Los métodos morfométricos se emplean frecuentemente durante las investigaciones geomorfológicas ya que mediante ellos se pueden obtener una medida de las formas de la superficie terrestre y sirven de apoyo a los análisis de los movimientos geológicos recientes. El insuficiente conocimiento sobre las características geomorfológicas del relieve del área delimitada por la hoja cartográfica Los Palacios, escala 1:50 000 es el problema de nuestra investigación. Por tanto se proponen como objetivos determinar las características morfométricas del relieve de esa área a partir de la influencia de la geología y la tectónica.
El área de estudio se ubica en la porción sur- Oriental de la provincia Pinar del Río, abarca 117km2 de superficie y está comprendida en la hoja cartográfica Los Palacios (3583-I) (figura 1). El relieve que ahí se desarrolla forma parte de la extensa llanura que se extiende a todo lo largo y ancho de la parte sur de la falla Pinar y las elevaciones superiores no exceden los 95m de altura. Está atravesada de Norte a Sur por los ríos Santo Domingo y Manso.
Entre las formaciones geológicas del área se encuentran:
Formación Paso Real (psr) (Oligoceno Superior - Mioceno Superior basal) constituida por un predominio de las alternancias de calizas y margas. Las calizas son arcillosas, biodetríticas arcillosas y más subordinadamente calizas biohérmicas, calizas dolomitizadas, dolomitas y calcarenitas. Aparecen intercalaciones de areniscas y limolitas calcáreas y arcillas. La estratificación está enmarcada por los cambios litológicos y es frecuentemente lenticular.
Formaciones Cuaternarias: Corresponden a depósitos sedimentarios, los que abarcan toda la llanura desde aproximadamente la Carretera Central hasta el mar, donde los de época Holocénicos en el sector de estudio han sido clasificados como de origen continental. Los depósitos aluviales están asociados con los valles y terrazas fluviales de ríos y arroyos, constituidos por arenas cuarcíferas principalmente, la forma tanto de los granos como de las gravas son angular y subangular preferentemente. Estas se dividen en: Depósitos Aluviales (aQ2) (Holoceno) constituidos por Arenas-arcillosas, arenas, arcillas, limo con gravas cascajos de composición silícea; Depósitos aluviales-marinos (amQ13 -Q2) (Pleistoceno Superior-Holoceno) formados por arcillas arenosas y arenas de color carmelita y grisáceo; Depósitos aluviales-marinos (amN2-Q12) (Plioceno-Pleistoceno Superior) integrados por conglomerados, gravelitas, areniscas arcillosas poco consolidadas, arcillas y arenas con gravas y guijarros de rocas silíceas; Depósitos Aluviales-Proluviales (apQ11-2) (Pleistoceno Inferior-Medio.) constituidos por arcillas arenosas de color pardo grisáceo.
La tectónica de la región se caracteriza por movimientos verticales en bloques elevados y hundidos a diferentes niveles, cuyos límites en muchos casos pueden ser seguidos interpretando las anomalías gravimétricas de los levantamientos geofísicos realizados en el área según (Soca, 2002Soca, Y. 2002. Regionalización Hidrogeológica de la Provincia Pinar del Río. Escala 1:250000:Un Nuevo enfoque. Trabajo de Diploma para Ingeniero Geólogo, Pinar del Río: Universidad Hermanos Saiz, Departamento de Geología.)
Para el análisis morfométrico se utilizaron los siguientes métodos: a) Integral hipsométrica, b) disección vertical, c) rugosidad, d) índice de superficie, e) anomalía del relieve. Además se correlacionaron las formas del relieve con la geología en superficie y se analizaron los alineamientos morfoestructurales.
Las bases de datos de partida están conformadas por la siguiente información: a) Modelo Digital del Terreno del área de estudio a escala 1: 25 000, b) Mapa geológico de Los Palacios a escala 1:50000.La información fue procesada por el software libre QGis.
La interacción de los procesos exógenos con las rocas mantiene un carácter diferenciado en dependencia de las propiedades de las mismas. Teniendo como base este criterio se clasificaronlas formas del relieve por alturas según (Hernández, Ortiz, Magaz, Díaz, & Zamorano, 1994Hernández, O. M., Díaz, Zamorano. 1994. Estilos Geotectónicos Bidimensionales y Tridimensionales Interbloques: Una Nueva Categoría Neotectónica para la Determinación de Morfoestructuras Montañosas.) (Tabla 1).Se realizaron procesamientos a partir del modelo digital del terreno del área en cuestión. Estos datos fueron correlacionados con el mapa geológico para determinar su comportamiento a partir de la geología en superficie.
Para la interpretación de alineamientos morfoestructurales se genera el mapa de relieve sombreado a partir del modelo digital del terreno. Este enfoque permite configurar la posición de la iluminación de la escena, enfatizando así las orientaciones de estas estructuras. Esta información se procesa y se analiza con apoyo de el empleo de diagramas de rosa.
El análisis hipsométrico es el estudio del área de una sección horizontal, distribución areal, de una masa de roca con respecto a la elevación (Strahler, 1952Strahler, A. N. 1952. “Hypsometric area-altitude analysis of erosional topography”. Bulletin of the Geological Society of America, 63: 1117-1142.). La integral hipsométrica (Hi), es un parámetro definido a partir de una curva hipsométrica y corresponde al área situada bajo la misma que representa el volumen de roca que permanece sin ser erosionada.
De acuerdo con (Pike & Wilson, 1971Pike, R. J., & Wilson, S. E. 1971. “Elevation relief ratio,hypsometric integral, and geomorphic area-altitude analysis”. Geol. Soc. Am. Bull., 82: 1079-1084.), el HI para un área dada se puede aproximar con la ecuación:
Donde Hm representa la altura media de la cuenca y Hmin y Hmax la altura mínima y máxima respectivamente.
Algunos autores plantean que la variación espacial de la integral hipsométrica es útil para demostrar la propagación de los impulsos tectónicos a través de una región de litología homogénea y según (Cohen, Willgose, & Hancock, 2008Cohen, S., Willgose, G., & Hancock, G. 2008. A Methodology for calculating the spacial distribution of the area slope equation and the hipsometric integral within a catchment. Journal of Geophysical a Research.) la litología ejerce el control principal sobre la integral hipsométrica, interfiriendo con la respuesta del relieve ante un impulso tectónico.
La disección vertical también conocida como relieve interno; corresponde a la máxima diferencia de cota por unidad de área. Resulta de la diferencia entre el nivel del río y el de los interfluvios que lo rodean (oscilación del relieve). A partir del MDT se genera un modelo por diferencia entre la cota máxima y la cota mínima existente en la cuadrícula elegida (25 x 25 m). Es de gran utilidad para el estudio de las características morfológicas de una región, ya que es un indicador de heterogeneidad topográfica. Se cuantifica por las variaciones verticales de una superficie real a partir de su forma ideal. La existencia de valores altos de este parámetro señala eventos tectónicos de mayor o menor envergadura, incluso de neotectónica (encajonamiento de la red fluvial y formación de cañones); generalmente su tendencia coincide con la tendencia general del relieve; el significado tectónico de su interpretación hace evidentes zonas de interés.
La rugosidad de la superficie puede describirse por varios parámetros; en este trabajo enfocamos la descripción en comparar la similitud entre una superficie topográfica de un área determinada con una superficie plana de la misma extensión geográfica (Grohmann & Smith , 2009Grohmann, C. H., & Smith , M. J. 2009. Surface roughness of topography: multiscale analysis of landfrom elements in Midland Valley, Scotland. En Procedings of geomorphometry (págs. 140-148). Zurich, Switzerland.). La relación para áreas planas será cercana a 1, presentando baja disección vertical y aumenta rápidamente a medida que la superficie real se hace más irregular o accidentada, estas se encontrarán más expuestas a la erosión y tendrán altos valores de disección vertical. Esta se calculará usando la fórmula:
Donde:
Área de la superficie rugosa
resolución del modelo digital del terreno
pendiente del terreno en radianes
El área superficial plana, AP, se calcula:
La rugosidad se calcula sumando para una ventana móvil el área real y el área plana y dividiendo la suma de AR entre el AP.
Normalmente existen valores extremadamente altos de rugosidad en superficie en regiones altamente deformadas. Se pudiera decir que la rugosidad de un paisaje describe cuan profundamente se encuentra afectada por la erosión.
Este índice combina la elevación del MDT con los mapas de integral hipsométrica y rugosidad. Permite discriminar entre áreas con bajo relieve local de áreas con una superficie más variable. Todos los mapas involucrados en los cálculos deben estar normalizados. Se calcula por la expresión:
Siendo SI, índice de superficie, NDTM, NHI y NR los valores de altura, integral hipsométrica y rugosidad normalizados. Valores positivos corresponden a superficies elevadas con bajo relieve local mientras que valores negativos corresponden a relieves variables (rugged).
Los valores positivos corresponden a superficies con bajos valores de rugosidad y de disección vertical; los valores negativos se asocian a relieves muy rugosos con valores elevados de disección vertical.
Las anomalías del relieve (RA) (Scotti, Molin, Faccema, Soligo, & Casas-Sainz, 2014Scotti, V., Molin, P., Faccema, C., Soligo, M., & Casas-Sainz, A. 2014. The influence of surface and tectonic process on lanscapes evolution of the Iberian Chain (Spain): quantitative geomorphical analysis and geochronology . Geomorphology: 37-57.) y el índice de superficie (SI) se emplean para destacar relieves elevados y de bajo relieve local (Disección vertical). Este representa la elevación normalizada por el relieve local (relieve interno, disección vertical). El índice se calcula como:
Con hmedia, hmax y hmin definidas anteriormente
Los valores más altos se obtienen en áreas elevadas planas
Normalmente los valores altos de anomalía del relieve corresponden a superficies planas y elevadas y los valores medios y bajos se relacionan con superficies de elevada rugosidad y disección vertical.
Se obtuvo la clasificación de las formas del relieve por alturas para el área (figura 2) y se determinó que las más representativas eran las llanuras medias. Estas abarcan el 98,97% del área, que representan 115,8km2; las llanuras altas y bajas representan 0,60% y 0,43% respectivamente (figura 3).
Según la geología del área observada en el mapa geológico (Figura 4) se realizaron análisis que permitieron determinar que predominan los depósitos aluviales marinos. Estos ocupan 71,45 km2que representan el 61,7% del área total; el área restante se divide en la Formación Paso Real, Depósitos Aluviales y Aluviales-Proluviales que ocupan un total de 45,55km2 de extensión que constituye un 38,94% (Figura 5).
Al referirnos a la relación entre la geología presente y las formas del relieve reflejado en el mapa de unión geología-altitud (Figura 6), y analizado por el gráfico de barra (Figura 7) podemos decir que la mayor parte de las formas existentes en el área de estudio se encuentran compuestas por llanuras medias en los depósitos aluviales marino representando el 60,62% que ocupa un área de 70,92 km2.
La extracción de los alineamientos mediante el modelo de sombra (Figura 8) y el diagrama de rosa (Figura 9), utilizado para indicar las direcciones principales de los alineamientos en el área de estudio, demostró que estas poseen orientaciones predominantes NW 310°-320° SE y NE 50°- 60°SW.
El segundo análisis consistió en superponer el modelo Riedel al diagrama de rosa del área de estudio asociando la dirección predominante de los alineamientos a los esfuerzos que originaron la falla Pinar. Según (Cofiño, 2002Cofiño,A 2002. “Características microestructurales de las secuencias del Jurásico Superior - Cretácico y su relación con la potencialidad de hidrocarburos en la parte oriental de Sierra del Rosario ”. Tesis de Doctorado, Pinar del Río: Universidad Hermanos Saiz, Departamento de Geología.) se puede determinar su funcionamiento en el tiempo, como una falla de strike slip sinestral (al inicio de su desarrollo) y como una falla normal en su etapa final.
La superposición del modelo de Riedel al diagrama de rosa de los alineamientos (Figura 10) permitió determinar que la dirección predominante de los esfuerzos del área de estudio está asociada a Ơ3 que son representativos de los cabalgamientos. Los alineamientos con dirección de Ơ1 están asociados a la dirección de la falla Pinar. Las fracturas Y expresan a escala subordinada la posición de la faja mayor que genera estructuras discontinuas y las fracturas antitéticas X tienen una dirección NW 330°-340° SE.
Los valores de la integral hipsométrica parecen ser esencialmente controlado por características tectónicas. Los valores más altos se encuentran principalmente a lo largo de escarpes topográficos relacionados con fallas, mientras los valores más bajos se encuentran dentro de depresiones y áreas planas. El área analizada por el mapa de integral hipsométrica(Hi) (Figura11) presenta una alternancia de dichos valores en toda su extensión indicando un terreno heterogéneo, donde los valores mayores de 0,5 representan el volumen de roca que ha sido removida por procesos erosivos y los menores que 0,5 zonas sin ser erosionados.
El mapa de disección vertical (Figura 12) demuestra que los valores más altos se van encontrar en las zonas elevadas del relieve. Este se caracteriza por ser un indicador de heterogeneidad. El área de estudio muestra la presencia de zonas elevadas de alto índice de disección vertical ubicadas al NW del área de estudio representando las áreas de mayor deformación.
El mapa de rugosidad (Figura 13) indica que el área de estudio está compuesta por dos zonas divididas por una falla con dirección NE-SW. La primera de ellas muestra valores altos de rugosidad que indican erosión e incisión, la segunda en casi toda su extensión muestra indicio de ser una región mayoritariamente plana con poca variación en su superficie topográfica.
El mapa de índice de superficie (Figura 14) permite diferenciar dos zonas: una donde predominan una alternancia de valores positivos y negativos, y otra donde posee valores intermedios.La primera de estas se encuentra al NW de la región y posee los máximos y los mínimos valores de rugosidad indicando que es una zona propicia a cambios en el relieve, no siendo así en el caso de la segunda que posee poca variación.
El mapa de anomalías del relieve (Figura 15) es empleado para destacar relieves elevados. En este caso los valores altos corresponden a zonas elevadas planas ubicadas en la porción SE del área de estudio y los valores medios y bajos indican las zonas irregulares concentradas casi en toda su mayoría al NW de la región.
La eficiencia del empleo de métodos tales como la integral hipsométrica, disección vertical, rugosidad, índice de superficie, anomalía del relieve, análisis de alineamientos, correlación de las formas del relieve con la geología en superficie y análisis de alineamientos permitieron la identificación de estructuras menores indicadoras de actividad tectónica.
La correlación entre la geología en superficie y las formas del relieve pudo definir a partir de su distribución espacial el comportamiento del mismo; el área en casi toda su extensión está compuesta por depósitos aluviales-marinos que se encuentran en llanuras medias.
Los ejes de las formas presentaron principalmente direcciones NW-SE y NE-SW coincidiendo con la dirección preferencial de los cabalgamientos y de la falla Pinar respectivamente.
Los estudios morfométricos ofrecieron una valoración de los procesos que están ocurriendo en el área de estudio desde el mismo momento de conformación del relieve actual.
Desde el punto de vista metodológico quedó demostrada la eficiencia del empleo de métodos morfométricos a escala detallada para obtener nuevos conocimientos de las características geomorfológicas de la hoja cartográfica los Palacios a escala 1:50000.