoma en el envés de las hojas. Una planta puede también adaptarse al medio desértico reduciendo enormemente su superficie foliar, o bien no disponiendo de hojas. De este modo, las hojas aciculadas y las espinas representan hojas con una enorme reduc­ ción de las pérdidas por transpiración. En los cactus no existen hojas, y la transpiración se limita a los tallos más carnosos y jóvenes. Afíadido al desarrollo de una estructura foliar que re­ duce las pérdidas de agua por transpiración, las plantas en un medio con escasez de agua mejoran sus métodos de obtención de líquido y su almacenamiento. Las raíces se vuelven extraordinariamente extensas hasta alcanzar la humedad del suelo a enormes profundidades. En los casos que las raíces alcancen el nivel freático, el suminis-

Organismos y necesidades de agua

FIGURA 2 5 .L Vegetación pantanosa en Emmet Counry, Michigan. Al borde del lago se pueden observar matas de vegetación palustre; al fondo, un bosque de abetos. (Pierre Dansereau.)

tro de agua se verá asegurado. Las plantas que extraen el agua de tales fuentes se las conoce como freatófitas y pueden encontrarse a lo largo de los canales secos y en los fondos de los valles aluviales en las regiones desérti­ cas. Otras plantas de estas regiones poseen un sistema radicular extenso y poco profundo, permitiendo absorber la máxima cantidad de agua procedente de los esporádi­ cos chaparrones que saturan solamente la capa superfi­ cial del suelo. Los tallos de las plantas desérticas suelen estar bastante engrosados por tejidos esponjosos en los cuales el agua puede ser almacenada. Las plantas que emplean este tipo de adaptación son denominadas sucu­ lentas. Una adaptación bastante diferente a la extremada aridez se contempla en muchas especies de pequefías plantas desérticas, que consiste en tener un ciclo de

Cutícu a FIGURA 25.2. Estructura celular de la hoja. (Según W.W. Robbins y T.H. Weier, Botany. Copyright 1950 por John Wiley & Sons. Reimpreso con permiso de John Wiley and Sons, !ne.)

441

germinación, foliación, floración, frutación muy cortos e inmediatamente dispersan sus simientes con la llegada de los aguaceros de los desiertos. Debido a que aparecen tan brevemente, estas plantas son conocidas como efíme­ ras anuales. Ciertos climas tales como el tropical seco y húmedo y los húmedos continentales poseen un ciclo anual en el que en una estación el agua no está disponible para las plantas debido a la escasez de precipitación, o debido a que el agua del suelo esté helada. Esta estación alterna con otra en la que el agua es abundante. Las plantas adaptadas a este tipo de regímenes se las denomina tro­ pófitas, que proviene de la raíz griega Tropbos que signi­ fica "cambio" o "vuelta". Las tropófitas resisten el impac­ to de la estación con deficiencias de agua perdiendo sus hojas y adquiriendo un estado latente o inactivo. Cuando los vegetales disponen de nuevo de agua, abren de nuevo sus hojas y crecen a un rápido ritmo. Los árboles y arbus­ tos que mudan estacionalmente sus hojas son plantas caducifolias, distinguiéndose así de las plantas perennes que mantienen la mayor parte de sus hojas en un estado verde a lo largo de todo el año. El clima mediterráneo posee un fuerte contraste esta­ cional de sequedad y humedad; los veranos son secos, y los inviernos son húmedos. Las plantas dentro de este clima adquieren rasgos de xerófitas y como característica poseen unas hojas duras, gruesas y coriáceas. Un ejemplo de ello lo constituye la encina, que retiene la mayor parte de sus hojas a lo largo de la estación seca. Este tipo de árboles de hoja perenne y endurecida, y de arbustos que son leñosos y son conocidos como esclerófilas. El prefijo sclerproviene de la palabra griega "duro". Las plantas que retienen sus hojas durante la estación seca, o la fría, po­ seen la ventaja de serles posible el poder continuar la fotosíntesis inmediatamente cuando las condiciones son favorables al crecimiento, mientras que los vegetales cadu­ cifolios deben hacer crecer Uf\a nueva serie de hojas. Para hacer frente a la escasez de agua los animales xéricos, aquellos que están adaptados a condiciones de sequía, han desarrollado unas defensas que son bastante semejantes a las utilizadas por las plantas. Muchos de los invertebrados exhiben el mismo comportamiento que las efímeras anuaies -evadiendo el período seco adoptando un estado latente. Cuando la lluvia cae, surgen de nuevo y aprovechan la vegetación efímera que surge. Por ejem­ plo, ciertas especies de pájaros regulan su conducta de modo que anídan solamente durante la época de lluvias, es decir, el tiempo que existe una mayor abundancia de comida para su descendencia. La pequeña salmuera ena­ na, que vive en el Great Bassin puede esperar varios años en estado de inactividad hasta que los lechos de los lagos, normalmente secos, se llenen de agua de nuevo; un fenómeno que ocurre, quizás, tres o cuatro veces a lo largo del siglo. La salmuera, entonces, emerge de nuevo y completa su ciclo vital antes de que el agua del lago se evapore completamente, de nuevo. Los mamíferos están por naturaleza mal adaptados a los medios desérticos, pero algunos sobreviven en él gracias a la utilización de mecanismos que les preservan de las pérdidas de agua. Al igual que las plantas reducen la transpiración para · conservar el agua, muchos mamíferos no sudan o transpiran a través de las glándulas de la piel; cuentan, en cambio, con otros medios para refrescarse. Muchos de estos mamíferos conservan el agua realizando unas excreciones altamente concentradas de orina y he­ ces relativamente secas. Los mamíferos del desierto eva-

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den el calor pasando las mañanas en frescas madrigueras en el interior del suelo y las noches las reservan para la búsqueda de comida. Organismos y temperaturas

Las temperaturas del aire y del suelo, otro de los factores climáticos de gran importancia ecológica, actúan directa­ mente sobre los organismos a través de su influencia sobre los ritmos en los que se llevan a cabo lo procesos biológicos. Para las plantas podemos decir que cada es­ pecie tiene un óptimo térmico, asociado con cada una de sus funciones, tales como la fotosíntesis, floración, el momento de la frutación, o el de germinación de las simientes. Existen algunas condiciones de óptimo anual de temperatura para su crecimiento en cuanto a tamaño y número de individuos vegetales. Hay también temperatu­ ras superiores e inferiores limitantes para las funciones individuales de las plantas y para su supervivencia total. Las temperaturas actúan, también, como un factor indi­ recto. Las elevadas temperaturas del aire incrementan la capacidad de almacenar vapor de agua en él e induce a una mayor transpiración así como elevadas proporciones de evaporación directa del agua del suelo. En general, en el clima más frío existen pocas especies capaces de sobrevivir; un gran número de especies tropi­ ·cales no pueden vivir con temperaturas inferiores al pun­ to de congelación. En los fl1edios con frío riguroso del ártico o de las altas montañas, de elevadas latitudes y altitudes, solamente unas pocas especies podrían sobrevi­ vir. Este principio explica porqué un bosque en la zona ecuatorial contiene un gran número de especies, mien­ tras que un bosque de la zona subártica puede estar dominado por tan sólo unas pocas. La tolerancia al frío está estrechamente relacionada con la capacidad de la planta para resistir la rotura física de sus estructuras pro­ ducida por el agua congelada. Si la planta no posee medios para depositar el exceso de agua de sus tejidos, la congelación de aquel agua damnificará los tejidos celu­ lares .. Los efectos de las variaciones de las temperaturas sol ce los animales está regulada por su fisiología y por su capacidad de buscar ambientes más abrigados. Muchos animales carecen de los mecanismos fisiológicos para regular su temperatura interna. Este tipo de animales son los reptiles, invertebrados, peces o anfibios, y son deno­ minados animales de sangre fría; sus temperaturas cor­ porales siguen pasivamente las del medio. Con pocas excepciones (los grandes peces, y algún tipo de insectos sociales) estos animales son activos solamente durante la época más cálida del año. Pueden sobrevivir al tiempo frío de Las latitudes medias adoptando un estado latente. Algunos vertebrados entran en ese estado denominado hibernación, por el cual los procesos metabólicos prácti­ camente se interrumpen y las temperaturas corporales siguen un paralelismo con la del medio que los circunda. Muchos animales hibernadores buscan, entonces, madri­ gueras, nidos u otros medios donde las temperaturas invernales no alcancen tales extremos o no fluctúen rápi­ damente. Puesto que en el suelo la oscilación térmica anual es muy amortiguada por debajo de Las capas supe­ riores, las madrigueras en este medio constituyen un buen lugar para la hibernación. Otros animales mantienen sus tejidos a temperaturas constantes por metabolismo interno. En este grupo se incluyen los pájaros y los mamíferos. Estos animales de

Conceptos de biogeografta

sangre caliente poseen una diversidad de adaptaciones para mantener una temperatura interna constante. Las pieles, el pelo y las plumas actúan como aislantes que aprisionan en espacios cerrados, aire en Jugares próximos a la superficie de la piel, de forma que reducen las pérdidas por calor hacia el aire o el agua exterior. Ade­ más, una gruesa capa de grasa les puede procurar un buen aislamiento. Existen otras adaptaciones para refres­ carse, por ejemplo, el sudor o el jadeo, que aprovechan el elevado calor latente de vaporización del agua para elimi­ nar calor. Las pérdidas de calor también se pueden conse­ guir exponiendo Jos vasos de circulación sanguínea a los medios más frescos. Las aletas de las focas y las patas de los pájaros desempeñan tal función.

Otros factores climáticos

La luminosidad es también un factor importante en la forma de distribución local de las plantas. La cantidad de luz de Ja planta dependerá en gran medida de su posi­ ción. La copa de Jos árboles, en Ja parte superior del bosque, es el lugar donde se recibe más cantidad de luz, pero en consecuencia, reduce enormemente la cantidad disponible para otras plantas. En los casos más extremos, Jos árboles del bosque cortan totalmente el suministro de luz, de forma que el suelo forestal está casi libre de arbustos y plantas pequeñas. En ciertos bosques caduci­ folios de latitudes medias, el período inicial de primave­ ra, antes de que Jos árboles se pueblen de hojas, .corres­ ponde a un tiempo con elevada luminosidad en el nivel terrestre, permitiendo a las pequeñas plantas adquirir un

FIGURA 25. 3 .

Árboles deformados por los efectos de vientos fríos

rápido ciclo de crecimiento. A medida que se aproxima el verano, estas plantas irán desapareciendo pues poco a poco se va completando la cobert.ura foliar. Otras plantas dentro del mismo hábitat, sin embargo, necesitan de sombra, por lo que no aparecen hasta ya avanzado el ve­ rano. De forma general, el factor de disponibilidad de luz para el crecimiento de las plantas varía con la latitud. La duración de luz diurna en verano se incrementa rápida­ mente con las elevadas latitudes, y alcanza su máximo en Jos círculos ártico y antártico, donde el sol permanece en el horizonte durante las 24 horas del día (ver figu­ ra 24.4). De esta forma aunque Ja estación de crecimiento de las plantas es muy corta en latitudes tan elevadas debido a la presencia de hielo, el ritmo de crecimiento de las plantas durante este corto verano libre de hielos, es enormemente acelerado por la prolongación de luz diurna. En latitudes medias, donde la vegetación es de tipo caducifolio, el ritmo anual de los períodos de incremento o decremento de Ja luz diurna determina Ja duración de los brotes, la floración, frutación, caída de las hojas y otras actividades de Ja vegetación. Por lo que se refiere a la importancia de la intensidad lumínica en sí misma, aun en Jos días más encapotados de nubes, hay suficiente luz como para permitir a las plantas el realizar su actividad fotosintética con Ja máxima proporción. La luz también influye en el comportamiento de Jos animales. El ciclo día-noche controla las formas de activi­ dad de muchos de ellos. Los pájaros son en general activos durante el día, mientras que los pequeños cazado­ res mamíferos, como las comadrejas, mofetas y ardillas,

y secos y nieve ventada.

Paisaje en el límite forestal en el Bosque Nacional de Arapaho, Colorado. (U.S. Forest Service.)

Otros factores climáticos

443

son más activos durante Ja noche. La luz también controla la actividad estacional a través del fotoperíodo, o dura­ ción del día, en las latitudes medias. A medida que los días de otoño se vuelven más cortos, las ardillas y otros roedores aprovisionan comida para la próxima estación de invierno. Más tarde, con el aumento del fotoperíodo se desencadenarán actividades como el apareamiento y la reproducción durante Ja primavera. Aunque estos ritmos de actividad son importantes para Jos ecólogos, tienen un menor interés para Jos biogeógrafos. El viento también es un importante factor medioam­ biental en Ja estructura de Ja vegetación en posiciones muy expuestas. Unidos al límite del bosque en la alta montaña y a lo largo del límite septentrional del creci­ miento de Jos árboles en Ja zona ártica, los árboles son deformados por el viento de tal modo que las ramas solamente se desarrollan en el lado de sotavento del tronco (configuración de bandera) . Algunos árboles pue­ den presentar sus troncos y ramas torcidos hasta formar un ángulo próximo a la horizontal, adoptando una confi­ guración a partir de la dirección predominante del viento (figura 25.3). Por otra parte, el efecto del viento es caus:i de una excesiva sequedad, dañando el lado expuesto del vegetal. El límite del arbolado en las vertientes montaño­ sas varía en altura con el grado de exposición de Ja ladera a Jos fuertes vientos predominantes, de forma que en las vertientes de sotavento y lugares protegidos este límite se dará a mayor altura. Fronteras bioclimáticas

Tomando separadamente o de forma conjunta cada uno de Jos factores climáticos de humedad, temperatura, lu­ minosidad y vientos, podemos actuar a fin de delimitar la distribución de las especies animales y vegetales. Los biogeógrafos reconocen que existe un nivel crítico de índole climática, más allá del cual las especies no pue­ den sobrevivir y ello se constituirá en frontera geográfica que marcará Jos límites de la distribución potencial de las especies. Tales límites a veces se conocen como fron­ tera bioclimática. Aunque ella está delimitada por un complejo de elementos climáticos, de vez en cuando es posible aislar uno de ellos relacionado con -el agua del suelo o temperatura, que coincide con él. La distribución del pino amarillo (Pinus ponderosa) en el oeste de Norteamérica puede servir de ejemplo (figura 25.4). En esta montañosa región, la precipitación anual varía acusadamente con la altura. La isoyeta de 50 cm de precipitación total anual engloba la mayor parte de las áreas elevadas y que además poseen pino amarillo. Es el paralelismo de la isoyeta con el límite forestal, más que el grado real de coincidencia, lo que resulta signifi­ cativo. El arce del azúcar (Acer saccharum) es un caso algo más complejo (figura 25.5). Aquí los límites norte, sur y oeste coinciden a grosso modo con valores determi­ nados de precipitación anual,.temperatura mínima media anual y media anual de precipitación sólida. Aunque Jos límites bioclimáticos deben existir para todas las especies, no necesariamente deben encontrarse la planta o animal en cuestión en su frontera. Muchos otros factores pueden actuar para mantener la extensión de las especies bajo control. Unas pueden estar limitadas por enfermedades o predadores que se encuentren en regiones adyacentes. En otro ejemplo, otras especies (en especial las especies vegetales) pueden migrar lentamen­ te y pueden estar invadiendo zonas externas al lugar que

444

FIGURA 2 5 . 4. Áreas ocupadas por el pino amarillo (Pinus ponderosa) al oeste de Norteamérica representadas con líneas continuas. El límite del área sombreada representa la isoyeta de 50 cm de precipitación anual. (Basado en Biogeograpby an Ecological Perspective, por Pierre Dansereau. Copyright 1 957. Publicado por Ronald Press Company, Nueva York.)

las engloba. O unas especies pueden depender de otras, de forma que están limitadas por la distribución de estas últimas. Los ecosistemas terrestres. Los biomas

Debido a que las plantas y animales se han ido adaptan­ do, a través de la evolución, a la variación de los medios, existen muchos y diferentes ecosistemas cada uno de ellos de acuerdo con las diversas oscilaciones de las condiciones medioambientales. Los ecosistemas se pue­ den subdividir en dos grandes grupos: acuáticos y terres· tres. Los ecosistemas acuáticos comprenden formas de vida de los medios marinos y los de agu� dulce, en los continentes. Los ecosistemas marinos incluyen el océano abierto, los estuarios costeros y arrecifes coralinos. Los ecosistemas de agua dulce incluyen los lagos, lagunas, corrientes, marismas y pantanos. Los ecosistemas terres­ tres comprenden la totalidad de plantas y animales terres· tres ampliamente distribuidos sobre la superficie de los continentes. Los ecosistemas están determinados en gran parte por el clima y el suelo, y de esta manera están estrechamente entrelazados dentro de la trama de la geo­ grafía física. Dentro de los ecosistemas terrestres la mayor subdivi· sión reconocible es el bioma. Aunque este concepto incluye la unión total de la vida animal y vegetal inter· actuando en la capa viva, las plantas verdes dominan el bioma físicamente debido a su enorme biomasa, si la comparamos con Ja de otros organismos. De este modo

C'mceptos de biogeografia

los biogeógrafos clasificarán los biomas por las caracterís­ ticas de la forma de vida de las plantas verdes que en él se encuentran. Los principales biomas, catalogados en orden de la disponibilidad de agua en el suelo y calor, son los si­ guientes: Bosque: Sabana: Pradera: Desierto: Tundra:

Grandes cantidades de agua en el suelo y de calor Transición entre el bosque y la pradera Moderada escasez de agua en el suelo; calor moderado Escasez extrema de agua en el suelo; adecuado calor Insuficiente calor

Los biogeógrafos subdividen los biomas en unidades más pequeñas llamadas formaciones vegetales basadas en la medida, configuración y estructura de las plantas. Por ejemplo, por lo menos cuatro y quizás hasta seis tipos de bosques son fácilmente reconocibles dentro del bioma bosque. Al menos dos tipos de praderas son rápidamente identificables. Los desiertos también tienen una amplia variedad en términos de abundancia y formas de vida de las plantas. La revisión de estos tipos de formaciones vegetales y sus singulares realidades y adaptaciones a las características climáticas y de los suelos será nuestra meta en el próximo capítulo.

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Comunidades y hábitats Aunque la distribución de los grandes biomas es depen­ diente del clima, hay una gran varied;id local en cuanto a la flora y la fauna. Las comunidades bióticas son asocia­ ciones de plantas y animales que son interdependientes y a menudo se encuentran juntas. El total de cobertura biótica de una región es en realidad un mosaico de pequeñas comunidades que se vuelven a reproducir en diferentes lugares sobre el paisaje (Lámina A.4, figura 5). Una i. nfluencia fundamental en la distribución de las diversas comunidades bióticas es el efecto de una variada morfología y unos tipos de suelo sobre la vegetación. La morfología terrestre se refiere a su configuración, tales como colinas, valles, cadenas montañosas o acantilados. La vegetación sobre superficies elevadas -terrenos relati­ vamente altos con suelos gruesos y con buen drenaje- es bastante diferente de la que se puede encontrar en el fondo de un valle adyacente, donde el agua se encuentra en zonas próxirpas a la superficie, durante la mayor parte del tiempo. La vegetación suele ser diferente de la de las cadenas montañosas y de sus bruscos acantilados, donde el agua se encauza rápidamente y el suelo es muy delga­ do o incluso ausente. Debido a que los animales en un área dependen de la vegetación por su producción pri­ maria, los componentes tanto vegetales como animales

FIGURA 2 5 .6. Hábitats dentro del bosque canadiense. (Modificado por Pierre Dansereau, 1951, Ecology, vol. 32.)

ComunidtUks y hábitats

FIGURA 2 5.5 . Límiies bioclimáticos del arce del azúcar (Acer saccharum) al este de Norteamérica. El área sombreada representa la distribución de esta especie. Línea 1 : 76 cm de precipitación anual. Línea 2: -40º C de temperatura media mínima anual. Línea 3: límite oriental anual entre los climas árido y húmedo. Línea 4: 25 cm de precipitación media sólid� anual. Línea 5: -10º C de temperatura media mínima anual. (Fuente: véase figura 25.4.)

de la comunidad biótica responderán de las diferencias habidas en el medio físico. Hábitat es la palabra empleada para referirnos a un tipo de medio físico que posee una característica comu­ nidad biótica. Por ejemplo, la figura 25.6 muestra seis hábitats diferentes dentro del bosque canadiense: zonas elevadas, pantanosas, depresión, cadenas montañosas, acantilados y dunas activas. En el momento de establecer cada una de las formaciones para ma�as generales, los biogeógrafos a menudo basan sus tipos en los hábitats de las superficies elevadas puesto que es en ellas donde prevalecen las condiciones medias del ambiente. El lugar donde cada hábitat se localiza y las dimensiones del área que ocupa dependen fundamentalmente de los factores del suelo y los geomorfológicos.

Bosque canadiense

445

Factores geomoifológicos Los factores geomorfológicos (modelado) que influyen sobre los ecosistemas son esencialmente los mismos que influyen en la formación del suelo (capítulo 22). Entre ellos se pueden citar algunos como la pendiente de las laderas (ángulo que forma la superficie terrestre con la horizontal), orientación de las vertientes (posición de una superficie terrestre inclinada con respecto al norte geográfico), y relieve (la diferencia de altura entre las líneas divisorias y los fondos de los valles adyacentes). En un sentido más amplio, los factores geomorfológicos comprenden el conjunto del modelado de los paisajes de una región por medio de los procesos de erosión, trans­ porte y depósitos aluviales, o bien oleaje, vientos, hielo y fuerzas del vulcanismo y orogénicas. Estos tópicos han sido cubiertos ya con detalle desde el capítulo 13 hasta el 21. La inclinación de las vertientes actúa indirectamente por la influencia sobre la velocidad de drenaje de la precipitación sobre la superficie. En pendientes abruptas la velocidad de la escorrentía superficial es elevada, y la recarga del agua del suelo por infiltración es muy peque­ ña. En pendientes suaves, gran parte del agua de precipi­ tación puede penetrar en el suelo y ser así retenida. Sobre las pendientes abruptas, la rápida erosión a la que están sometidas comportará la presencia de unos suelos de poco espesor, mientras que en pendientes más suaves, el grueso del suelo será mayor. La orientación de la vertiente tiene una influencia directa sobre las plantas, debido a una elevada o reducida exposición a la luz solar y a los vientos predominantes. Las vertientes orientadas al sol tienen un medio más cálido y seco que las laderas opuestas a la luz del sol, y por ello orientadas a 18 sombra durante largos períodos diarios. En las latitudes medias los contrastes entre la orientación de las laderas puede ser tan acusado como para producir grandes diferencias entre las comunidades bióticas de solana y umbría (figu­ ra 25.7).

Los factores geomorfológicos son en parte responsa­ bles de la sequedad o humedad del hábitat, en una región que posee, en rasgos generales, un mismo clima para el conjunto. Cada comunidad tiene su propio micro­ clima. Sobre divisorias, picos y crestas, el suelo tiende a ser seco debido al rápido drenaje del agua que en estas zonas se realiza y debido a que las superficies están más expuestas a la luz solar y a la acción de secado de los vientos. En contraste, los fondos de los valles son más húmedos debido a la escorrentía superficial sobre el terreno, y a que las corrientes internas provocan que el agua converja en estas áreas más bajas. En climas húme­ dos el nivel freático en el fondo de los valles puede permanecer próximo o incluso en la propia superficie, ocasionando marismas, lagunas, terrenos pantanosos.

Factores edafológicos Los factores edafológicos son aquellos que se refieren al suelo. En los capítulos 22 y 23 fueron tomados de forma sistemática los principios de formación del suelo (pedo­ génesis), pero ahora podemos observarlos, en términos biogeográficos, bajo dos perspectivas. Uno de ellos co­ rresponde a los modelos de su distribución, bajo control de los regímenes climáticos. La distribución de suelos y climas está íntimamente relacionada con los esquemas globales de formaciones vegetales. Éstas serán tratadas en el capítulo 26. Un segundo punto de vista es en términos de h¡íbitats -el mosaico a pequeña escala entre los diferentes lugares de la superficie terrestre-. junto a los factores edaf ológi­ cos importantes en la diferenciación del hábitat son la estructura y textura del suelo, el contenido en humus, presencia o ausencia de horizontes, alcalinidad, acidez, salinidad de los suelos y actividad bacteriana y animal en los suelos. Aunque este libro trata los principios sistemáticos de la edafología y en primer lugar la de aquellos pertenecien­ tes a, los ecosistemas naturales, se podría acudir a un buen argumento para invertir este orden de tratamiento en aquellos terrenos en los que las plantas y animales juegan un papel primordial en el desarrollo de las carac­ terísticas del suelo. Dado un hábitat estéril, formado recientemente por algún acontecimiento geológico, como podría ser una emisión de lava, o la emersión de una zona costera desde el fondo marino, la evolución gradual del perfil del suelo está íntimamente relacionada con la ocupación de este hábitat por una sucesión de comunidades bióticas. Las plantas alteran profundamente el suelo mediante procesos tales como el aporte de mate­ ria orgánica, o produciendo ácidos que actúan sobre la materia mineral. La vida animal también realiza su contri­ bución a los procesos físicos y químicos de evolución del suelo, alimentándose sobre la materia vegetal viva. Este cambio en las comunidades a través del tiempo forma nuestro próximo concepto.

Sucesión ecológica Cont(aste de vegetación entre las vertientes FIGURA 25 .7 . opuestas de un valle. La ladera densamente poblada de árboles de la izquierda está orientada hacia el nordeste y es ensombrecida al atardecer. La ladera de la derecha, orientada hacia el sudoeste recibe una intensa insolación cuando Ja temperatura del aire es más elevada. Corresponde al Cañón Largo del río Hondo en el Bosque Nacional Carson, Nuevo México. (U.S. Forest Service.)

446

El fenómeno de cambio en los ecosistemas a través del tiempo resulta algo familiar a todo el mundo. Un paseo por el campo nos revela la presencia de parches de vegetación en diferentes estadios de desarrollo, desde campos abiertos cultivados, pasando por landas y bos­ ques. Los lagos transparentes que gradualmente van re-

Conceptos de btogeografia

El junco de las arenas (Beachgrass) es una especie pionera sobre las dunas costeras y ayuda a estabilizarlas contra la erosión eólica

A.

Las bajas matas arbustivas, en el centro de la foto, reemplazan a los juncos en las zonas más estables. B.

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C. Este matorral de playa formado por hiedra ponzoñosa, bayas y cerezo silvestre, prepara el camino para el desarrollo del bosque clímax. FIGURA 25.8.

El bosque clímax sobre dunas. Aquí en Sandy Hook, New Jersey, el acebo (/lex opaca) a la izquierda, es un importante constituyente del bosque clímax. Obsérvese la cantidad de hojas y de materia orgánica que yacen sobre el suelo forestal. D.

Diferentes estadios en la sucesión sobre duna costera. (A.H. Strahler. )

llenándose de los aportes de sedimentos de los ríos que desaguan en él, se van convirtiendo en terreno más y más pantanoso. Estos tipos de cambios en los que las comuni· dades bióticas se suceden unas a otras tendiendo hacia una estabilidad final se conoce como sucesión ecológica. En general, la sucesión conduce a la formación de la más compleja comunidad de organismos posibles en un área, dado sus factores de control físico del clima, suelo y agua. Las series de comunidades que se substituyen una a otra con tendencia a obtener un estadio de estabilidad se denomina serie. Cada una de las comunidades tempora· les que se instalan se denominan estadios. La comunidad estable que constituye el punto final de una sucesión, es el climax. Si la sucesión comienza sobre un depósito de sedimento mineral completamente nuevo, se la denomi· na sucesión primaria. Si la sucesión sucede sobre un área que poseía previamente vegetación y ésta ha sido recien­ temente perturbada por ciertos agentes tales como un incendio, una inundación, un temporal o la propia acción humana, se denominará sucesión secundaria.

Sucesión ecológica

Un nuevo emplazamiento sobre el que puede originar­ se una sucesión primaria, puede tener inicios muy dife­ rentes: una duna de arena, una playa costera, la superficie de unos nuevos aportes de lava o una capa de ceniza volcánica recientemente depositada, o los depósitos de limos en la parte interior del recodo de un río que está desplazándose gradualmente. Tales emplazamientos no constituyen un verdadero suelo con sus horizontes; es más, quizás tan sólo sean fragmentos minerales gruesos. En otros casos, tales como los depósitos de limos en los lechos de inundación de los ríos, la capa superior puede representar un suelo redepositado y dotado, por consi­ guiente, de substanciosas proporciones de coloides del suelo y cationes básicos intercambiables. El primer estadio de una sucesión es la fase de coloni· zación o estadio pionero; incluye unas pocas plantas generalmente bien adaptadas a condiciones adversas como un rápido drenaje del agua y el consiguiente seca­ do del suelo, o una excesiva exposición a la luz solar, o al viento, o unas temperaturas extremas del suelo o de las

447

A

Tabla 2 5 . 1 .

S11 cesión de in1 •ertebrados sobre las d11 n as del lago Michigan Estadios de sucesión Bosques Ju11.co

Invertebrados

Bosques

húmedos

Bosque

de las

Bosques

secos

de roble,

clímax

arenas·

de pino

de roble

y roble

de bayas

álamo

Jack

negro

y nogal

y arces

B

Tigre blanco (coleóptero) Araña de las arenas

X X

Langosta de antenas largas Araña cavadora

X

X

X

X

e

Tigre bronceado ( coleóptero ) Langosta migraroria

X X

Hormiga león

X

Chinche arado

X

G u sanos, larvas

X

Caracol

X

X

X

X

X

X

X

Chinche de la humedad

X

X

Lombriz de tierra

X

X

Cu caracha de la madera

X

X

Saltamontes enano

X

Tigre verde (coleóptero)

o

El grillo de las cavernas

(Acrididae, fam. )

Fuente de datos: V . E . Shelford, Ftmdamentals of Ecology, W . B .

X X

1 97 1 , Philade l p h i a , p. 259.

E

presentado en E . P . O d u m , Sau nders Co.,

F

capas bajas de aire. En cuanto estas plantas crecen, sus raíces penetran en el suelo; más tarde, su muerte y su putrefacción añadirá humus al suelo. Las hojas y troncos caídos contribuyen formando una capa de materia orgáni­ ca en la superficie terrestre. Las bacterias y animales comienzan a instalarse y a vivir en el suelo en grandes cantidades. Los mamíferos que pastorean también se ali­ mentarán de estas pequeñas plantas. Los pájaros buscarán su comida, a base de simientes y gusanos, en la nueva área vegetada. Pronto las condiciones son favorables para que otras especies invadan el área y desplacen a las pioneras. La nueva vegetación suele presentar formas vegetales más variadas que proveen de una mayor cobertura f oliar. En este caso, el clima próximo a la superficie, o microclima, es considerablemente alterado tendiendo a ser menos extremo en sus características térmicas del aire y del suelo, habiendo, además, un mayor grado de humedad y una menor insolación. Aún otras especies nuevas pueden invadir y prosperar en este medio modificado. C uando la sucesión, finalmente, ha acabado su desarrollo, se ha alcanzado una comunidad clímax de especies vegetales y animales en una composición más o menos estable. La colonjzación de una duna de arena nos puede servir de ejemplo para ilustrar una sucesión primaria. La f orma-

448

Vegetación

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Juncos

Espadañas

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Árboles higrofíticos

Árboles mesofíticos

Turba

Juncos

Espadañas

Sphagnum

Leñosa

FIGURA 2 5.9. Sucesión autógena pantanosa típica del escudo Laurentino de Canadá. (Según Dansereau y Sagadas-Viana, 1952, Canadian journal of Botany, Vol. 30.)

c1on de antiguas dunas que bordeaban el océano, o las playas lacustres, presenta un hábitat estéril. La duna de arena -generalmente f ormada por cuarzo, feldespato y otros minerales que forman las rocas- carecen de impor­ tantes nutrientes como pueden ser el nitrógeno, el calcio y el fósforo y su capacidad para retener el agua es muy baja. Bajo Ja intensa radiación solar del día, Ja superficie

Conceptos dé biogeograjía

de la duna es muy calurosa, secando, al mismo tiempo, el aire que la envuelve. Por la noche, el enfriamiento por irradiación, en ausencia de humedad, produce unas tem­ peraturas superficiales muy bajas. Uno de los primeros colonizadores de este ambiente tan extremo es el junco de las arenas ("Beachgrass"o " Psamma"en inglés) (figu­ ra 25.8 A). Esta planta se reproduce vegetativamente, enviando sus rizomas (tallos reptadores subterráneos) y extendiéndose, de esta forma, por toda la duna. Este junco está bien adaptado a un medio ventoso; no muere en caso de quedar enterrado bajo la arena que se despla­ za, sino que al contrario, saca otros renuevos para alcan­ zar así la nueva superficie. Después de la colonización, los renuevos de este junco actúan a fin de formar una especie de pantalla que supri­ ma el movimiento de la arena, de forma que ésta se volverá más estable. Con el aumento de la estabilidad de la arena, otras plantas más adaptadas a la sequía y medios extremos pero que no pueden vivir mucho tiempo ente­ rradas, comienzan a colonizar la duna. Generalmente son matorrales leñosos como la ajenja de playa, o el falso brezo (figura 25.8 B ) . Sobre las viejas playas y líneas d e dunas d e las llanuras costeras del Atlántico las especies que siguen a los mato­ rrales son por lo general variedades de plantas leñosas y árboles tales como el ciruelo, las bayas, la hiedra veneno­ sa o el cerezo (figura 25.8 C). Todas estas especies tienen algo en común: sus frutos son comestibles por los pája­ ros. Las semillas de estos árboles son dispersadas a medi­ da que los pájaros buscan alimentos junto a los . bajos matorrales de las dunas, sembrando, de esta manera, el próximo estadio de la sucesión. A medida que los arbus­ tos enanos y los pequeños árboles se extienden, despla­ zan progresivamente a los matorrales y a los restos de juncos de las arenas que lo poblaban en primer lugar. Los pinos pueden, también, penetrar en este estadio. En este punto, el suelo comienza a acumular una canti­ dad significativa de materia orgánica. No excesivamente seca, ni estéril, la duna posee ahora componentes orgáni­ cos y nutrientes y ha acumulado suficientes coloides para poder retener el agua durante largos intervalos. Estas condiciones del suelo estimulan el crecimiento de espe­ cies de hoja ancha, como el arce rojo, los acebos y los robles, los cuales a su vez, desplazan _gradualmente a los arbustos y a los pequeños árboles existentes (figu­ ra 25 .8 D ) . Una vez el bosque está establecido, tiende a reproducirse a sí mismo; las especies de las que está compuesto, son tolerantes a la sombra y sus semillas pueden germinar sobre el suelo orgánico forestal. De este modo se ha alcanzado el clímax. Los estadios a través de los que se ha desarrollado el ecosistema constituyen la serie, progresando desde el junco de las arenas ("beach­ grass") , y pasando por los matorrales bajos, arbustos altos y pequeños árboles, hasta finalizar en el bosque. Aunque este ejemplo ha recalcado los sucesivos cam­ bios en la cobertura vegetal, las especies animales tam­ bién cambian siguiendo una sucesión. La tabla 25. 1 muestra algunos típicos invertebrados aparecer y desapa­ recer a través de una sucesión sobre las dunas del lago Michigan. Obsérvese que cada uno de los estadios repre­ sentados en la tabla para estas dunas interiores son algo diferentes que aquellas descritas en el medio costero. Otro ejemplo de sucesión primaria es la sucesión en turberas (véase figura 25. 1). Extensas áreas continentales de Norteamérica y Europa poseen innumerables turberas. Éstas son antiguas cuencas lacustres de origen glaciar y

Sucesión sobre antiguos campos

que actualmente están repletas de materia vegetal más o menos descompuesta y que conocemos como turba de agua dulce. La turba se acumula debido a que la putre­ facción de la materia vegetal es muy lenta en estos climas fríos. La materia vegetal que se acumula por debajo del nivel del agua de un lago está en unas condiciones de continua saturación y con poca disponibilidad de oxíge­ no, fomentando así la actividad de los transformadores. La figura 25.9 representa con Uf!a serie de diagramas los estadios de relleno de este tipo de lagos en una sucesión de turberas. En los márgenes del lago se en­ cuentra una zona de espadañas, seguida de otra de jun­ cos. Éstos construyen una capa flotante que invade poco a poco la laguna. Van seguidos de una zona de Sphag­ n u m que acaba por rellenar completamente el lago. Aho­ ra los depósitos de turba mantienen árboles higrofíticos (abetos en su mayor parte) que producirán una turba le­ ñosa. Tenemos un suelo del tipo histosol. Esta comunidad podrá ser de nuevo reemplazada por árboles mesofíticos, constituyendo, de esta manera, el estadio final clímax.

Sucesión sobre antiguos campos En los lugares donde una perturbación altere una comu­ nidad existente, puede instalarse una sucesión secunda­ ria. La sucesión sobre antiguos ca mpos se lleva a cabo sobre tierras de cultivo abandonadas y constituye un buen ejemplo de sucesión secundaria. Al este de los Estados Unidos, los primeros estadios de la serie depen­ den a menudo, del último cultivo que colonizó la tierra antes de ser abandonada. Si fueron cultivados varios pro­ ductos seguidos, aparecerán una serie de colonizadores, generalmente anuales y bianuales; si fueron plantadas pequeñas gramíneas, las pioneras serán, generalmente, hierbas perennes y gramíneas. Si son abandonados los pastos, aquellas colonizadoras que no fueron recogidas encabezarán la serie. En los lugares donde la acción del arado haya puesto al descubierto los horizontes minera­ les, los pinos suelen iniciar los primeros estadios de la sucesión, puesto que sus simientes prosperan favorable­ mente en suelos perturbados y con fuerte insolación. Aunque con un crecimiento más lento que otras pione­ ras, esta especie desplaza finalmente a otras convirtién­ dose finalmente en las especies dominantes. Sin embar­ go, su dominio es solamente temporal, puesto que sus semillas no pueden germinar en terrenos sombreados y en el lecho de suelos forestales. Las semillas de árboles caducifolios como el arce o el roble podrán ahora germi­ nar en estas condiciones y a medida que los pinos van muriendo los plantones de caducifolios crecerán más rápidamente hasta rellenar los claros dejados por los pinos. El clímax es entonces el bosque caducifolio, el cual puede autogenerarse . La figura 25. 1 0 es un esquema en donde se muestra un ejemplo de este tipo de suce­ sión. Es importante destacar que los cambios de la serie resultan de la acción de las plantas y los animales, por sí; una serie de habitantes que prepara el camino para el siguiente estadio. Tan largo como cercanas estén las po­ blaciones de las especies colonizadoras, los cambios con­ ducen de una manera automática de un antiguo campo a un bosque. Este tipo de sucesión se conoce, a menudo, como sucesión a utógena (autorreproducida) . E n muchos casos, sin embargo, esta sucesión autógena no se lleva a cabo completamente. Ciertas perturbaciones procedentes del propio medio como pueden ser el vien-

449

Andropogon

;---( ----�---< Sec. 7)

N.� S.W.'4 S.W.'4 20A S.W.'4 S.W.'4

}

N.�

S.W.'4

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]

S.E.'4

S.E.'4 S.W.'4 40A

S.W.'4

160A

(Sec 13)

FIGURA A.111.20.

Una sección puede subdividirse en muchas

unidades menores.

La figura A.III.21 es un simple mapa geológico de la misma zona que se observa en el diagrama de la figura 18.1. Si la reproducción del mapa es solamente en b lanco y negro se utilizan unas tramas especiales para diferen­ ciar las unidades litológicas, pudiéndose añadir unas abreviaturas, a modo de clave, para distinguir las forma­ ciones de las diferentes ed'ades. La dirección y el buza­ miento de las capas vienen marcados en el mapa por unos pequeños símbolos en forma de T. El trazo largo de la dirección de las capas y el corto, que sale en ángulo recto de aquél, nos muestran la dirección del buzamien­ to. El valor de este último en grados se lee mediante un número al lado del símbolo. En este mapa existe una ' pequeña falla que atraviesa el ángulo NW y que se indica por una línea gruesa. Unas letras nos indican qué lado se movió hacia arriba (arr) o hacia abajo (ab) .

Lectura de

mapas

Granito (la'más antigua)

Corte geológico vertical

FIGURA A.111.21. Un mapa geológico muestra la distribución superficial de rocas y estructuras. El corte geológico nos enseña las rocas en profundidad.

Para mostrar la estructura geológica de una zona, el geólogo se vale de un corte geológico, que es una sección vertical imaginaria. Un corte geológico aparece represen­ tado en la parte inferior de la figura A.III.21. La línea superior del corte constituye un perfil topográfico.

497

Bibliografía

CAPÍTULO 1 La superficie de la tierra

CAPÍTULO 4 El balance de la radiación terrestre

Chamberlin, W. (1947), The round earth on flat paper, Nat. Geographic Soc., Washington D.C. Richardus, P., y R.K. Adler (1972), Map projections: an introduction, American Elsevier Publishing Co., New York. Strahler, A.N. (1988), Geografía Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona. Dickinson, G.C. (1979), Maps and air photographs, se­ gunda edición, John Wiley & Sons, New York. Thompson, M.M. (1981), Maps for America, segunda edi­ ción, U.S. Geological Survey, U.S. Government Prin­ ting Office, Washington, D.C. Robinson, A.H., ]. Morrison, R. Sale, y P. Muehrcke (1987) Elementos de Cartografía, Ediciones Omega, S.A., Barcelona

Gates, D.M. (1962), Energy exchange in the biosphere, Harper & Row, New York. Miller, D.H. (1965), The heat and water budget of the earth's surface, Advances in Geophysics, vol. 11, pp. 175-302. Sellers, W.D. (1965), Physical climatology, University of Chicago Press. Miller, D.H. (1968), A survey course: the energy and mass budget at the surface of the earth, Commission on College Geography, Publication No. 7, Association of American Geographers, Washington, D.C. Brinkworth, B.]. (1972), Solar energy for man, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Halacy, D.S., Jr. (1973), The coming age of solar energy, edición revisada, Harper & Row, New York. Lockwood, J.G. (1979), Causes of climate, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Capítulos 2 y 4.

CAPÍTULO 2 Las estaciones y la hora

Hosmer, G.L., y J.M. Robbins (1948), Practica! astro­ nomy, John Wiley & Sons, New York. Strahler, A.N. (1971), The earth sciences, segunda edi­ ción, Harper & Row, New York. Capítulos 1-4. Strahler, A.N. (1988), Geografía Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona. Royal Astronomical Society of Canada, The observer's handbook, anual, Univ. of Toronto Press. U.S. Naval Observatory, The air almanac, anual, Govern­ ment Printing Office, Washington, D.C. The world almanac and book of facts, anual, Newspaper Enterprise Association, New York. Véase Astronomía y Calendario. Bartky, I.R., y E. Harrison (1979), Standard and day-light­ saving time, Scientiftc American, vol. 240, no. 5, pp. 46-53 CAPÍTULO 3 La atmósfera y los océanos de la tierra

Nelson, ].H., L. Hurwitz, y D.G. Knapp (1962), Magne­ tism of the earth, Coast and Geodetic Survey, Publica­ tion 40-1, Government Printing Office, Washington, o.e.

Weyl, Peter K. (1970), Oceanography, John Wiley & Sons, New York. Strahler, A.N. (1971), The earth sciences, segunda edi­ ción, Harper & Row, New York. Capítulos 7, 12. Riehl, H. (1972), Introduction to the atmosphere, segun­ da edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítu­ lo l. Byers, H.R. (1974), General meteorology, cuarta edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítulo 4. Menard, H.W. (1977), Ocean science, De Scientific Ame­ rican, W.H. Freeman and Company, San Francisco.

498

Teledetección

Short, N.M., P.D. Lowman, Jr., S.C. Freden, y W.A. Finch, Jr. (1976), Mission to earth: Landsat views the world, NASA SP-360, National Aeronautics and Space Adminis­ tration, Washington, D.C. Lillesand, T.W. y R. Kiefer (1979), Remate sensing and irriage interpretation, ]ohn Wiley & Sons, New York. Siega!, B.S., y A.R. Gillespie, eds. (1980), Remate sensing in geology, John Wiley & Sons, New York. National Geographic Society (1985), Atlas of North Ame­ rica: Space age portrait of a continent, National Geo­ graphic Society, Washington, D.C. Jensen, ].R. (1986), Introdt,1ctory digital image proces­ sing, Prentice-Hall, Engléwood Cliffs, N.J.

CAPÍTULO 5 Calentamiento y enfriamiento de la superficie terr_estre

Sellers, W.D. (1965), Physical climatology, University of Chicago Press. Chang, J.H. (1968), Climate and agricu/ture, Aldine Pu­ blishing Co., Chicago. Capítulos 8-10. Budyko, M.I. (1977) Climatic changes, Amer. Geophysi­ cal Union, Washington, D.C. National Research Council, Geophysics Study Committee (1977), Energy and climate change, Nat. Academy of Science, Washington, D.C. Norwine, J. (1978), Climate and human ecology, D. Armstrong Co., Houston, Texas. Partes 1 y 4. Hansen, J.E., y T. Takahashi, eds. (1984), Climate proces­ ses and climate sensitivity, Geophysical Monograph 29, American Geophysical Union, Washington, D.C.

Bibliografía

CAPÍTULO 6 Vientos y circulación general

Reiter, E.R. (1967), jet streams, Doubleday and Co., New York. Petterssen, S. (1969), Introduction to meteorology, terce­ ra edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítu­ los 9-11. Weyl, P.K. (1970), Oceanography, John Wiley & Sons, New York. Capítulo 12. Riehl, H. (1972), Introduction to the atmosphere, segun­ da edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítu­ lo 6. Calvert, N.G. (1980), Windpower principies, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York.

CAPÍTULO 7 Humedad atmosférica y precipitación

Ludlum, F.H., y R.S. Scorer (1957), Cloud study: a picto­ rial guide, John Murray, London. Battan, L.J. (1962), Cloud physics and cloud seeding, Doubleday and Co., New York. Petterssen, S. (1969), Introduction to meteorology, terce­ ra edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítur los 4-8. Bach, W. (1972), Atmospheric pollution, McGraw-Hill Book Co., New York. Riehl, H. (1972), Introduction to the atmosphere, segun­ da edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítu­ lo 3-5, 11. Stern, A.C., R.W. Doubel, D.B. Turner, y D.L. Fox (1984), Fundamentals of air pollution, segunda edición, 'Aca­ demic Press, New York. Miller, J.M. (1984), Acid rain, Weatherwise, vol. 37, no. 5, pp. 233-239.

Trewartha, G.T. (1968), An introduction to climate, cuar­ ta edición, McGraw-Hill Book Co., New York. Wilcock, A.A. (1968), Kóppen after fifty years, Annals Assoc. of Amer. Geographers, vol. 58, pp. 12-28. Oliver, J.E. (1973), Climate and man 's environment: an introduction to applied climatology, John Wiley & Sons, New York. Mather, J.R. (1974), Climatology: fundamentals and ap­ plications, McGraw-Hill Book Co., New York. Boucher, K. (1976), Global climate, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York.

CAPÍTULO 10 Balance hídrico del suelo

Thornthwaite, C. W. (1948), An approach towarp a ratio­ nal classification of climate, Geographical Review, vol. 38, pp. 55-94. Thornthwaite, C.W., y J.R. Mather (1955), The water ba­ lance, Drexel Institute of Technology, Laboratory of Climatology, Publications in Climatology, vol. 8, no. 1, Centerton, N .J. U.S. Dept. Agriculture (1965), Water: yearbook of agri­ culture, 1955, Government Printing Office, Washing­ ton, D.C. Sellers, W.D. 1965, Physical climatology, Univ. of Chi­ cago Press. Capítulo 7. Chang, ]en-Hu (1968), Climate and agriculture: an eco­ logical survey, Aldine Publishing Co., Chicago. Capítu­ los 12, 13, y 19. Miller, D.H. (1977), Water at the surface of the earth, Academic Press, New York. Capítulos 6-14.

CAPÍTULO 1 1 Escorrentía y recursos hídricos CAPÍTULO 8 Masas de aire y borrascas

Flora, S.D. (1954), Tornadoes of the United States, Univ. of Oklahoma Press, Norman. Dunn, G.E., y B.I. Miller (1964), Atlantic hurricanes, Louisiana State Univ. Press, Baton Rouge. Helm, T. (1967), Hurricanes: weather at its worst, Dodd, Mead and Co., New York. Byers, R.H. (1974), General meteorology, cuarta edición McGraw-Hill Book Co., New York. Capítulos 10, 11, 13. Riehl, H. (1979), Climate and weather in the tropics, Academic Press, New York. Simpson, R.H., y H. Riehl (1981), The hurricane and its impact, Louisiana State Univ. Press, Baton Rouge. Anthes, R.A. (1982), Tropical cyclones; their evolution structure and effects, Meteorological Monographs, vol. 19, no. 41, American Meteorological Society, Boston. Woods Hole Oceanographic Institution (1984), The 1982-83 El Niño, Oceanus, vol. 27, no. 2, pp. 1-62. Rasmusson, E. M. (1985), El Niño variations in climate, American Scientist, vol. 73, pp. 168-177. Smith, W.L., et al. (1986), The meteorological satellite: overview of 25 years of operation, Science, vol. 231, pp. 455-470. .

Foster, E.E. (1948), Rainfall and runoff, Macmillan Co., New York. Hoyt, W.G., y W.B. Langbein (1955), Floods, Princeton University Press, N.J. U.S. Dept. of Agriculture (1955), Water: yearbook of agriculture, 1955, Government Printing Office, Was­ hington, D.C. Chorley, R.J., ed. (1971), Introduction to fluvial proces­ ses, Methuen and Co., London. Capítulos 2, 5, 7. Chorley, R.J., ed. (1971), Introduction to physical hydro­ logy, Methuen and Co., London. Kazmann, R.G. (1972), Modern hydrology, segunda edi­ ción, Harper & Row, New York. Dunne, T,. y L.B. Leopold (1978), Water in environmen­ tal planning. W.H. Freeman and Co., San Francisco. Ward, R.C. (1978), Floods: a geographic perspective, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Bowen, R. (1980), Ground water, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Todd, D.K. (1980), Ground water hydrology, segunda edición, John Wiley & Sons, New York.

CAPÍTULO 12 Los materiales de la corteza terrestre CAPÍTULO 9 Clasificación de los climas

Kóppen, Wladimir, y Geiger, R. (1954), Klima der Erde (mapa), Justus Perthes, Darmstadt, Germany; American distributor, AJ. Nystrom and Co., Chicago.

Bibliografía

Ernst, W.G. (1981), Los materiales de la Tierra, Edicio­ nes Omega, S.A., Barcelona. Loughman, F.C. (1969); Chemical weathering of the sili­ cate minerals, American Elsevier Publishing Co., New York.

499

]ackson, K.C. (1970), Textbook of lithology, McGraw-Hill Book Co., New York. Birkeland, P.W. (1974), Pedology, weathering, and geo­ morphologica/ research, Oxford Univ. Press, New York. Hurlbut, C.S., y C. Klein (1977), Manual of mineralogy (a/ter james D. Dana), decimonovena edición, John Wiley & Sons, New York. Friedman, G.M., y ].E. Sanders (1978), Principies of sedi­ mentology, ]ohn Wiley & Sons, New York. Strahler, A.N. (1987), Geología Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona, capítulos 3-7. Ehlers, E.G., y H. Blatt (1982), Petrology; igneous, sedi­ mentary, and metamorphic, W.H. Freeman and Com­ pany, San Francisco.

CAPÍTULO 13 La litosfera y las placas tectónicas

Wilson, ].T., ed. (1970), Continents adrift, W.H. Freeman and Co., San Francisco. Hallam, A. (1973), A revolution in the earth sciences, Clarendon Press and Oxford Univ. Press, London. Sullivan, W. (1974), Continents in motion: the new earth debate, McGraw-Hill Book Co., New York. Eicher, D.L. (1976), Geologic time, segunda edición, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.]. Uyeda, S. (1978), The new view of the earth: moving continents and moving oceans, W.H. Freeman and Co., San Francisco. Bird, J.M., ed., (1980), Plate tectonics, segunda edición, American Geophysical Union, Washington, D.C. Strahler, A.N. (1987), Geología Física, Ediciones Omega, S.A., Barcelona, Capítulos 1, 9-13. Windley, B.F. (1984), The evolving continents, segunda edición, John Wiley & Sons, New York.

CAPÍTULO 14 Relieves volcánicos y tectónicos

Macdonald, G.A., y A.T. Abbott (1970), Volcanoes in the sea: the geology of Hawaii, Univ. of Hawaii Press, Ho­ nolulu. Iacopi, R. (1971), Earthquake country, Lane Books, Men­ to Park, Calif. Staff of U.S. Geological Survey and National Oceanogra­ phic and Atmospheric Administration (1971), The San Fernando earthquake of February 9, 1971, U.S. Geolo­ gical Survey, Professional Paper 733, Government Prin­ ting Office, Washington, D.C. Bullard, F.M. (1976), Volcanoes of the earth, edición revisada, University of Texas Press, Austin. Bolt, F.M. (1978), Earthquakes, a primer, W.H. Freeman and Co., San Francisco. Bowen, B.A. (1978), Geothermal resources, Halsted Press John Wiley & Sons, New York. Decker, R., y B. Decker, (1981), Volcanoes, W.H. Free­ man and Company, San Francisco. Lipman, P.W. y D.R. Mullineaux, eds. (1981), The 1980 eruptions of Mount St. Helens, Washington, U.S. Geo­ logical Survey Professional Paper 1250, U.S. Govern­ ment Printing Office, Washington, D.C. Strahler, A.N. (1987), Geología Física, Ediciones Omega S.A., Barcelona. Capítulos 4 y 8. Simkin, T., y R.S. Fiske (1983), Krakatoa 1883; the volca­ no and its effects, Smithsonian Institution Press, Was­ hington, o.e.

500

CAPÍTULO 15 La destrucción de las vertientes

Sharpe, C.F.S. (1938), Landslides and related phenome­ na, Columbia Univ. Press, New York. Highway Research Board (1958), Landslides and engi­ neering practice, Special Report 29, NAS-NRC Publica­ tion 544. Washington, D.C. Thornbury, W.D. (1969), Principies of geomorphology, segunda edición, John Wiley & Sons, New York. Capí­ tulos 1-4. Price, L.W. (1972), The periglacial environment, perma­ frost, and Man, Commission on College Geography, Resource Paper No. 14, Association of American Geo­ graphers, Washington, D,C. Ritter, D.F. (1978), Process geomorphology, Wm. C. Brown, Dubuque, Iowa. Embleton, C., y ]. Thornes (1979), Processes in geomor­ phology, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Sidle, R.C., A.]. Pearce, y C.L. O'Laughlin (1985), Hillslo­ pe stability and land use, American Geophysical Union, Washington, D.C. CAPÍTULO 16 Morfología debida a las aguas corrientes

Powell, J.W. (1875), Exploration of the Colorado River of the West and its tributaries, Government Printing Offi­ ce, Washington, o.e. Lobeck, A.K. (1939), Geomorphology, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítulos 5-7. Leopold, L.B., M.G. Wolman, y ].P. Willer (1964), Fluvial processes in geomorphology, W.H. Freeman and Co., San Francisco. Morisawa, M. (1968), Streams: their dynamics and morp­ hology, McGraw-Hill Book Co., New York. Smith, G.H., ed. (1971), Conservation of natural resour­ ces cuarta edición, John Wiley & Sons, New York. Capítulos 5, 13. Chorley, R.]., ed (1971), lntroduction to fluvial proces­ ses, Methuen and Co., London. Capítulos 5, 7. Schumm, S.A. (1977), The fluvial system, ]ohn Wiley & Sons, New York. Chorley, R.J., S.A. Schumm, y O.E. Sugden (1985), Geo­ morphology, Methuen, New York. CAPÍTULO 17 Denudación y clima

Davis, W.M. (1909, 1954), Geographica/ essays, Ginn and Co., Boston, reprinted by Dover Publications, New York. Páginas 249-78, 196-322, 381-412. Cotton, C.A. (1942), Climatic accider.its in /andscape­ making, Whitcombe and Tombs, Christchurch, New Zealand. Sección I. Thornbury, W.D. (1969), Principies of geomorphology, segunda edición, John Wiley & Sons, New York. Capí­ tulos 5, 6, 8, 11. Carson, M.A., y M.]. Kirkby (1972), Hillslope process and form, Cambridge Univ. Press. Young, A. (1972), Slopes, Oliver and Boyd, Edinburgh. Derbyshire, E., ed. (1973), Climatic geomorphology, Har­ per & Row, New York. Thomas, M.F. (1974), Tropical geomorpho/ogy, Macmi­ llan Press, London. Douglas, l. (1977), Humid /andforms, The M.I.T. Press, Cambridge, Mass. Mabbut, ].A. (1977), Desert landforms, The M.I.T. Press, Cambridge, Mass.

Bibliografía

Kiewiet de Jonge, C. (1984), Büdel's geomorphology, Progress in Pbysical Geograpby, vol. 8, pp. 218-248, 365-397. CAPÍTIJLO 18 Los relieves y la estructura de las rocas

Dutton, C.E. (1882), Tertiary bistory of tbe Grand Can­ yon district, U.S. Gological Survey, Monograph 2. Davis, W.M. (1909, 1954), Geograpbical essays, Ginn and Co., Boston; reimpreso por Dover Publications, New York. Páginas, 413-84, 725-72. Johnson, Douglas (1931), Stream sculpture on tbe Atlan­ tic slope, Columbia Univ. Press, New York. Lobeck, A.K. (1939), Geomorpbology, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítulos 13-17. Thornbury, W.D. (1965), Regional geomorpbology of tbe United States, John Wiley & Sons, New York. Shelton, ].S. (1966), Geology illustrated, W.H. Freeman and Co., San Francisco. Hunt, C.B. (1974), Natural regions of tbe United Stat. ·s and Canada, W.H. Freeman and Co., San Francisco.

�

CAPÍTIJLO 19 Morfología d bida a olas y a corrientes marinas

Johnson, D.W. (1919, 1965), Sbore processes and sboreli· ne development, ]ohn Wiley & Sons, New York; reim­ preso por Hafner Publishing Co., New·York. Bascomb, W. (1964), Waves and beacbes, Doubleday and Co., New York. Strahler, A.N. (1966), A geologist's view of Cape Cod. Natural History Press (Doubleday and Co.), Garden City, N.Y. Bird, E.C.F. (1969), Coasts, The M.I.T. Press, Cambridge, Mass. King, C.A.M. (1972), Beacbes and coasts, segunda edi­ ción, St. Martin's Press, New York. Shepard, F.P. (1973), Submarine geology, tercera edi­ ción, Harper & Row, New York. Fisher, ].S., y R. Dolan (1977), Beacb processes and coas­ tal bidrodynamics, Dowden, Hutchinson and Ross, Stroudsburg, Pennsylvania. CAPÍTIJLO 20 Morfología eólica

Lobeck, A.K. (1939), Geomorpbology, McGraw-Hill Book Co., New York. Capítulo 11. Bagnold, R.A. (1941), Tbe pbysics of blown sand and desert dunes. Methuen and Co., London. Flint, R.F. (1971), Glacial and Quaternary geology, John Wiley & Sons, New York. Véase Eolian features, pp. 243-266. McKee, E.E., ed. (1979), A study of global sand seas, U.S. Geological Survey, Professional Paper 1052, U.S. Go­ vernment Printing Office, Washington, D.C. Péwé, T.L., ed. (1981), Desert dust: origin, cbaracteris· tics, and ejfect on man, Special Paper 186, Geological Society of America, Boulder, Colorado. CAPÍTIJLO 21 Morfología glacial

Davis, W.M. (1954), Geograpbical essays, Dover Publica­ tions, New York. Páginas 617-634. Hough, JL. (1958), Geology of tbe Great Lakes, Univ. of Illinois Press, Urbana.

Bibliografía

Wright, H.E., y D.G. Frey, eds. (1965), Tbe Quaternary of tbe United States, Princeton University Press, N.]. Paterson, W.S.B. (1969), Tbe pbysics of glaciers, Perga­ mon Press, Oxford, England. Flint, R.F. (1971), Glacial and Quaternary geology, ]ohn Wiley & Sons, New York. Embleton, C., y C.A.M. King (1975), Glacial geomorpbology, Edward Arnold, London. Sugden, D.E. y B.S. John (1976), Glaciers and lanscape: a geomorpbological approacb, Halsted Press, John Wi­ ley & Sons, New York. Frakes, L.A. (1979), Climates tbrougbout geologic time, Elsevier, Amsterdam. John, Brian S. (1979), Tbe winters of tbe world, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Lockwood, J.G. (1979), Causes of climate, ]ohn Wiley & Sons, New York. Capítulo 5. ·

CAPÍTIJLO 22 Los procesos de formación del suelo

Loughnan, F.C. (1969), Cbemical weatbering of tbe sili­ cate minerals, American Elsevier Pub!. Co., New York. Capítulos 2, 3. Birkeland, P.W. (1974), Pedology, weatbering, and geo­ morpbological researcb, Oxford Univ. Press, New York. Soil Survey Staff (1975), Soil taxonomy, Soil Conserva­ tion Service, U.S. Department of Agriculture, Agricul­ ture Handbook No. 436, Government Printing Office, Washington, D.C. Capítulo 1-6. Foth, H.D. (1984), Fundamentals of soil science, séptima edición, John Wiley & Sons, New York.

CAPÍTIJLO 23 Suelos del mundo

U.S. Department of Agriculture (1938), Soils and men: yearbook of agriculture 1938, Government Printing Office, Washington, D.C. Cruikshank, JG. (1972), Soil geograpby, David and Char­ les (Publishers), Newton Abbot, Devon England. Soil Survey Staff (1975), Soil taxonomy: a basic system of soil classification for making and interpreting soil sur­ veys, Soil Conservation Service, U.S. Department of Agriculture, Agriculture Handbook No. 436, Govern­ ment Printing Office, Washington, D.C. Steila, D. (1976), Tbe geograpby of soils, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, N.]. Gersmehl, P.]. (1977), Soil taxonomy and mapping, An­ nals, Assoc. American Geograpbers, vol. 67, pp. 419· 428. Buol, S.W., F.D. Hole, y R.]. McCracken (1980), Soil genesis and soil classification, segunda edición, Iowa State Univ. Press, Ames. Foth, H.D. (1984), Fundamentals of soil science, séptima edición, John Wiley, & Sons, New York. Capítulo 10.

CAPÍTIJLO 24 Flujos de energía y ciclos de materia en la biosfera

Scientific American (1970), The biosphere, W.H. Free­ man and Co., San Francisco. Odum, E.P. (1971), Fundamentals of ecology, W.B. Saun­ ders Co., Philadelphia. Odum, H.T. (1971), Environment, power, and society, John Wiley & Sons, New York.

501

Clapham, W.B., Jr. (1973), Natural ecosystems, The Mac­ millan Co., New York. Capítulo 2. Strahler, A.N., y A.H. Strahler (1974), Introduction to environmental science, Hamilton Publishing Co., San­ ta Barbara, Calif. (John Wiley & Sons, New York). Capítulos 20-21. Pimentel, O., y M. Pimentel (1979), Food, energy, and society, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. CAPÍTULO 25 Conceptos de la biogeografía

Oansereau, P. (1957), Biogeography: an ecological pers­ pective, Ronald Press, New York. Oaubenmire, R.F. (1959), Plants and environment: a textbook of plant autecology, segunda edición, John Wiley & Sons, New York. Polunin, N. (1960), Introduction to plant geography and sorne related sciences, McGraw-Hill Book Co., New York. Odum, E.P. (1973), Fundamentals of ecology, W.B. Saun­ ders Co., Philadelphia. Strahler, A.N., y A.H. Strahler (1974), Introduction to environmental science, Hamilton Publishing Co., San­ ta Barbara, Calif. (John Wiley & Sons, New York). CAPÍTULO 26 Distribución de la vegetación natural

Oansereau, P. (1957), Biogeography: an ecological pers­ pective, Ronald Press, New York.

502

Polunin, N. (1960), Introduction to plant geography, McGraw-Hill Book Co., New York. Küchler, A.W. (1964), Potential natural vegetation of the conterminous United States (mapa y manual), Ameri­ can Geographical Society, Publicación especial No. 36. Eyre, S.R. (1968), Vegetation and soils: a world picture, segunda edición, Aldine Publishing Co., Chicago. Walter, H. (1973), Vegetation of the earth. Traducido de la segunda edición alemana por J. Wieser, Springer­ Verlag, New York. Glantz, M.H., ed. (1977), Desertiftcation: environmental degradation in and around arid lands, Westview Press, Boulder, Colorado. APÉNDICE 111 Lectura de mapas

Lobeck, A. K., y W.J. Tellington (1944), Military maps and air photographs, McGraw-Hill Book Co., New York. Raisz, E. (1948), General cartography, McGraw-Hill Book Co., New York. Oept. of the Army (1956). Map reading, FM 21-26, U.S. Government Printing Office, Washington, O.C. Oickinson, G.C. (1979), Maps and air photographs, se­ gunda edición, Halsted Press, John Wiley & Sons, New York. Thompson, M.M. (1981), Maps for America, segunda edi­ ción, U.S. Geological Survey, U.S. Government Prin­ ting Office, Washington, O.C.

Bibliografía

Glosario

Este glosario contiene las definiciones de los términos que en el texto están en cursiva. Los términos que no se

abanico aluvial Acumulación cónica de aluviones, baja y suavemente incli­ nada, depositados por un río en proceso de agradación bajo el punto de emer­ gencia del río después de atravesar un estrecho cañón. ablación Pérdida de hielo gl, a cial por ' fusión y evaporación. abrasión Erosión del sustrato rocoso del cauce de un río por el impaco de las partículas transportadas en suspensión por la corriente y por aquellas que rue­ dan por el fondo. La abrasión es tam­ bién una actividad del hielo glacial, olas y viento. abrasión eólica Acción de desgaste mecánico por el impacto de los granos de arena transportados por el viento contra la superficie de las rocas. abrasión glacial Abrasión del sustra­ to rocoso de un glaciar, por el movi­ miento de éste. absorción de la radiación Transfor­ mación de la energía procedente de la radiación electromagnética en energía calorífica, que se mantiene por un au­ mento de la temperatura en el gas o líquido a través del cual estaba pasando la radiación.

hallen en el glosario se pueden encontrar en el Índice al­ fabético.

acuífero ilimitado Acuífero en el que el nivel freático puede recibir agua de la parte superior y oscilar hacia arri­ ba o hacia abajo.

ácido carbónico Ácido débil forma­ do por la disolución del dióxido de carbono atmosférico en el agua superfi­ cial y subterránea.

Acuods Suborden de los Spodosoles que se ubica en emplazamientos húme­ dos (régimen ácuico) y que está satura­ do de agua estacionalmente .

acreción de la litosfera Producción de nueva litosfera JCeánica en un mar­ gen activo de las placas por el ascenso y solidificación de magma de composi­ ción basáltica.

Acuolls Suborden de los Mollisoles que se encuentra en los lugares húme­ dos (régimen ácuico) ; está formado por un epípedon móllico de color negruzco que descansa sobre un horizonte B manchado de tacas grisáceas y están es­ tacionalmente saturados de agua.

actividad tectónica Procesos corti­ cales de compresión (plegamiento) y ruptura (fallamiento) , concentrados ge­ neralmente en o cerca de los límites de las placas litosféricas activas. (Véase también tectónica de placas, tectóni­ ca.)

Acuox Suborden de los Oxisoles que se ubica en parajes húmedos (régimen ácuico) . Su color predominante es gris, o gris manchado de motas rojioscuras, y está estacionalmente saturado de agua.

Acualfs Suborden de los Alfisoles que se ubican en lugares húmedos (ré­ gimen ácuico) de color predominante­ mente gris a lo largo del perfil, y esta­ cionalmente saturado con agua.

Acuults Suborden de los Ultisoles que se suele encontrar en zonas húme­ das (régimen ácuico) ; su color predo­ minante es el gris a lo largo del perfil, y está saturado de agua estacionalmente.

acanaladuras curvas Fracturas cur­ vadas de la superficie rocosa afectada por la abrasión glacial; es convexa en la dirección del movimiento del hielo.

Acuent Suborden de los Entisoles ubicados en los emplazamientos húme­ dos (régimen ácuico) , de colQr gris a lo largo del perfil y presentan una estratifi­ cación, o bien están saturados de agua todo el año.

acantilado Pared rocosa escarpada, casi vertical, formada por capas de rocas re­ sistentes, generalmente areniscas, cali­ zas o coladas de lava. El término puede util izarse también para referirse a cual­ quier tipo de pared rocosa vertical. (Véase también acantilado marino.)

Acuepts Suborden de los Inceptiso­ les que se emplazan en los lugares hú­ medos (régimen ácuico ) , que tienen un epípedon móllico o hístico de color en­ tre gris y negro, y cuyo subsuelo es grisáceo y está estacionalmente satura­ do con agua.

acantilado marino Acantilado roco­ so modelado y mantenido por la acción de las olas.

acuicluido Capa o masa rocosa de es­ casa permeabilidad que impide o difi­ culta el movimiento gravitacional del agua del suelo.

acción del hielo Desintegración de las rocas o del regolito por la presión del agua al congelarse en las grietas o poros. acción hidráulica Erosión fluvial por el impacto del agua sobre los aluviones o regolita del lecho y de los márgenes del cauce de la corriente.

Glosario

te de arcilla o esquistos en una secuen­ cia sedimentaria.

ácido (acidez) Condición química de la solución del suelo ocasionado por l a presencia d e cationes generadores de ácidos fácilmente intercambiables, y que comprenden Pntre un 5 y un 60 % del total de la capacidad de intercambio de cationes ( C I C ) .

acuífero Capa o masa rocosa de ele­ vada porosidad y permeabilidad, que transmite y recoge fácilmente el agua del suelo. acuífero confinado Acuífero sobre el que se encuentra una capa rocosa impermeable (acuicluido) generalmen-

achatamiento D i ferencia entre la longitud del eje polar y el diámetro ecuatorial en un elipsoide achatado, ex­ presada como una fracción simple. afelio Punto de la órbita terrestre en la que la tierra se encuentra a mayor distancia del sol. afloramiento la roca madre.

Superficie expuesta de

aforo de la corriente Medición del caudal, la velocidad media y profundi­ dad de la corriente, continuamente o a intervalos sobre un largo período de tiempo y en un punto concreto de su curso. ágata nia.

Variedad listada de la calcedo­

agentes modeladores Agentes que erosionan, transportan y depositan ma­ teria mineral y orgánica; son las aguas corrientes, olas y corrientes costeras, hielo glacial y viento.

503

agradación Elevación del suelo del cauce de un río por la deposición conti­ nua de la carga del fondo. agua de capilaridad Agua contenida en la zona de aireación y en la zona del agua de infiltración, que está retenida formando finas películas entre las partí­ culas de mineral. agua de infiltración Agua retenida en el suelo y que se halla disponible para las plantas a través de sus raíces; una forma de agua subsuperficial (es lo que se conoce también como agua del suelo o humedad del suelo). agua de saturación Agua subsuperfi­ cial que ocupa la zona del agua de satu­ ración, y que se desplaza bajo la acción gravitatoria. agua nieve Forma de precipitación consistente en pequeñas gotas de agua que se congelan en parte durante la caída, debido a la existencia de una capa de aire más frío . agua subenfriada Agua que perma­ nece en estado líquido a una tempera­ tura inferior al de su punto de congela­ ción. agua subsuperficial Agua de los continentes que se encuentra retenida por debajo de su superficie en el regali­ to o en el lecho rocoso. agua superficial Agua del interior de los continentes que circula por la su­ perficie de las tierras, como el agua que fluye por las corrientes, o bien se en­ cuentra retenida en lagos, marismas o terrenos pantanosos. agua utilizada ción real.

Ver evapotranspira­

aguja volcánica Estrecho pico aisla­ do formado por la erosión de rocas íg­ neas previamente solidificadas en el in­ terior de la chimenea de u n volcán. aire polar Aire originado en latitudes elevadas y que posee las características de una masa de aire polar. aire saturado Aire que retiene la má­ xima cantidad posible de vapor de agua, para unas determinadas presión y temperatura. aire tropical Aire originado en las zonas tropicales y subtropicales, que posee las características de la masa de aire tropical . albedo Porcentaje d e radiación elec­ tromagnética reflejada por una superfi­ cie. Albolls Suborden de los Mollisoles con un horizonte cuya coloración varía entre el gris blanquecino y el blanco (horizonte álbico) y que se halla por encima de un horizonte de acumula­ ción de arcillas que filtran el agua muy lentamente, por lo que en alguna esta­ ción los podemos encontrar, al menos los horizontes superficiales, saturados con agua.

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Alfisols Orden de suelos dentro de la Taxonomía de Suelos formado por aquellos que se sitúan en climas húme­ dos y subhúmedos y cuyas característi­ cas principales son el tener una elevada condición básica y un horizonte argíli­ co o de arcillas muy densas. alta canadiense Zona con promedios de presión atmosférica elevados, que se sitúa sobre los territorios centrales de Norteamérica durante el invierno. alta de las Azores Célula de altas presiones atmosféricas permanente lo­ calizada en la zona subtropical del nor­ te del océano Atlántico. Centrada apro­ ximadamente sobre las islas Azores. (Algunas veces es también conocida como alta de las Bermudas.) alta de las Bermudas Azores.

Ver alta de las

alta hawaliana Célula permanente de altas presiones localizada en la zona subtropical sobre las áreas centrales y orientales del océano Pacífico, en su parte Norte. alta polar Centro permanente de al­ tas presiones, en las partes inferiores de la troposfera, y localizada sobre la zona polar de la Antártida. alta siberiana Centro de altas presio­ nes localizado sobre la región norcen­ tral de Asia, durante el invierno. alteración mineral Cambios quími­ cos en los minerales para formar com­ puestos más estables; sinónimo de me­ teorización química. altitud del sol al mediodia Ángulo vertical o arco entre el horizonte y el sol al mediodía sobre el meridiano lo­ cal. altocumulus Nube de altura media formada por pequeñas masas individua­ les que conforman una única capa que adopta una configuración geométrica. altostratus Nubes de altura media que, tal como su nombre indica, tiene una configuración de manto o capa ele­ vada. altura hidronométrica D i ferencia de nivel entre el nivel freático de un punto y otro, creando una diferencia de presión entre ambos y originando un flujo de agua de saturación. aludes alpinos Rápido movimiento de descenso de una lengua de derru­ bios formada por una mezcla de frag­ mentos rocosos y hielo glacial, produci­ do en las vertientes abruptas de las altas montañas. aluminosilicatos Minerales silíceos cuyo elemento esencial es el aluminio. Por ejemplo, los feldespatos. amortiguamiento exponencial Dis­ minución de una cantidad variable a u n ritmo t a l q u e se reduce a la mitad en un constante intervalo de tiempo.

amplitud térmica anual Es la dife­ rencia entre las temperaturas medias mensuales del mes más cálido y del mes más frío del año. Andepts Suborden de los I nceptiso­ les caracterizado por poseer un hori­ zonte superficial oscuro rico en humus y sílice amorfo (hidratado) ; general­ mente formado a partir de la alteración de las cenizas volcánicas. andesita Roca ígnea extrusiva de la composición de la diorita, dominada por el feldespato plagioclasa, y con an­ fíbol y piroxeno como importantes constituyentes; es el equ ivalente extru ­ sivo de la diorita. anegación Aumento del nivel de aguas del acuífero en las tierras de alu­ vión, trayendo consigo la satu ración de la rizosfera de las plantas. anemómetro Instrumento meteoro­ lógico que indica la velocidad del viento. anfíboles (grupo anfíbole) Grupo de complejos aluminosilicatos ricos en calcio, magnesio y hierro, de color os­ curo y conocidos como minerales máfi­ cos. Por ejemplo, la hornblenda. angstrom Unidad de longitud de onda equivalente a 0,000.000.01 cm oo-8 cm) . ángulo de reposo Inclinación de una vertiente , compuesta de fragmentos mi­ nerales o rocosos bien clasificados; por ejemplo, la cara de una duna de arena, un cono de derrubios, o de un cono de cenizas. anhidrita Evaporita compuesta por sulfato cálcico. animales de sangre caliente Anima­ les que poseen una o más adaptaciones para el mantenimiento de su temperatu­ ra interna constante, indiferentemente de las variaciones habidas en el medio ambiente; llamados también animales homeotermos. animales de sangre fría Animales cuya temperatura corporal sigue pasiva­ mente a la que se desarrolla en el me­ dio. Son conocidos también como poi­ quilotermos. animales xéricos Animales adapta­ dos a las condiciones de 'sequía típicas de un clima desértico. anión

Ion cargado negativamente.

antecosta Cara inclinada de la playa situada en la zona de avance y retroceso de las olas. antedunas Alineación de· dunas irre­ gulares adyacentes a las playas en las costas bajas y protegida por una cubier­ ta vegetal parcial . anticiclón mosférica.

Centro de alta presión at­

anticlinal Plegamiento de las rocas estratificadas originando una estructura

Glosarlo

en forma de arco; tipo de pliegue. (Véa­ se también sinclinal.)

un acantilado marino es atravesado por la acción de las olas.

antípoda P u n t o d i a m e t ra l m e nte opuesto a otro punto determinado de la superficie de un globo o de la tierra.

arco montañoso Segmento curvado de una cadena montañosa alpina, gene­ ralmente de compleja estructura geoló­ gica asociada a un límite de subducción o a una sutura continental .

antracita Tipo de carbón con un ele­ vado contenido de carbono, sin apenas materia volátil , y formado por un proce· so metamórfico. año Período de tiempo necesario para que un planeta realice un giro comple­ to alrededor del sol . (Véase también año tropical.) año tropical Año definido por el pe­ ríodo de tiempo entre un equinoccio vernal y el siguiente. aragonito Roca carbonatada, puesta de carbonato cálcico.

com­

arañazos glaciares Fracturas produ­ cidas por la presión del hielo sobre la superficie rocosa sujeta a la abrasión por el movimiento del hielo glacial. árbol Planta perenne, leñosa: erecta, que generalmente posee un único tron­ co principal, con pocas ramas en su par­ te inferior, y una copa bien ramificada. arbolado Tipo de formación vegetal de transición entre el bioma forestal y el bioma de sabana, consistente en ár­ boles ampliamente espaciados cuya co­ bertura se sitúa entre un 25 y un 60 %. (llamado también dehesa.) arbolado de ámbitos fríos Tipo de formación vegetal compuesto de un ar­ bolado bajo y ampliamente espaciado y una cobertura del terreno formada de líquenes y musgos, que se encuentra en las franjas septentrionales de la región de clima de bosques boreales; también conocido como taiga. arbustos Plantas leñosas y perennes, generalmente pequeñas o bajas, con muchas ramas bajas, leñosas y una masa foliar próxima al suelo. arcilla Clase de las partículas sedi­ mentarias cuyo tamaño es inferior a 0,004 mm de diámetro. (También pue· de utilizarse este término para designar el regolito o sedimentos compuestos por minerales de arcilla.) arcillas minerales Clase de minera­ les producidos por la alteración de lm minerales silíceos, que tiene una es­ tructura atómica reticular y con propie­ dades plásticas cuando se mojan. arcillas plásticas Capas de arcilla só­ lida que se transforman espontánea­ mente en capas casi líquidas cuando son alteraqas, mediante un proceso de­ nominado licuefacción espontánea. arco insular Cadena de islas paralela a un l ímite de subducción y formada por rocas volcánicas o rocas de un pris­ ma acrecionario. (Véase también arco tectónico, arco volcánico.) arco marino Arco de roca dura que permanece cuando un promontorio de

Glosarlo

arco tectónico Larga y estrecha cade· na de islas o montañas o estrecha ali­ neación submarina adyacente a un lími­ te de subducción y su fosa, formado por procesos tectónicos, tales como la cons­ trucción y levantamiento de un prisma acrecionario. arco volcánico Cadena larga y estre­ cha de volcanes compuestos a lo largo de un margen continental activo o arco insular paralelo a un l ímite activo de subducción. arena Tamaño de las partículas sedi­ mentarias entre 0,06 mm y 2 m m de diá­ metro. arena bituminosa

Ver betún.

arenisca Variedad de roca sedimenta­ ria formada por par ículas minerales del tamaño de la arena. Arents Suborden de los Entisoles ca­ racterizado por poseer fragmentos reco­ nocibles de horizontes pedogénicos que han sido mezclados por la acción de un arado profundo, por cavaduras, o cualquier otra perturbación ocasionada por el Hombre. Argids Suborden de los Aridisoles cuya principal característica es la de po­ seer un horizonte argílico formado so­ bre superficies originadas durante el Pleistoceno (Wisconsiniense) o en pe­ ríodos anteriores a él; la presencia de períodos más húmedos o lluviosos en esta época geológica permitió la iluvia· ción en el horizonte B de capas reticu· lares de arcillas o capas de silicatos. argilans Recubrimientos o cutans que están formados de arcilla; se pue­ den encontrar en los horizontes argí­ licos. Aridisoles Orden de suelo corres­ pondiente a la Taxonomía de Suelos. Son suelos correspondientes a los cli· mas secos, con o sin horizonte argílico, y con acumu laciones de carbonatos o de sales solubles. arista División abrupta, en forma de cuchillo, o cresta formada por dos cir­ cos de la glaciación alpina. arrecife barrera Arrecife coralino separado de tierra firme por un lagoon. arrecife coralino Acumulación de materia mineral carbónica procedente de los corales y algas en aguas poco profundas a lo largo de la l ínea de costa. arrecife costero Arrecife coralino unido directamente a tierra, sin que exista ningún \agoon.

arroyada en manto Flujo superficial de agua que toma el aspecto de una delgada capa de agua que se desliza sobre una superficie lisa del suelo, re­ golito o roca. astenosfera Capa blanda del manto superior, bajo la rígida litosfera. Las ro­ cas de la astenosfera están cercanas al punto de fusión y tienen escasa resis­ tencia. atmósfera Envuelta de gases que ro­ dea la tierra, sostenida por la fuerza de la gravedad. atolón Arrecife coralino de forma cir· cular que encierra en su interior un la­ goon sin ninguna isla central. avenidas Cuando el flujo de agua de la corriente es tan elevado que no se puede acomodar dentro de los límites del cauce, se desborda inundando el lecho de inundación advacente al curso de la corriente. Pued� denominarse también crecida. azimut Dirección referida a una esca­ la circular en grados, leída en el sentido de las agujas del reloj y que se extiende desde Oº a 360º. (Véase también azimut magnético, azimut verdadero.) azimut magnético norte magnético.

Azimut referido al

azimut verdadero Sistema de orien­ tación referido al norte verdadero (nor­ te geográfico) .

backwash Flujo de retorno del agua en una playa bajo la influencia de la gravedad . badlands Superficie accidentada con vertientes abruptas, semejante a peque­ ñas montañas, desarrollada en forma­ ciones ricas en arcilla por la acción de una erosión fluvial tan rápida que no permite el crecimiento de las plantas ni la formación de suelo. baja Aleutiana Centro permanente de bajas presiones situado en la región de las islas Aleutianas, y que se intensi­ fica y profundiza enormemente en in­ vierno. baja condición básica Ver condi­ ción básica de los suelos. baja de Islandia Centro de bajas pre­ siones permanente localizado sobre el Atlántico Norte que en invierno suele tener una enorme actividad. baja polar Centro permanente de ba­ jas presiones situado sobre latitudes e levadas en las partes altas de la atmós­ fera. bajada Ladera inclinada de un cono aluvial o pedimento que se extiende desde la base de la montaña hasta la playa en una región montañosa desér­ tica.

505

balance de radiación Es el balance entre la energía solar entrante, radia­ ción de onda corta, y la radiación de onda larga que se emite hacia el espa­ cio exterior desde la tierra. balance hídrico del suelo Balance entre los diferentes componentes de la economía hídrica del suelo: precipita­ ción, evapotranspiración, cambios en las reservas de agua del suelo, y exce­ dente de agua. balance hídrico global Balance en­ tre los tres componentes hidrológicos -precipitación, evaporación y escorren­ tía- para la totalidad del globo terres­ tre. bancos de hielo Fragmentos indivi­ duales del hielo continuo separados por la acción del viento y las corrientes oceánicas. bar {presión) Unidad de presión o de tensión capilar que equivale a un millón de dinas por centímetro cuadra­ do; es aproximadamente igual a la pre­ sión de la atmósfera terrestre a nive 1 de 1 mar. barbecho en monte Sistema agrícola practicado en la sabana arbolada africa­ na y mediante el cual se cortan y que­ man los árboles de una parcela, a fin de poder cultivarla. barján Duna en forma de media luna con una cresta afilada y una abrupta cara de deslizamiento, con las puntas orientadas en la dirección dominante del viento. barniz del desierto Cobertura oscura iridiscente de la superficie rocosa en un clima desértico. barómetro Instrumento de la presión atmosférica.

de medida

barro Sedimento formado por una mezcla de arci lla y limo con agua, a menudo con presencia de cantidades menores de arena o materia orgánica. basalto Roca ígnea extrusiva com­ puesta por gabro; se encuentra en las coladas de lava, diques, escudos volcá­ nicos y conos de ceniza. bases

Ver cationes básicos.

batolito Gran plutón con un área de exposición mayor de 100 km2, formado generalmente por roca granítica de gra­ no grueso.

hora Viento frío y fuerte que se pre­ senta en invierno a lo largo de la costa del Adriático cuando existe un fuerte gradiente de pres ión.

berma de invierno Berma producida por la acción de las olas de tormenta durante el invierno en las latitudes me­ dias. (Véase también berma de vera­ no.)

Boralfs Suborden de los Alfisoles que se suele encontrar bajo bosques borea­ les o en la alta montaña. Tienen un horizonte superficial de color gris; un subsuelo parduzco y están asociados con una temperatura media del suelo inferior a 8 ºC.

berma de verano Berma producida por las olas durante el verano en las latitudes medias. (Véase también ber­ ma de invierno.) betún Mezcla combustible de hidro­ carburos, de gran viscosidad y que sólo fluye al ser calentada; se considera como una forma de petróleo. Encerrado en arenas, la mezcla se conoce como arena bituminosa. biogeografía Estudio de los modelos de distribución de plantas y animales sobre la superficie terrestre, y de los procesos que los rigen.

bioma de bosque Bioma que com­ prende todas las regiones forestales so­ bre los continentes de la tierra.

barra en cúspide Acumulación cos­ tera de arena que se proyecta hacia el mar en forma triangular; forma de playa.

bioma de pradera Bioma compuesto en su gran parte o completamente por plantas herbáceas entre las que se pue­ den incluir las hierbas, gramíneas y las forbias.

506

bloques diaclasados Masas rocosas fragmentadas por líneas de diaclasa­ miento.

berma Acumulación lineal baja en la arena formada por la acción de las olas. (Véase también berma de verano, berma de invierno.)

barómetro de mercurio Barómetro que utiliza el principio de Torricelli, en el que la presión atmosférica equilibra una columna de mercurio en un tubo.

barras y depresiones Morfología de los lechos de inundación consistente en pequeñas cadenas (barras) y peque­ ñas depresiones formadas en los depó­ sitos de las riberas aluviales, en la parte interior de los meandros.

bloque de falla Masa cortical en for­ ma de bloque situada entre dos fallas normales paralelas. (Véase también fosa, horst).

bolsa de petróleo Acumulación de petróleo en un estrato rocoso.

bioma E s la subdivisión reconocible más grande de los ecosistemas terres­ tres y que comprende la integración to­ tal de la vida animal y vegetal que inter­ actúan dentro de la capa viva.

barrancos Profundas fosas en forma de V excavadas por corrientes, cuyas cabeceras se desarrollan vertiente arriba durante las etapas de erosión acelerada del suelo.

biosfera Conjunto de todos los orga­ nismos vivos de la tierra y los medios naturales en los que se desarrollan.

bauxita Mezcla de diversos minerales de arcilla residuales, fundamentalmen­ te óxidos e hidróxidos, con diversas im­ purezas; principal mena del aluminio.

barómetro aneroide Barómetro que utiliza un mecanismo consistente en una cámara de aire con un vacío parcial y que cuenta con diafragma flexible.

barra litoral Acumulación de arena situada en la zona sumergida de una playa.

biomasa Peso seco de materia orgáni­ ca viva de un ecosistema dentro de un área determinada; las unidades se ex­ presan en gramos de materia orgánica por metro cuadrado.

bioma de sabana Bioma que está constituido por árboles ampliamente distribuidos, y hierbas, todo ello en di­ ferentes proporciones. bioma de tundra Clima frío de la zona ártica caracterizado por poseer una evapotranspiración potencial igual a cero durante ocho meses o más. bioma desértico Bioma de los climas secos caracterizado por una ligera co­ bertura vegetal dispersa compuesta de arbustos, o bien gramíneas, o hierbas perennes, pero que carece de árboles_

Borolls Suborden de los Mollisoles que se encuentra en las estepas de fríos inviernos (l lanuras semiáridas) o en las altas montañas, donde la temperatura media anual del suelo es menor de 8 ºC. borrasca ciclónica Intensa perturba­ ción del tiempo debida al desplaza­ miento de una borrasca o depresión que genera intensos vientos, nubosidad y precipitación. borrasca ondulatoria Vórtice depre­ sionario migratorio en donde interac­ cionan una masa de aire frío con otra cálida a lo largo de un frente claramen­ te definido. bosque Conjunto de árboles que cre­ cen próximos unos a otros de manera que sus copas forman una capa de folla­ je que sombrea ampliamente el suelo. bosque aciculifolio Formación vege­ tal dentro del bioma forestal compuesto en su mayor parte por árboles aciculifo­ lios. bosque boreal Variedad del bosque aciculifolio que se halla en las regiones con clima de bosques boreales de Nor­ teamérica y Eurasia. bosque caducifolio de latitudes me­ dias Tipo de formación vegetal den­ tro del bioma forestal compuesto por árboles de hoja ancha, caducifolios y altos y que se ubican en las regiones con clima húmedo continental y clima marítimo de costa oeste (también lla­ mado bosque estivifollo caduco). bosque de los Grandes Lagos Varie­ dad de bosque perenne aciculifolio que se ubica en la región de los Grandes Lagos de Norteamérica y que están do-

Glosarlo

minados por el pino blanco, el pino rojo, y la cicuta. bosque de musgos Formación fores­ tal dentro del bosque de las regiones montañosas (bosque tropical de monta­ ña) que se encuentra en las zonas tropi­ cal y ecuatorial, y que está caracterizado por grandes acumulaciones de musgos sobre las ramas de los árboles. bosque de pinos meridional Subti­ po de bosque aciculifolio dominado por pinos y que se ubica en las regiones con clima subtropical húmedo. bosque enano Variedad de bosque que se ubica en las regiones montaño­ sas o elevadas de las zonas tropicales y ecuatoriales; está compuesto por árbo­ les enanos con una gran ornamentación de musgos. bosque esclerófilo Tipo de forma­ ción vegetal dentro del bioma forestal, compuesto por árboles bajos esclerófi­ los y que a menudo incluye arbolado o monte bajo esclerófilo; está asociado con las regiones de clima medirerráneo. bosque esclerófilo australiano Ti­ po de formación vegetal subtipo del bosque esclerófilo que se ubica en el continente australiano y que está com­ puesto por bosque, arbolado y vegeta­ ción arbustiva y dominado por muchas especies de eucaliptus y acacias.

en las zonas costeras húmedas del no­ roeste de los Estados Unidos y oeste del Canadá. bosque perenne de hoja ancha Ti­ po de formación dentro del bioma de bosque que está formado por árboles perennes de hoja ancha, y se ubica en las regiones con clima subtropical hú­ medo y en algunas partes de las regio­ nes con clima marítimo de costa Oeste (también conocida como pluviisilva de climas temperados) . bosque tropical d e montaña Tipo de formación vegetal dentro del bioma forestal que se ubica en medios frescos de regiones elevadas de las zonas tropi­ cal y ecuatorial . brioides Grupo de plantas pequeñas y bajas que yacen muy próximas al sue­ lo o dispuestas sobre troncos de árbo­ les; la mayoría son musgos y hepáticas. brisa marina Viento local que rola desde el mar hacia tierra, durante las horas diurnas. brisa terrestre Tipo de viento local que sopla desde el interior de la tierra hacia e 1 mar. buzamiento Ángulo agudo entre u n plano d e roca inclinado y u n plano ho­ rizontal de referencia; siempre se mide de forma P erpendicular a la dirección. ,

bosque espinoso y arbolado espino­ so Subtipo de formación vegetal del semidesierto espinoso. bosque estivifolio caduco Ver bos­ que caducifolio de latitudes medias. bosque laurifolio Variedad de bos­ que perennifolio de hoja ancha domi­ nado por especies de la familia de los laureles (lauráceas); es conocido tam­ bién como laurisilva. bosque mixto perennifolio medite­ rráneo Variedad de bosque esclerófi­ lo compuesto por diferentes especies de roble y pino, comunes en las tierras que rodean el Mediterráneo. bosque monzónico Tipo de forma­ ción vegetal dentro del bioma forestal compuesto en parte por árboles caduci­ folios adaptados a una larga estación seca dentro del clima tropical seco y húmedo. bosque pantanoso de manglares O simplemente manglar, es un tipo de ve­ getación costera que se encuentra en medios con aguas someras y turbulentas ubicadas en las zonas ecuatorial y tro­ pical. bosque perenne aciculifolio Bos­ que compuesto por árboles de hojas pe­ rennes y aciculares; sus especies más características son el pino, la pícea y el abeto. bosque perenne aciculifolio coste­ ro Subtipo dentro de los bosques pe­ rennes aciculifolios que se encuentran

caatinga Región de semidesierto es­ pinoso ubicada al nordeste del Brasil . cabo d e arena Acumulación d e cor­ dones playeros que se proyectan hacia el mar en forma arqueada, originada por progradación. cactiformes Ver plantas perennes desprovistas de hojas. cadena alimentaria Organización de un ecosistema en niveles o, escalones a través de los cuales la energía fluye, a medida que los organismos de cada ni­ vel consumen la energía almacenada en los organismos del nivel próximo ante­ rior. También llamada cadena trófica. cadenas alpinas Elevadas cadenas montañosas que son estrechos cinturo­ nes tectónicos fuertemente deformados y fallados en un tiempo geológico rela­ tivamente reciente. cadena trófica taria.

Ver cadena alimen­

calcedonia Variedad del mineral de cuarzo, compuesto de sílice (dióxido silícico) , con estructura microcristalina. calcificación Acumulación de carbo­ nato cálcico en el suelo que suele ocu­ rrir en el horizonte B , o bien en el C por debajo del suelo solum. calcita Mineral compuesto de carbo­ nato cálcico con perfecta exfoliación

romboédrica, que es el principal consti­ tuyente de la caliza. calcreta Capa rocosa rica en carbona­ to cálcico formada bajo el suelo en el horizonte C. Véase también caliche, horizonte petrocálcico. caldera Gran depresión circular de paredes abruptas, resultado de la explo· sión final y subsistencia de un volcán compuesto. caliche Nombre que se aplica en el sudoeste de los Estados Unidos al hori­ zonte petrocálcico del suelo, que gene­ ralmente está asociado con los Aridiso­ les. (Ver también calcreta.) calima Pequeñas concentraciones de contaminantes o formas diversas de par­ tículas materiales en la atmósfera, oca­ sionando una reducción en la visibi­ lidad. caliza Roca sedimentaria no elástica, en la que la calcita es el mineral princi­ pal, aunque intervienen cantidades va­ riables de carbonato magnésico, sílice y arcilla. calmas tropicales, zona de drums. calor ble.

Ver dol­

Ver ca1or latente, calor sensi­

calor latente Calor absorbido y alma­ cenado por un gas o líquido durante el proceso de evaporación o fusión, res­ pectivamente. calor latente de fusión Calor latente absorbido durante la fusión o liberado durante la congelación. calor latente de vaporización Calor latente liberado durante la condensa­ ción o absorbido durante la evapora­ ción. calor sensible Calor que puede ser medido con un termómetro; indicación de la energía cinética del movimiento molecular dentro de una sustancia. calving Rotura de bloques de hielo glacial procedentes del frente de un glaciar que se extiende por el mar; el proceso por el que se originan los ice­ bergs. cámara magmática Centro de activi­ dad volcánica localizado generalmente en una placa litosférica y no relaciona­ do con el vulcanismo de un límite de subducción (arco volcánico) o un lími­ te de expansión del océano; se cree que están formados por la elevación de una protuberancia del manto. Ejemplo: Ha­ wai, Parque de Yellowstone. campo cerrado Región del bioma de sabana que se halla en las montañas interiores del Brasil, en Sudamérica. campo magnético externo Líneas de fuerza del campo magnético de la tierra, que rodean la superficie sólida terrestre y se extienden por el espacio.

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canal de marea Estrecha abertura en una isla barrera o en un cordón litoral a través del cual fluyen las corrientes de marea. canales de distribución Corrientes de un delta en forma de ramas, que terminan en un lago u océano. canales navegables Estrechas franjas de océano situadas entre Jos bancos de hielo. canchal: Bloques amontonados por Ja acción de Ja abrasión glacial. cantos erráticos Cantos transporta­ dos por el hielo glaciar lejos del lugar de origen en un afloramiento rocoso. cañón

Ver garganta.

cañón submarino Estrecho valle submarino en forma de V originado en el talud continental, atribuido general­ mente a Ja acción erosiva de las corrien­ tes de turbidez. caolín Grava suelta formada por de­ sintegración granular o rocas ígneas fél­ sicas de grano grueso, tales como el granito, en un clima seco. caolinita Arc i l l as mi nerales cuya composición es de óxido de aluminio hidratado, formado generalmente a par­ tir de Ja hidrólisis de feldespato potási­ co y otros mineraies aluminosilicatados. capa activa Estrecha capa superficial sometida al deshielo estacional en las regiones de permafrost. capa blanda del manto capa del manto en Ja que Ja temperatura es cer­ cana al punto de fusión, originando el reblandecimiento de las rocas del man­ to; es sinónimo de astenosfera. capa de estructura reticular Estruc­ tura geométrica que adoptan ciertos mi­ nerales tales como las arcillas; cada una de estas capas está compuesta por áto­ mos e iones unidos fuertemente por en­ laces, mientras que Jos enlaces entre las diversas capas son muy débiles. capa de la vida Zona de Ja superficie que contiene a Ja biosfera; zona de inte­ racción entre Ja atmósfera y Ja superfi­ cie de Ja tierra, y entre Ja atmósfera y Ja superficie del océano. capa de ozono Capa de estratosfera a una altitud entre 20 y 35 km, en la que se produce una concentración de ozo­ no por Ja acción de Jos rayos ultraviole­ ta del sol. capa de silicatos Son minerales sili­ catados que poseen una estructura de capas reticular. Ejemplos de ello lo constituyen Ja mica y Jos minerales arci­ llosos. capacidad de campo de retención.

Ver capacidad

capacidad de carga Carga máxima de materia sólida que puede ser trans­ portada por un río para una descarga determinada.

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capacidad de infiltración Ritmo máximo al que la lluvia o la nieve fun­ dida puede ser absorbida por Ja superfi­ cie del suelo en el proceso de infiltra­ ción. capacidad de intercambio de catio­ nes ( C I C ) Capacidad q u e posee una determinada porción de suelo para re­ tener e intercambiar cationes. capacidad de retención Capacidad máxima que tiene el suelo para retener el agua en contra de Ja fuerza efectuada por Ja gravedad; también denominada capacidad de campo. cara de deslizamiento Cara abrupta de una duna activa, que recibe Ja arena desde Ja cresta de Ja duna, deslizándose repetidamente; alcanza el ángulo de re­ poso de las partículas minerales sueltas en una vertiente. carbohidrato Clase de componentes orgánicos formados por los elementos carbono, hidrógeno y oxígeno. carbón Forma de roca compuesta por hidrocarburos, formada por restos de plantas alteradas y compactadas (tur­ ba) . carbón bituminoso Tipo de carbón con un elevado contenido en sustancias volátiles; también se denomina carbón blando. carbonatación Reacción química del ácido carbónico del agua de lluvia, agua del suelo y aguas subterráneas con Jos minerales; afecta intensamente a los minerales y rocas carbonatadas, como Ja caliza o el mármol; es una actividad de la meteorización química. carbonatos (minerales carbonata­ dos) Minerales que son compuestos carbonatados del calcio, magnesio, o ambos, por ejemplo, Ja calcita (carbona­ to cálcico) o J a dolomía (carbonato magnésico) . carga de fondo Carga del río que se mueve cerca del fondo del lecho y se desplaza por rodadura, deslizamiento o saltos bajos. carga del río Materia sólida transpor­ tada por un río, ya sea disuelta, en sus­ pensión turbulenta, o como carga de fondo. (Véase también carga de fon­ do, carga en suspensión.) carga en suspensión Carga de un río transportada en suspensión turbulenta. cascada Caída libre de una corriente por un abrupto sustrato rocoso en forma de acantilado que corta el cauce del río. cascada de hielo Corte abrupto en Ja pendiente de un valle glacial, Jo cual origina la ruptura del hielo. casquete glacial Masa de hielo gla­ cial limitada a una región elevada de una cordillera montañosa; tipo de gla­ ciar. catión

Ion cargado positivamente.

cationes básicos Ciertos cationes contenidos en la solución del suelo y que son, además, importantes nutrien­ tes vegetales. Los más importantes son los cationes de calcio, magnesio, pota­ sio y sodio. (Son también conocidos como bases.) cationes generadores de ácidos Son cationes, en su mayor parte de aluminio e hidrógeno, cuya presencia en grandes cantidades en Ja solución del suelo Je confiere una condición ácida. cauce Depresión alargada y estrecha ocupada y configurada por una corrien­ te fluvial en su progresivo desplaza­ miento hacia niveles inferiores. cavernas Sistemas subterráneos de . largas cavida des interconectadas forma­ das en Ja caliza por la acción del ácido carbónico (carbonatación) de las aguas subterráneas . célula de convección Columna indi­ vidual de fuertes corrientes ascenden­ tes producidas en la convección atmos­ férica, generalmente asociada con las tormentas. célula de Hadley Célula de circula­ ción atmosférica de las bajas latitudes que comprende el ascenso de aire, so­ bre la zona depresionaria ecuatorial, y el descenso de aire en las zonas de altas presiones subtropicales. célula de presión Centro de altas o bajas presiones, que se identifican res­ pectivamente con el anticiclón y Ja de­ presión. célula litoral Sistema de flujo de ma­ teriales, en el que Jos sedimentos flu­ viales proporcionan Ja entrada básica mientras Ja descarga de sedimentos pla­ yeros a través de un cañón submarino constituye Ja salida. células oclusivas Células que rodean las porosidades o las aperturas de Jos estomas, de manera que pueden mante­ nerlos abiertos o cerrados regulando así el flujo de vapor de agua y otros gases, hacia el exterior. ceniza volcánica Rocas ígneas extru­ sivas finamente fragmentadas expulsa­ das por Ja presión del gas en un volcán; forma de tefra. cerro testigo Colina o montaña pro­ minente de cima plana y vertientes abruptas, que representa generalmente los restos de una capa rocosa resistente en una región de estratos horizontales. ciclo biogeoquímico Ver ciclo de la materia. ciclo de denudación Concepto refe­ rido a las etapas de la evolución de Ja denudación fluvial, en las cuales el re­ l ieve se reduce con el tiempo hasta que se convierte en una penillanura. ciclo de gases Tipo de ciclo de la materia, en e l que u n elemento o com­ ponente pasa a forma gaseosa, se difun­ de a través de Ja atmósfera, para volver