Las Leyes Fractales de las Estructuras Superficiales terrestres (Terremotos, Deslizamientos, Avalanchas, Aludes, Lluvias Torrenciales, Inundaciones, etc.)

Ya explicamos en un post anterior, con motivo del reciente terremoto del Perú (agosto de 2007) la relación entre sismos y procesos superficiales terrestres. Seguidamente os expusimos un breve video que versaba sobre el tema. A continuación explicamos las leyes fractales que dan cuenta de los procesos que dan lugar a terremotos, deslizamientos, avalanchas, aludes, lluvias torrenciales etc. Terminamos ese último post anunciando otro en el que detallaríamos como también muchas estructuras de la superficie terrestre son fractales (es decir regidas por leyes potenciales que cubren al menos en tres órdenes de magnitud de los datos analizados). Bien pues, ha llegado el momento. Efectivamente los procesos fractales parecen dar lugar a estructuras del mismo tipo, con independencia que aquellos deriven de la dinámica de la tectónica de placas (las fuerza geodinámicas internas) o sean consecuencia del clima y los procesos erosivos que generan la génesis del modelado terrestre. Explicaremos pues hoy este último aspecto. 

Con vistas e analizar tal cuestión haremos uso de dos ejemplos, a saber, la distribución por tamaños de las masas terrestres emergidas (producto de la tectónica de placas) y del esculpido de estas en cuencas de drenaje según, sus respectivas extensiones, superficiales por acción de los agentes erosivos a escala geológica, es decir los que configuran el modelado o fisiografía que podemos observar. No nos detendremos a explicar de nuevo lo que son las leyes de escala y los fractales,  por cuanto dimos cuenta de ellos en el segundo de los tres post mentados.  

Mapa de Relieve de las Islas Británicas

Distribución de las masas de tierra y archipiélagos en función de su tamaño

Como todos habréis podido observar en un “mapamundi”, el Planeta Tierra alberga muy pocas masas de grandes dimensiones y un número enorme de islas de diferentes tamaños. Resulta que tal distribución se rige por leyes potenciales que cubren más de seis o siete órdenes de magnitud, por lo que nos encontramos de nuevo ante estructuras fractales. Mientras la distribución de los continentes e islas de gran tamaño (por ejemplo, Groenlandia, Islandia, Nueva Zelanda, etc.) se estructura a lo largo de decenas y cientos de millones de años, los de la plétora casi innumerable de archipiélagos de menores dimensiones son el resultado de procesos de menor duración (millones o decenas de millones de años).  Grosso modo, podemos clasificar los archipiélagos en tres clases diferentes (aunque podríamos subdividirlos en más categorías):

·         Archipiélagos vinculados a las dorsales oceánicas (límite entre placas tectónicas)

·         Archipiélagos intraplaca, situados sobre puntos caliente del manto terrestre dentro de una determinada placa

·         Archipiélagos continentales (colindantes a los continentes y que de hecho forman parte de los mismos, aunque brazos de mar los separen de su núcleo principal)

Los primeros, forman un rosario de grupos de islas que jalonan los límites entre placas continentales y son el resultado del afloramiento de magma en las mismas. El manto terrestre escupe en sus zonas limítrofes ingentes cantidades de materiales volcánicos que dan lugar al piso oceánico, parte del cual aflora sobre la superficie del mar en forma de archipiélagos como los innumerables que acaecen en el pacífico (polinesia, melanesia, etc.). Los segundos también son producto de la expulsión por el manto de materiales volcánicos, pero dentro de una placa litosférica concreta. Acompañan a los denominados puntos calientes o plumas, como podréis comprobar en Wikipedia. Ejemplos típicos de estas islas son las Canarias y de Hawai. Finalmente, los terceros, forman parte de las placas continentales en si mismas. Cuando las glaciaciones hicieron descender el nivel de los océanos en más de 150 metros, muchos de ellos aparecían como extensiones de los mentados continentes sin solución de continuidad. En otras palabras, se trata de cadenas montañosas separadas de la masa principal por brazos de mar de escasa profundidad. Son parte del continente en cuestión.

En consecuencia, no nos hubiera extrañado que procesos tan diferentes como los mentados hubieran dado lugar a una distribución distinta del número de islas en función de sus dimensiones, empero no es así. Los tres grupos de archipiélagos son conformes a una distribución fractal y lo que es más interesante, cuando están compuestos de numerosas islas suelen dar lugar a dimensiones fractales (las que en definitiva nos informan de cuantas de ellas existen según su tamaño) bastantes similares. Recordemos que la relación entre la magnitud y frecuencia de terremotos, era también fractal: el producto del roce y colisión entre placas tectónicas convergentes. Existen numerosas pruebas de que la dinámica del interior de La Tierra es no lineal y se puede modelizar en parte por procesos fractales, como lo es la inversión de los campos magnéticos (la duración de estos también da lugar a las mentadas estructuras). En resumidas cuentas, como ya anunciamos en el post anterior, una dinámica fractal parece dar lugar las estructuras fractales que podemos observar a simple vista.     

Estructura de la superficie terrestre en cuencas de drenaje

Las cuencas de drenaje son el principal motor de los procesos de denudación continental a escala geológica. La tectónica de placas (geodinámica interna) da lugar a la emergencia de grandes cadenas montañosas (orogenia), mientras que la erosión (geodinámica externa con independencia que sea fluvial, glaciar o eólica) tiende a rebajar o suavizar tales accidentes fisiográficos. Así con el tiempo, si los agentes internos cesan, la erosión termina reduciendo el relieve a esas inmensas llanuras de los centros de placa, como ocurre en una buena parte de la cuenca amazónica brasileña, o las sabanas africanas. Pues bien, si delineamos todas las cuencas y medimos sus dimensiones, obtenemos un nuevo grupo de datos que nos informa que hay muy pocas de gran tamaño (como la del Amazonas) y muchas minúsculas, mientras la abundancia de las de extensión media ocupa una posición intermedia entre las dos primeras. Al ajustar los datos obtenemos una vez más una ley de escala o distribución potencial que cubre más de tres órdenes de magnitud (de las que apenas tienen unos pocos kilómetros cuadrados, a las que cubren cientos de miles). Más aún, la geometría de los cauces de las cuencas atesora también la misma estructura fractal que el sistema circulatorio y respiratorio de los organismos animales, así como el de la ramificación de árboles y raíces de las plantas. Ya hemos hablado en varias ocasionas de ello, como en este post, y en otros incluidos en la categoría “Diversidad, Complejidad y Fractales”. La génesis de estas estructuras puede durar de miles a cientos de miles de años. Pero la cosa va mucho más allá.

Paisaje de badland

Se denominan badlands (“tierras malas” en suahili) a aquellas formas del modelado terrestre que al erosionarse con facilidad generan unos paisajes rugosos serpenteados por una miríada de surcos, en donde los más pequeños de ellos pueden medir tan solo unas decenas de centímetros. Tales relieves pueden generarse en lapsos muy breves de tiempo (entre meses y años, los diminutos, haciendo falta tan sólo a veces unos cuantos eventos pluviales). Pues bien, estos regueros o pequeños surcos poseen la misma estructura divisoria y la misma geometría de los cauces que las cuencas de gran tamaño anteriormente aludidas. Se puede pues pasar de escalas continentales a espacios de pocos metros, observando que el agua discurre de la misma forma por geometrías idénticas (como por ejemplo, en el ya aludido sistema circulatorio de los vertebrados: desde las grandes arterias y venas a los minúsculos capilares que alcanzan todas las partes del cuerpo).

Paisaje de Badlands y Paisaje de badlands

Sabemos que es el flujo del agua en su discurrir desde que tierra que recibe las precipitaciones hasta que alcanza el mar, genera los grandes rasgos geométricos de los paisajes de erosión fluvial. También entendemos que los eventos de mayor magnitud y menor frecuencia (lluvias torrenciales) realizan la mayor parte del trabajo erosivo de esculpido de las cuencas. Resulta que la magnitud frecuencia de estos eventos, así como las inundaciones a las que dan lugar también siguen las reiteradas leyes potenciales, es decir son fractales o casi fractales (multifractales para ser más concretos). Se trata de lo que hoy conocemos por Leyes de Horton o Leyes de Horton Strahler. Así pues, de nuevo, procesos fractales parecen dar lugar a estructuras fractales. ¿Hay más?; pues sí bastante, aunque para terminar tan solo expondremos un ejemplo.

Cuencas de Drenaje de sur y centro América y detalle en Argentina

El Relieve

Vayámonos a un archipiélago continental (por ejemplo las Islas Británicas) o semicontinental (mezcla de algunos de los tres tipos de archipiélagos previamente mencionados, como lo son las islas del Egeo). Midamos el tamaño de cada isla y su altitud máxima. ¿Qué nos encontramos? Más de lo mismo. En otras palabras, conforme aumenta el tamaño de la isla lo hace el relieve de acuerdo ¿a qué?: (¡has acertado!, ¡eres un genio!): una ley potencial que por cubrir más de tres órdenes de magnitud podemos decir que es fractal. Dicho de otro modo, estadísticamente las islas más grandes atesoran los relieves más abruptos y las montañas más altas.

Magnitud Frecuencia de las Precitaciones

Ajuste a una Ley Potencial

Y ahora os preguntaréis: ¿Pueden tales estructuras condicionar la forma en como se distribuyen los suelos y los organismos vivos en la superficie terrestre? Una vez más ¡has acertado! ¿Y va a ser del mismo tipo, es decir otra vez leyes de escala o potenciales? Pues va a ser que sí. Ya analizaremos estas estructuras en otro post.

Red de Drenaje densa en el cono de un volcán (El Salvador)

Juan José Ibáñez

En trance fractálico

PD. Los enlaces con vistas a explicar todo lo relacionado con la tectónica de placas aparecen en este post.

Paisaje de Badland: El País Dominical