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Influencia del patrón climático regional y la tectónica en
la conformación del sistema de drenaje de la Serranía de
San Lucas, Colombia: Análisis a partir del uso de la
integral hipsométrica.
Daniel Felipe Guarín Estrada
24 de Noviembre de 2017
Universidad de Los Andes
Bogotá, Colombia
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Tabla de contenido
1. Resumen ......................................................................................................................... 4
2. Introducción ................................................................................................................... 5
2.1 Objetivos ......................................................................................................................... 6
2.2 Teoría del Análisis de Hipsometría ................................................................................. 8
3. Metodología.................................................................................................................. 10
4. Marco Geológico .......................................................................................................... 16
4.1 Caracterización Geográfica ........................................................................................... 16
4.2 Caracterización Geológica ............................................................................................ 21
4.2.1 Flanco Occidental .................................................................................................. 23
4.2.2 Flanco Oriental ...................................................................................................... 23
4.3 Caracterización Estructural ........................................................................................... 24
4.4 Evolución Tectónica de la Serranía de San Lucas ........................................................ 27
5. Patrones Climáticos Regionales ................................................................................. 30
5.1 Precipitación Media Anual ............................................................................................ 31
5.2 Temperatura Media Anual ............................................................................................ 32
5.3 Radiación Solar Media Anual ....................................................................................... 33
5.4 Velocidad media anual del viento en superficie............................................................ 34
5.5 Dirección predominante del viento ............................................................................... 35
6. Hipsometría.................................................................................................................. 36
6.1 Curvas Hipsométricas ................................................................................................... 36
6.2 Integral Hipsométrica .................................................................................................... 37
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7. Estudio Estadístico ...................................................................................................... 39
7.1 Integral Hipsométrica y Área de la Cuenca .................................................................. 39
7.2 Integral Hipsométrica y Relieve .................................................................................... 40
7.3 Integral Hipsométrica y Orden Jerárquico Strahler....................................................... 41
8. Discusión ...................................................................................................................... 43
8.1 Influencia de la Litología .............................................................................................. 43
8.2 Influencia del Clima ...................................................................................................... 44
8.3 Influencia de la Tectónica Regional .............................................................................. 48
8.3.1 Análisis del Índice Normalizado de Pendiente (ksn) .............................................. 51
8.3.2 Análisis de Equilibrio Geométrico de Cuencas de Drenaje. .................................. 55
8.3.3 Análisis del Control Tectónico .............................................................................. 61
9. Conclusiones ................................................................................................................ 65
10. Referencias ................................................................................................................... 67
11. Índice de figuras .......................................................................................................... 71
12. Índice de Tablas ........................................................................................................... 73
13. Agradecimientos .......................................................................................................... 74
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1. Resumen
Las relaciones entre clima, tectónica y modelamiento de la topografía regional son
fundamentales para entender la formación y evolución de un sistema montañoso. Sin
embargo, a raíz de distintos trabajos realizados en diferentes cuerpos montañosos en el
mundo (Wobus, et al., 2006c; Azañón, et al., 2015; Burbank & Anderson, 2012; Hurtrez, et
al., 1999; Kirby & Whipple, 2012; Montgomery, et al., 2001; Lifton & Chase, 1992; Pérez-
Peña, et al., 2010; Riebe, et al., 2001) se ha generado un debate en el cual se discute cuál de
estos factores, clima o tectónica, ejerce el mayor control sobre la topografía local y evolución
orogénica. En este trabajo de investigación se pretende analizar los diferentes parámetros de
control que determinan la evolución y conformación de la red de drenaje de la Serranía de
San Lucas. Este cuerpo montañoso, el cual se configura como el extremo norte de la
Cordillera Central de Los Andes de Colombia, presenta gradientes marcados en materia de
patrones climáticos y tectónicos actuales entre sus flancos.
Mediante el uso de la integral hipsométrica como principal proxy de madurez erosional
y estado de evolución de las cuencas de drenaje de la Serranía, se analiza cómo afectan los
factores mencionados anteriormente esta medición de ciclos erosivos y edad comparativa
entre flancos. Mediante el uso de sistemas de información geográfica y análisis remoto se
realiza un estudio estadístico – geomorfológico en cual se cuantifica el control que ejercen el
clima y la tectónica en la evolución topográfica del orógeno. Se logra observar un flanco
occidental mucho más erosionado y antiguo con una integral hipsométrica promedio de
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0.3031 mientras que el flanco oriental, más joven y menos erosionado, presenta una integral
promedio de 0.5090. Los índices geomorfológicos usados, el análisis de patrones de drenaje
y el estudio estadístico de influencia de condiciones climáticas en el valor de la integral
hipsométrica sugieren que el flanco oriental de este cuerpo montañoso presenta mayor
actividad tectónica en el caso de la Serranía de San Lucas. De igual manera, los resultados
de este trabajo sugieren que el patrón climático regional y la diferencia en estos valores entre
los flancos del orógeno ejercen un control mayor que la tectónica, ejerciendo un mayor
control sobre la morfología de la red de drenaje y la evolución topográfica del sistema
montañoso.
2. Introducción
Entender la relación entre tectónica, clima y procesos superficial ha convertido ha
convertido a la geomorfología en una de las ramas de las Ciencias de la Tierra que presenta
mayor crecimiento en investigación (Pérez-Peña, et al., 2010; Snyder, et al., 2000). En
regiones tectónicamente activas como los Andes colombianos, la hipsometría puede ser
determinante para conocer la respuesta de la topografía a diversos controles tectónicos y
climáticos que influencian la madurez erosional de las cuencas de drenaje (Strahler, 1952;
Montgomery, et al., 2001).
Los procesos de levantamiento de orógenos tienen un efecto directo en la conformación
espacial de los sistemas de drenaje y las cuencas de deposición de los mismos (Kirby, 2001).
Los ríos del sistema de drenaje de un orógeno activo sirven como indicador cualitativo de
tasas de levantamiento variable en tiempo y espacio por lo que su estudio es clave para
entender la evolución de una cadena montañosa (Azañón, et al., 2015). Si bien la discusión
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entre clima, tectónica y su relación directa con la geomorfología fluvial sigue siendo un tema
de debate, en sistemas tectónicamente activos se ha sugerido que es la tectónica quien ejerce
el mayor control sobre el sistema fluvial (Howard, 1994; Riebe, et al., 2001). Sin embargo,
otros estudios sugieren que los diferenciales de tasas de erosión pueden ser resultado de la
respuesta de la topografía al levantamiento tectónico mediante el cambio en las frecuencias
de eventos de deslizamiento y derrumbes asociados a gradientes de precipitación orográfica
en cuerpos montañosos (Roe, et al., 2002). Esto sugiere que el cambio local de relieve
(levantamiento) no ejerce un control significativo en los diferenciales de tasas de erosión,
siendo esta respuesta una consecuencia y no una causa, dándole una mayor importancia al
efecto del clima en el ciclo de denudación, la morfología de la red de drenaje y los procesos
erosivos (Roe, et al., 2002; Whitfield & Harvey, 2012).
Este estudio está enfocado en la Serranía de San Lucas, la terminación más norte de la
Cordillera Central de Los Andes de Colombia y la cual está ubicada en el límite entre los
departamentos de Antioquia y Bolívar. De igual manera, se ofrecen datos nuevos sobre la
Serranía con el objetivo de contribuir al mejor entendimiento de los factores que afectan la
evolución topográfica de cuerpos montañosos y por ende aportar nueva información sobre
este orógeno.
2.1 Objetivos
Mediante el análisis de curvas hipsométricas del sistema de drenaje de la Serranía de San
Lucas se puede inferir una relación entre tectónica, patrones climáticos actuales y morfología
fluvial. El objetivo general de este estudio es examinar el control de la tectónica y el clima
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en el desarrollo de la morfología de los drenajes en ambos flancos del orógeno y cómo la
topografía responde a los factores externos que moldean la red hidrográfica y determinan su
capacidad erosiva.
En orógenos como la Serranía de San Lucas, la morfología fluvial y la distribución de
área por altura en cada una de sus cuencas de drenaje puede depender de la distribución
espacial de las cuencas de drenaje, el clima o la tectónica (Singh, 2008). Con el objetivo de
determinar cuál de estos factores ejerce el mayor control sobre la evolución de los drenajes
de la Serranía, se busca hacer un estudio estadístico de correlación entre el valor de la integral
hipsométrica y diferentes variables externas que pueden influenciar la madurez erosional de
sus cuencas de drenaje.
En cuanto a la distribución espacial, las variables que pueden presentar correlación son:
Área de la cuenca, diferencia de altura entre máxima y mínima elevación y orden jerárquico
Strahler de los ríos de la cuenca (Singh, 2008; Chen, et al., 2003; Willgoose & Hancock,
1998; Hurtrez, et al., 1999). En caso de tener una correlación positiva entre alguna de estas
variables y el valor de la integral hipsométrica, el análisis climático y tectónico del sistema
sería impreciso (Singh, 2008), por lo que el primer paso es comprobar que estas variables no
ejercen un control directo en el modelo.
Posteriormente, se realizaran mapas y mediciones de las variables climáticas que pueden
presentar correlación con el valor de la integral hipsométrica. En este caso se analizara
temperatura, precipitación, radiación solar y dinámica eólica. Por consiguiente, se busca
mediante un estudio estadístico de correlación de estos patrones y el valor de la integral
hipsométrica si efectivamente la morfología fluvial del sistema está ligada a los gradientes
climáticos entre flancos. En caso de presentarse tal correlación se puede sugerir que el clima
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ejerce un control significativo sobre la conformación de la red de drenaje de la Serranía y
sobre la respuesta de la topografía a la dinámica fluvial.
De igual manera, se realiza un mapa geológico y estructural en cual se pueda examinar si
la litología de las formaciones superficiales de la serranía puede ser un control directo sobre
el sistema. En caso de presentarse tal relación, se puede establecer que la litología ejerce un
control directo sobre el modelamiento del terreno.
A continuación, mediante una caracterización tectónica histórica y actual de la región,
mediante diferentes índices geomorfológicos, se puede hacer un análisis cualitativo en el cual
se examine el control que ejercen estos factores en la morfología fluvial actual y a la
distribución de área por altura de los flancos de la Serranía. Estudiando la historia de
levantamiento y evolución de la Serranía y el régimen tectónico actual, se pueden realizar
valoraciones en las que se determine si este factor ejerce un control significativo en el
sistema.
Finalmente, se pretende dar datos de primer orden suficientes para aportar al debate del
control e influencia del clima y la tectónica en la morfología fluvial y topográfica de un
cuerpo montañoso y abrir la puerta a mayor investigación en este orógeno.
2.2 Teoría del Análisis de Hipsometría
La hipsometría es una medición de distribución de área por altura en una cuenca de drenaje.
Esta medición permite conocer el estado de madurez erosional de la cuenca (Strahler, 1952).
En caso de presentar un estado evolucionado de madurez, gran parte del volumen de las zonas
altas fue erosionado, transportado y depositado en las zonas bajas por lo que un porcentaje
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muy bajo de área se encontrara a elevaciones altas. En estados intermedios o bajos de
madurez, el drenaje todavía no ha erosionado significativamente las zonas altas de la cuenca,
por lo que un porcentaje importante del área de la cuenca permanece a elevaciones altas.
La curva hipsométrica consiste en el área normalizada en el eje X y la altura normalizada
en el eje Y, lo cual facilita la comparación directa entre cuencas, sin importar el área ni altura
de cada una de ellas (Pérez-Peña, et al., 2010; Montgomery, et al., 2001). En teoría, los ríos
más antiguos y que presentan mayor potencial erosivo serán los que más inciden en el terreno
por lo que se esperaría ver una curva convexa (cóncava hacia arriba) donde la mayor parte
del área de la subcuenca se encuentra a baja elevación y el río ha erosionado y transportado
gran parte de los sedimentos de la parte de mayor elevación de la cuenca. Por el contrario, en
cuencas de drenaje más jóvenes y con menor potencial erosivo se puede esperar que su curva
hipsométrica sea casi lineal o cóncava (cóncava hacia abajo) lo cual indica que gran parte de
su área sigue estando a elevaciones altas y por lo tanto, ese sistema fluvial en particular no
ha incidido en la topografía de manera considerable (Strahler, 1952). (Fig. 1)
Figura 1 Esquema explicando la lógica detrás de la curva hipsométrica. Modificado de (Singh, 2008)
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3. Metodología
Mediante el uso de sistemas de información geográfica y el análisis de modelos de
elevación digital (DEM por sus siglas en inglés) se puede tener una muy buena aproximación
a la topografía y la morfología del drenaje del área de estudio (Lin & Oguchi, 2006; Jenson
& Domingue, 1988). En primer lugar, se procede a descargar el DEM con resolución espacial
de 90 metros de la página del proyecto SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) de la
agencia aeroespacial de los Estados Unidos (NASA).
Posteriormente, usando el programa ArcMap 10.4 y los algoritmos de análisis espacial
configurados en la barra de herramientas, se procede a rellenar los espacios presentes en el
raster descargado, en caso de haber vacíos en el mapa de pixeles. Esta herramienta,
denominada Fill, toma los valores de celdas adyacentes y mediante una interpolación, le da
un valor de elevación a la celda vacía. Este paso es fundamental ya que permite desarrollar
los pasos necesarios para el trazado de la red hidrográfica, la cual será esencial para escoger
las cuencas a las cuales se les realizara el análisis geomorfológico.
Una vez asegurado un DEM sin vacíos se procede a hacer un cálculo de dirección de flujo
(Flow Direction) y acumulación de flujo (Flow Accumulation). La dirección de flujo sigue
un acercamiento denominado rutina de flujo D8 en el que cada pixel del raster tiene ocho (8)
direcciones posibles de flujo dependiendo del valor de celdas adyacentes (Jenson &
Domingue, 1988) (Fig. 2).
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Figura 2 Codificación de dirección de flujo a partir de valores de elevación de un DEM. Tomado del manual
de uso del programa ArcMap 10.4 modificado de (Jenson & Domingue, 1988)
A continuación, una vez completado el paso de cálculo de dirección de flujo, se procede a
calcular la acumulación de flujo. Este paso permite saber en qué pixeles se concentra el flujo
determinado por la rutina D8. Se determina que después de cierto límite inferior de
acumulación, este pixel pasa a ser parte de un cauce fluvial (Tarboton, et al., 1991)(Fig. 3).
En el caso de este trabajo, se determina que el límite inferior de acumulación para que se
considere un pixel como parte de un rio será de 5000, donde se busca poder ver con detalle
los diferentes ríos de la red de drenaje dendrítica de la Serranía.
Figura 3 Esquema de acumulación de flujo a partir de un DEM. Tomado del manual de uso del programa
ArcMap 10.4 siguiendo a (Jenson & Domingue, 1988)
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El paso final para el trazado de la red de drenaje consiste en la reclasificación del raster de
acumulación de flujo y el trazado de los cauces fluviales. Para esto, se utiliza la herramienta
Reclassify de ArcMap 10.4 en el que se crea un raster de puntos de acumulación de flujo con
un valor igual o superior a 5000. Finalmente, para crear un raster en el que se conecten estos
puntos y se creen líneas que representaran la red de drenaje, se utiliza la herramienta Stream
to Feature. Esta herramienta conecta los puntos delimitados anteriormente los cuales se
configuran como los ríos del sistema de drenaje de la Serranía de San Lucas.
Después de trazar la red hidrográfica, el paso siguiente es la delimitación de las cuencas
de los flancos orientales y occidentales de la Serranía. Para este trazado, se procede a señalar
los puntos de mayor acumulación de flujo de la red en el río principal donde la cuenca será
delimitada espacialmente. Finalmente, el programa, mediante la herramienta Watershed,
delimita los polígonos de las subcuencas de drenaje basado en el punto de mayor
acumulación de la cuenca, escogido manualmente en la desembocadura del tronco fluvial de
cada una de estas. Esta cuenca de drenaje se configura como un polígono que delimita
espacialmente el DEM desde la cabecera de drenaje, en la línea de divisoria de aguas, hasta
el punto de mayor acumulación e incluye todos los drenajes que se configuren como
tributarios del cauce principal de la cuenca creada.
El paso posterior a la creación de cada una de las subcuencas a estudiar es hacer un análisis
cuantitativo del área del polígono que se encuentra a determinada elevación. Para conseguir
este resultado, se secciona el modelo de elevación digital descargado en un nuevo raster
cuyos límites espaciales serán los mismos del polígono de cada subcuenca, creando así 10
DEMs individuales con la forma del polígono que delimita cada cuenca creada. Al realizar
este pasó se obtienen los valores de altura y área para cada una de las subcuencas por lo que
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se procede a abrir la tabla de atributos de cada uno, en la cual se puede encontrar el área a
determinada elevación, desde el punto de mayor acumulación, extremo de menor elevación;
hasta la cabecera fluvial, a mayor elevación.
Esta tabla de atributos no presenta un acumulado del área por debajo de determinada altura
por lo que se realiza la sumatoria de las áreas acumuladas hasta el paso inmediatamente
anterior. A la hora de trabajar con la altura, se normaliza el valor de la misma siendo cero (0)
el valor de menor elevación y uno (1) el valor de mayor elevación del polígono. Se calcula
el área acumulada desde el punto más bajo hasta el punto más alto, donde alcanza su máximo
normalizado.
A continuación, se realiza el gráfico de las curvas hipsométricas trazando el valor del área
acumulada normalizada en el eje X contra la elevación normalizada en el eje Y. Para la mejor
visualización de cada flanco de la Serranía, se separan en dos grupos de colores, uno por cada
flanco. Posteriormente, para calcular el valor de la integral hipsométrica se hace una
interpolación polinomial de grado seis (6). Esto permite conocer la ecuación de la curva cuya
forma se aproxima de mejor manera a la curva hipsométrica realizada anteriormente. Se
comprueba que el valor de R2 sea cercano a uno (1) con el fin de tener la mejor aproximación
posible, siguiendo la teoría del coeficiente de determinación que dicta que la mejor
aproximación posible tendera a tener un valor de R2 lo más cercano a uno (1) (Kendall &
Stuart, 1979).
Conociendo la ecuación de cada curva hipsométrica, se procede a calcular el valor de su
integral en el programa Mathematica. Estos valores son tabulados y se determina un
promedio de la integral hipsométrica para cada flanco de la Serranía basado en cinco
subcuencas de drenaje por flanco.
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Con la intención de determinar si el valor de esta integral se debe a parámetros que no son
objeto de estudio de este trabajo, se realiza un análisis estadístico de correlación con
diferentes factores espaciales como altura de la cuenca, área total y orden del rio principal de
la misma. Para esto se hace una regresión lineal en la cual se determina el coeficiente de
correlación de Pearson al cuadrado (R2). Esto permite saber si los valores de la integral
hipsométrica se deben a los factores anteriormente enunciados o a controles directos del
clima y la tectónica regional en el modelado de la topografía.
Inmediatamente, con el fin de realizar el análisis completo de los patrones climáticos
regionales que pueden afectar la forma de la curva hipsométrica (i.e. el valor de su integral),
se hizo un estudio de los principales factores climáticos que contribuyen al ciclo completo
de denudación. Con este fin, se procede a integrar los rasters de condiciones climáticas
creadas por el Instituto Nacional de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales de
Colombia (IDEAM) y que se pueden descargar libremente de la página del Sistema de
Información Ambiental de Colombia (SIAC). De igual manera, en el Atlas Climatológico de
Colombia edición 2015 se recogen las mediciones climáticas tomadas desde el año 1981
hasta el año 2010. De este estudio se toman los datos y se crean los rasters necesarios para
la realización de mapas de caracterización climática de la región de la Serranía de San Lucas.
De esta manera, se logra construir mapas de precipitación media anual, radiación solar media
anual, temperatura media anual, velocidad media anual del viento en superficie y la dirección
predominante del viento durante el año.
Para estudiar la relación entre los factores climáticos discutidos anteriormente y el valor
de la integral hipsométrica se hizo un análisis de correlación entre los mismos usando el
coeficiente de correlación de Pearson al cuadrado (R2). En el caso de la precipitación media
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anual, temperatura media anual, radiación solar media anual y velocidad del viento media
anual en ambos flancos, los valores de cada elemento se clasifican mediante rangos y no con
valores directos de cada uno de los mismos en el área por parte del IDEAM. Por lo tanto, se
procede a hacer una reclasificación de estos valores en valores numéricos por pixel mediante
la herramienta Reclassify de ArcMap 10.4. Al reclasificar los rangos en valores exactos, se
crean índices que permiten calcular el peso estadístico de cada uno de estos factores por
subcuenca, facilitando el análisis y la comparación entre cada una de las cuencas modeladas.
Posteriormente, se realiza un cálculo del porcentaje que ocupa espacialmente cada valor
del parámetro a analizar por subcuenca usando la herramienta Zonal Statistics. Esto permite
tener un valor preciso en polígonos donde puede haber más de un valor (rangos diferentes) y
sea necesario calcular el valor exacto de este factor climático. Al poder asignar un valor
directo a cada parámetro, en cada cuenca se puede establecer un análisis de correlación entre
cada uno de los factores con la integral hipsométrica, con el fin de establecer si efectivamente
ejerce un control directo sobre la morfología del drenaje de la Serranía (Khatun & Pal, 2016).
A continuación, se realiza una caracterización estructural y litológica de la zona usando la
literatura existente, la plancha 5-06 en escala 1:500,000 descargada de la página del Instituto
Geográfico Agustín Codazzi y rasters digitales del mapa geológico de Colombia edición
2015 realizados por el Servicio Geológico Colombiano (SGC, 2015). De igual manera, se
realizan cinco perfiles transversales superficiales de la Serranía con el fin de evidenciar en
topografía si hay alguna asimetría transversal que pueda ser causada por diferenciales de
influencia climática o tectónica entre flancos.
Para el análisis de la influencia de la tectónica regional en la conformación espacial de
drenajes se usa el índice normalizado de pendiente (Normalized steepness index en inglés)
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(Ksn) y se realiza un mapa del parámetro Chi que permite evidenciar la tendencia de captura
de cabeceras de cuenca, migración de la línea divisoria de aguas y reorganización de la red
de drenajes por desequilibrio geométrico (Willett, et al., 2014; Perron & Royden, 2012).
Estos índices geomorfológicos permiten identificar el efecto de la tectónica en el valor de
la integral hipsométrica para los flancos occidental y oriental del orógeno y evidenciar si
existe una correlación entre los mismos y el valor de la integral, mostrando un control
significativo de la tectónica activa del margen occidental del Valle Medio del Magdalena en
la morfología de la red de drenaje.
4. Marco Geológico
4.1 Caracterización Geográfica
La Serranía de San Lucas se conforma como el extremo norte de la Cordillera Central de
los Andes colombianos (Fig. 4) y tiene una altura máxima de 2258 metros sobre el nivel del
mar según el modelo de elevación digital utilizado en este trabajo (Fig. 5). Los ríos del flanco
oriental de este orógeno desembocan en la cuenca del Valle Medio del Magdalena mientras
que los ríos del flanco occidental desembocan en la cuenca del río Cauca. Este cuerpo
montañoso pertenece a dos departamentos del país donde su sección sur se encuentra en el
departamento de Antioquia mientras que su sección norte pertenece al departamento de
Bolívar. Los municipios de mayor importancia, los cuales ejercen control territorial sobre la
serranía, son Montecristo, en el flanco occidental, y Santa Rosa, en el flanco oriental.
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Figura 4 Mapa de la región de estudio. SSL = Serranía de San Lucas. COc = Cordillera Occidental. CC =
Cordillera Central. COr = Cordillera Oriental. OP = Océano Pacífico. SNSM = Sierra Nevada de Santa Marta.
SA = Suramérica.
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Esta región del país, donde la minería juega un papel fundamental en el sostenimiento de
las economías locales y la subsistencia de las comunidades que viven de ella, se ha visto
envuelta en una álgida discusión sobre la declaración de la Serranía como parque natural
(CARACOL, 2017). Este sistema montañoso y sus ecosistemas hacen parte de los llamados
refugios Pleistocénicos, llamado refugio Nechí, donde los niveles de especiación son muy
altos, caracterizándose como sistemas extremadamente biodiversos, lo cual ha motivado esta
propuesta de conservación ecosistémica (Haffer, 1969).
Además de esto, esta región ha sido clave en el conflicto armado con presencia importante
de diferentes actores como la guerrilla del ELN, los grupos armados paramilitares al margen
de la ley y las fuerzas militares del estado (SEMANA, 1998).
Figura 5 Ubicación geográfica de la Serranía de San Lucas y reclasificación en diferentes intervalos de
elevación.
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Las subcuencas de drenaje objeto de este estudio se encuentran en el flanco occidental y
oriental del orógeno. En este caso, se escogen estas cuencas ya que son aquellas cuyas
cabeceras se encuentran en el límite de divisoria de aguas y representan la mayor parte de la
red de drenaje del orógeno (Fig. 6). Por lo tanto, en este límite se puede trazar la división
entre flanco occidental y flanco oriental de la serranía. Se estructuran cinco subcuencas por
cada flanco de la siguiente manera:
Figura 6 Mapa de elevación con las subcuencas de drenaje a analizar y la red hidrográfica de la Serranía de
San Lucas.
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En la figura 7 se ilustran las cuencas en un polígono que delimita el área total de cada una
de ellas. Se denominan según su flanco y su orden creciente de norte a sur. A lo largo de este
trabajo será de gran importancia la ubicación espacial de cada flanco con el fin de analizar
los patrones climáticos y tectónicos regionales que influencian directamente cada uno.
Figura 7 Mapa de la Serranía de San Lucas con los flancos a estudiar. FW = Flanco Occidental. FE = Flanco
Oriental.
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4.2 Caracterización Geológica
La Serranía de San Lucas presenta una diferencia litológica entre sus flancos marcada por
la exhumación del basamento enunciado anteriormente. En primer lugar, en el nacimiento de
los ríos de las subcuencas W1, W5, E1, E3, E4 y E5 se encuentra el cuerpo granítico del
batolito de Segovia, también denominado granitoide de San Lucas (Sarmiento, et al., 2015)
(Fig. 8 y 9). Este batolito, aflorante a lo largo del eje longitudinal de la serranía se compone
de granodioritas que varían de sienogranitos a tonalitas y de cuarzomonzonitas a
cuarzomonzodioritas de edad Jurásica (SGC, 2015)
Figura 8 Mapa de edades para la Serranía de San Lucas. Realizado usando datos del SGC (2015)
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Figura 9 Mapa geológico de la Serranía de San Lucas. Realizado usando datos del SGC (SGC, 2015).
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4.2.1 Flanco Occidental
En cuanto a los flancos de la serranía, en el flanco occidental se encuentra aflorando en
superficie la unidad del gneis de San Lucas el cual se compone fundamentalmente de gneises
cuarzofeldespáticos, migmatitas, granulitas, anfibolitas, ortogneises, cuarcitas y mármoles
del Meso-proterozoico (SGC, 2015). La totalidad de las subcuencas a analizar en el flanco
occidental presentan esta litología. Río abajo, en este mismo flanco se encuentran tres
litologías diferentes aflorando. Al norte, se encuentran las rocas graníticas del batolito de
Segovia aflorando nuevamente. De igual manera se encuentra una unidad metamórfica
Triásica compuestas de esquistos grafíticos, cuarzomoscovíticos, cloríticos y anfibolíticos;
filitas; cuarcitas; mármoles, y serpentinitas (SGC, 2015). Esta unidad aflora en la parte baja
de todas las subcuencas del flanco occidental. Junto a esta unidad se encuentra una unidad
diferente del Cretácico Inferior compuesta de basaltos y lodolitas negras intercaladas con
limolitas, arenitas y conglomerados. Esta unidad se encuentra presente en las subcuencas
W3, W4 y W5.
4.2.2 Flanco Oriental
En el flanco oriental del orógeno se puede evidenciar un patrón litológico muy diferente
al del flanco occidental. En primer lugar se encuentra el batolito de Segovia descrito
anteriormente. En segundo lugar se encuentra la formación Noreán de edad Jurásica y cuya
litología se compone de Arenitas, limolitas y calizas intercaladas con tobas, brechas,
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aglomerados y lavas riolíticas a andesíticas. Esta unidad está presente en gran parte de las
cinco cuencas de este flanco del orógeno. Finalmente, en la cuenca E2 se puede ver una
presencia mínima de Domos andesíticos; flujos de lava, de piroclastos y de brechas
volcánicas del Cretácico (SGC, 2015).
4.3 Caracterización Estructural
En cuanto a su caracterización estructural, se encuentra limitada al norte por el sistema de
fallas de desgarre dextral Espíritu Santo-Murrucucú. Este sistema ha sido poco estudiado en
la región debido a problemas de seguridad a la hora de realizar la cartografía geológica
(Clavijo, et al., 2008). Sin embargo, en estudios hechos por el Servicio Geológico
Colombiano, se continua el trazado de esta falla hasta el Banco, constituyendo a esta falla
como el límite entre la cuenca inferior del Magdalena y la Cordillera Central (Sarmiento, et
al., 2015).
Al occidente se delimita por el sistema de fallas Palestina-El Bagre. Este sistema de fallas
se caracteriza por fallas inversas de alto ángulo con un componen de desgarre dextral. Al sur
por la falla de Cimitarra, una falla de desgarre dextral. Finalmente, al oriente por el sistema
de fallas de Bucaramanga-Santa Marta, caracterizado por ser fallas inversas de alto ángulo
con un componente de desgarre sinestral. (Clavijo, et al., 2008) (Figs. 10 y 11).
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Figura 10 Corte esquemático de la Serranía de San Lucas y el valle medio del Magdalena. Tomado de:
(Sarmiento, et al., 2015).
Como se discutió anteriormente en la evolución geológica de la Serranía, el cambio de
régimen tectónico extensivo a compresivo implica que las fallas normales que generan
suficiente espacio para acomodar nuevas secuencias sedimentarias durante el Mesozoico
cambian su dinámica de movimiento. Esto significa que el bloque yacente se sobrepone al
bloque colgante, dinámica propia de un ambiente tectónico compresivo y a la orogénesis
producto de acomodación de deformación mediante levantamiento de secuencias
sedimentarias formadas anteriormente y exhumación de basamento cristalino (Sarmiento, et
al., 2015; Clavijo, et al., 2008; Taboada, et al., 2000)
26
Figura 11 Caracterización estructural de la Serranía de San Lucas. FP = Falla de Palestina. FC = Falla de
Cimitarra. FBmng = Sistema de fallas de Bucaramanga. CVIM = Cuenca valle inferior del Magdalena. CVMM
= Cuenca valle medio del Magdalena. CO-AC = Cordillera Oriental de los Andes Colombianos. SSL = Serranía
de San Lucas. (SGC, 2015)
27
Las fallas de cabalgamiento, presentes en el extremo occidental de la Serranía y en el
extremo oriental del Valle Medio del Magdalena están ocasionando un levantamiento
asimétrico de la serranía (SGC, 2015). Este tipo de levantamiento se caracteriza como una
flexión, donde se puede interpretar que la estructuración migra de oriente a occidente
levantando el flanco occidental de la serranía por encima del flanco oriental (Clavijo, et al.,
2008; Sarmiento, et al., 2015).
4.4 Evolución Tectónica de la Serranía de San Lucas
La historia geológica de formación de la Serranía de San Lucas se puede sintetizar de la
siguiente manera:
1. Metamorfismo Proterozoico que se extiende hasta el Paleozoico temprano en el cual se
asienta el basamento cristalino de la Cordillera Central y la Serranía (Clavijo, et al., 2008;
González, 2001; Taboada, et al., 2000; García, et al., 2009; Restrepo-Moreno, et al., 2009),
conocido como basamento Grenvilliano (Clavijo, et al., 2008). Se tratan de rocas
metamórficas de alto grado, facies granulita-anfibolita que conformaron el cinturón
metamórfico conocido como el Cinturón Granulítico Grenvilliano, producto de la colisión de
los cratones Laurentia y Amazonia, la cual consolida el super-continente Rodinia (Clavijo,
et al., 2008).
2. Etapa de magmatismo y deposición sedimentaria Jurásica. Este estadio de la formación de
la Serranía de San Lucas se ve marcado por la apertura del Colombian Marginal Seaway
(CMS), un cuerpo de agua intracontinental que se extendió por las regiones centrales de
28
Colombia durante el Mesozoico (Pindell & Kennan, 2009; Mora, et al., 2009; Ruiz-Jiménez,
et al., 2012). El emplazamiento de este cuerpo marino es producto de la ruptura de Pangea
por medio de un proceso de rift continental (Sarmiento, 2001; Mora, et al., 2006; Sarmiento-
Rojas, et al., 2006). El ambiente extensional de este periodo genera fallas normales para
acomodar la deformación y las secuencias sedimentarias marinas asociadas al CMS
(Taboada, et al., 2000). Durante este periodo, se forma el graben de San Lucas, delimitado al
oriente por la falla de Bucaramanga-Santa Marta y al occidente por la falla de Palestina
(Clavijo, et al., 2008; Sarmiento, et al., 2015; Sarmiento-Rojas, et al., 2006). Este evento
sedimentario es acompañado por un inicial vulcanismo explosivo subaéreo y ácido (Clavijo,
et al., 2008).
Durante el Jurásico, se genera adelgazamiento cortical en algunas regiones por donde
alcanzan a emplazarse algunas intrusiones plutónicas (Taboada, et al., 2000) y diversos
diques de composición predominantemente granodiorítica, cuarzomonzonítica y
monzogranítica que intruyen las secuencias sedimentarias Jurásicas anteriormente
mencionadas (Clavijo, et al., 2008).
3. Etapa de creación de secuencias sedimentarias durante el Cretácico – Eoceno temprano.
Los anteriores eventos transcurren en un ambiente tectónico de extensión, donde al igual que
la Cordillera Oriental, se va creando espacio de acomodación para la conservación de
secuencias sedimentarias Mesozoicas en el valle medio del Magdalena (Clavijo, et al., 2008;
Mora, et al., 2006; Mora, et al., 2009; Taboada, et al., 2000).
4. Etapa magmática Cretácica tardía producto de subducción de litosfera oceánica por debajo
de la placa Sudamericana. (Restrepo-Moreno, et al., 2009; González, 2001; Taboada, et al.,
2000). Durante este periodo se presenta una importante actividad magmática de composición
29
intermedia a acida que compone gran parte de la Cordillera Central de Colombia y la cual es
posible evidenciar en rocas aflorantes de la Serranía de San Lucas (Clavijo, et al., 2008; SGC,
2015).
5. Inversión tectónica que da cierre al CMS durante el Eoceno-Oligoceno (Mora, et al., 2010;
Mora, et al., 2009; Mora, et al., 2006). Durante la inversión tectónica, producto de la
convergencia triple entre las placas de Nazca, Caribe y Suramérica (Veloza, et al., 2012), se
produce una inversión de fallas donde las fallas de Palestina y Bucaramanga, que
anteriormente eran fallas normales de extensión, pasan a ser fallas inversas de ambiente
tectónico compresivo lo cual produce el levantamiento inicial de la serranía de San Lucas
(Clavijo, et al., 2008; Sarmiento, et al., 2015; Cooper, et al., 1995; Veloza, et al., 2008;
Restrepo-Moreno, et al., 2009). Estas fallas inversas producen exhumación del basamento
Grenvilliano a lo largo de toda la Cordillera Central y la Serranía de San Lucas (Restrepo-
Moreno, et al., 2009; Taboada, et al., 2000). Durante este periodo, la cuenca del Valle Medio
del Magdalena se separa de la cuenca de los Llanos Orientales producto del levantamiento
de la Cordillera Oriental (Parra, et al., 2005)
6. Mioceno y configuración actual: La serranía se comporta como un bloque aislado de la
cordillera central que se desplaza en dirección NE controlado por la dinámica dextral de las
fallas presentes en sus límites superior e inferior. Si bien la Cordillera Central se caracteriza
por actividad volcánica moderna producto de la subducción de la placa de Nazca a una
velocidad de ~54mm/año (Restrepo-Moreno, et al., 2009), esta cesa a la altura de 6°N debido
al flat slab de las placas de Nazca y Caribe debajo de Suramérica (Wagner, et al., 2017;
Chiarabba, et al., 2015; Veloza, et al., 2012). El régimen de deformación regional para la
serranía y el Valle Medio del Magdalena se caracteriza como una estructura transpresiva
30
dextral de dirección NE tipo flor positiva (Fig. 12) (Clavijo, et al., 2008) y según
observaciones geomorfológicas, la actividad tectónica para la Cordillera Central (Serranía de
San Lucas incluida) es moderada a alta (Taboada, et al., 2000; Veloza, et al., 2012).
Figura 12 Representación esquemática de una estructura tipo flor positiva. Tomado de: (Drew, 2005)
5. Patrones Climáticos Regionales
En cuanto al patrón climático de la serranía de San Lucas, existe una clara diferencia en
precipitación, radiación solar, temperatura y velocidad de viento entre los flancos occidental
y oriental (Figs. 13 – 17). Los valores tomados para la realización de estos mapas son
extraídos del Atlas Climatológico de Colombia edición 2015, en el cual se recogen los datos
medidos desde el año 1981 hasta el año 2010.
Como se puede observar, las diferencias en precipitación, radiación solar, temperatura y
dirección y velocidad del viento son considerables por lo que si el clima es un factor
influyente en la hipsometría del sistema de drenaje, debería verse una diferencia tangible
entre el flanco oriental y el flanco occidental.
31
5.1 Precipitación Media Anual
Figura 13 Mapa de precipitación media anual para la Serranía de San Lucas (IDEAM, 2015; IGAC, 2012).
32
5.2 Temperatura Media Anual
Figura 14 Mapa de temperatura media anual para la Serranía de San Lucas (IDEAM, 2015; IGAC, 2012)
33
5.3 Radiación Solar Media Anual
Figura 15 Mapa de radiación solar media anual para la Serranía de San Lucas (IGAC, 2012)
34
5.4 Velocidad media anual del viento en superficie
Figura 16 Mapa de velocidad media anual del viento en superficie para San Lucas (IDEAM, 2015)
35
5.5 Dirección predominante del viento
Figura 17 Mapa de dirección predominante del viento para la Serranía de San Lucas (IDEAM, 2015)
36
6. Hipsometría
6.1 Curvas Hipsométricas
Figura 18 Curvas hipsométricas del sistema de drenaje de la Serranía de San Lucas.
Como es posible ver en el trazado de las curvas hipsométricas (Fig. 18), los ríos del flanco
occidental presentan curvas más convexas. Esto representa que los ríos del flanco occidental
de la serranía se encuentran en un estado de madurez más avanzado que los ríos del flanco
oriental. De igual manera, de las curvas hipsométricas también se puede extraer información
valiosa como la medición de la integral hipsométrica, el valor del área debajo de la curva.
Este valor representa la cuantificación de la valoración cualitativa que se realiza de las curvas
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Po
rcen
taje
d
e A
ltura
To
tal
Porcentaje de Area Total
E1
E2
E3
E4
E5
W1
W2
W3
W4
W5
37
hipsométricas, facilitando la comparación entre curvas del mismo flanco y entre los patrones
generales del valor de esta integral entre flancos.
6.2 Integral Hipsométrica
Posterior a la realización de las curvas hipsométricas se procede a realizar un ajuste
polinomial de grado 6 para conocer el valor de la integral debajo de la curva. En la tabla 1 se
detallan las ecuaciones derivadas para cada una de las curvas, su valor de ajuste y el valor de
la integral hipsométrica calculada con el programa Mathematica.
El valor de la integral hipsométrica es marcadamente diferente entre los flancos de la
serranía. En el flanco occidental se observan curvas más convexas con un valor de la integral
hipsométrica promedio de 0,3031 (30,31%) mientras que en el flanco oriental se observan
curvas que tienden a ser lineales y cuyo valor promedio de la integral de hipsométrica es de
0,5090 (50,59 %). Esto significa que la red hidrológica del flanco occidental ha incidido más
en el terreno y que ha erosionado y transportado una mayor cantidad de sedimentos desde la
parte más alta de la cuenca. Este valor de la integral se puede interpretar como el estado de
madurez de los drenajes de ambos flancos del orógeno donde el flanco occidental se
encuentra en un estadio más maduro de desarrollo frente al flanco oriental que presenta un
estado de madurez intermedio (Strahler, 1952; Singh, 2008).
38
Tabla 1 Valores de la integral hipsométrica y diferentes parámetros espaciales de análisis
39
7. Estudio Estadístico
7.1 Integral Hipsométrica y Área de la Cuenca
En estudios previos se documenta que el valor de la integral hipsométrica puede verse
afectada por el tamaño de la cuenca a analizar (Willgoose & Hancock, 1998; Hurtrez, et al.,
1999). Con el fin de comprobar que el tamaño de las cuencas modeladas no afecta el resultado
de las integrales se hace una regresión lineal en la cual se grafican los valores de la integral
contra el área calculada para cada una de las cuencas (Fig. 19).
El valor de R2 no representa directamente una correlación importante en este caso. En
estudios previos se determinó que este efecto se debe a que generalmente las cuencas de
menor tamaño (0-2 km2) presentan valores más altos de la integral hipsométrica (Hurtrez, et
al., 1999). Sin embargo, en el caso de la Serranía de San Lucas, cuencas de similar área tienen
valores muy diferentes de la integral hipsométrica, donde cuencas del flanco occidental de
tamaño reducido presentan de igual manera valores bajos de la integral hipsométrica. Por lo
tanto, en nuestro caso de estudio consideramos que el área de la cuenca a analizar no influye
directamente en el valor de la integral.
Figura 19 Gráfica de área de cuenca contra el valor de la integral hipsométrica con coeficiente de correlación,
interpolación lineal y ecuación de ajuste.
y = -0,0001x + 0,4879
R² = 0,3781
0,15
0,25
0,35
0,45
0,55
0,65
0 500 1000 1500 2000
Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Área de la cuenca (km²)
IH vs Área
40
7.2 Integral Hipsométrica y Relieve
De igual manera, en estudios previos se determina que el valor de diferencia de altura
entre el punto más alto y más bajo de la cuenca (relieve) puede afectar el valor de la integral
hipsométrica. (Chen, et al., 2003). Para comprobar si este factor influye directamente en el
modelamiento realizado para el caso de la Serranía de San Lucas se procede a realizar una
regresión lineal para comprobar si estos parámetros se relacionan (Fig. 20).
El valor bajo del coeficiente de determinación indica que no hay una correlación entre la
diferencia de altura de cada cuenca y el valor de la integral hipsométrica por lo tanto se
establece que este factor no controla directamente el sistema.
Figura 20 Gráfica de relieve para cada cuenca contra el valor de la integral hipsométrica con coeficiente de
correlación, regresión lineal y ecuación de ajuste. Se entiende relieve como la diferencia de altura entre el punto
de mayor elevación y el punto de menor elevación de la cuenca.
y = 2E-05x + 0,3744
R² = 0,006
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200
Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Relieve = Altura máxima - altura mínima (m)
IH vs Relieve
41
7.3 Integral Hipsométrica y Orden Jerárquico Strahler
Willgoose y Hancock (1988) sugieren en un estudio realizado en Nepal que existe una
relación entre la jerarquía del drenaje (orden de Strahler) en la desembocadura de la cuenca
y el valor de la integral hipsométrica
Figura 21 Orden jerárquico de Strahler para los ríos del sistema de drenaje de la Serranía de San Lucas.
42
Esta afirmación se basa en la premisa que dicta que los ríos de mayor orden tienen un
mayor efecto erosivo en la topografía. Para comprobar si la jerarquía fluvial de la Serranía
de San Lucas afecta directamente el valor de la integral hipsométrica se realiza una regresión
lineal entre este valor y el orden de Strahler del río en el que se presenta la mayor acumulación
de flujo (Figs. 21 y 22).
El valor de determinación en este caso es lo suficientemente bajo para pensar que la
jerarquía fluvial no afecta directamente el valor de la integral hipsométrica. Esto también
puede comprobarse al comparar la cuenca E1 del flanco oriental con valor de la integral de
0,5835 con la cuenca W4 del flanco occidental con valor de la integral de 0,3073. En este
caso, ambas cuencas presentan valores muy diferentes de la integral hipsométrica aunque
presenten el mismo valor de orden jerárquico fluvial de Strahler de 3. Por estas razones, se
considera que este parámetro no afecta directamente el valor de la integral hipsométrica en
el caso de la Serranía de San Lucas.
Figura 22 Gráfica de orden jerárquico fluvial de Strahler contra el valor de la integral hipsométrica con
coeficiente de correlación, regresión lineal y ecuación de ajuste.
y = -0.0732x + 0.6696
R² = 0.1771
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5
Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Orden Strahler
IH vs Orden Strahler
43
8. Discusión
8.1 Influencia de la Litología
El primer factor a analizar y cuya importancia no es clara si incide de manera directa en el
modelamiento y análisis hipsométrico es la litología. En un estudio realizado por Pérez-Peña
et al. (2009), se demostró que la litología no se establece como un parámetro de control a la
hora de realizar el análisis de hipsometría. En este trabajo mencionado, se hicieron modelos
de integral hipsométrica calculada por pixel en un raster de elevación digital de terreno para
diferenciar la litología de la tectónica en la cuenca de Granada y en una cuenca en el área de
Otago en Nueva Zelanda. En su estudio no se puede evidenciar una relación directa entre
litología y el valor de la integral hipsométrica. Por otra parte, en un trabajo realizado por
(Lifton & Chase, 1992) encuentran una correlación robusta entre la litología y el valor de la
integral hipsométrica estudiando el sistema de drenaje de la cordillera de San Gabriel en
California. Sin embargo en ese mismo trabajo se establece una relación muy evidente entre
las condiciones climáticas y el valor de esta integral para cuencas de menor tamaño (Lifton
& Chase, 1992).
En el caso de estudio de la Serranía San Lucas, se puede ver una clara diferencia en cuanto
a litología para ambos flancos. En el flanco occidental predominan rocas cristalinas de mayor
dureza como gneises y esquistos mientras en el flanco oriental se ven unidades sedimentarias
que son menos resistentes a la meteorización química y física producto de las condiciones
climáticas. No se ha reportado la presencia de suelos lateríticos o presencia importante de
lavados de neo-formación de minerales secundarios de alteración del gneis por lo que se
afirma que esta unidad no se encuentra en estados avanzados de alteración (SGC, 2015;
44
García, et al., 2009). Estas unidades, compuestas por litología de grano fino a medio son
cualitativamente menos resistentes a los factores climáticos mencionados, por lo que se
esperaría ver que los ríos inciden más en estas unidades. Consecuentemente, se esperaría ver
poco encajamiento fluvial en las unidades del flanco occidental compuesto de rocas de mayor
dureza que son más resistentes a la erosión.
Sin embargo, el análisis hecho en este trabajo difiere de esta valoración cualitativa de la
litología como control directo sobre el sistema de drenaje y como este incide en el terreno.
El valor de la integral hipsométrica (i.e. la forma de la curva) refleja que el flanco occidental,
de litologías más resistentes, se encuentra fuertemente incidido por la red hidrográfica y
demuestra un estado de madurez erosional de cuenca mucho más avanzado que el flanco
oriental. Por otra parte, el flanco oriental de rocas menos resistentes a los efectos erosivos de
las condiciones climáticas se encuentra en un estado de madurez intermedio caracterizado
por un valor superior de la integral hipsométrica y una forma más lineal de las curvas
hipsométricas.
Con estos datos presentes, se sugiere de manera cualitativa que, en este caso de estudio,
la litología no influye de manera directa en el sistema hidrológico de la Serranía de San Lucas
y que el valor de integral hipsométrica y la forma de cada una de las curvas del sistema son
controladas por factores tectónicos o climáticos.
8.2 Influencia del Clima
Para entender el efecto de los factores climáticos que se presentan en la serranía de San
Lucas se procede a realizar una reclasificación de los rangos vistos en los mapas y que fue
explicada anteriormente en la sección de metodología.
45
Tabla 2 Índices climáticos extraídos por la reclasificación de rangos de valores de parámetros climáticos
46
Figura 23 Regresión lineal entre el valor de la integral hipsométrica vs índices de: A = Precipitación media
anual. B = Radiación solar media anual. C = Temperatura media anual. D = Velocidad media anual del viento.
R² = 0,7376
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
3,5 3,7 3,9 4,1 4,3 4,5 4,7 4,9 5,1Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Índice de precipitación media anual
A
R² = 0,2682
0,20
0,40
0,60
3,98 4,03 4,08 4,13 4,18 4,23 4,28 4,33
Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Índice de radiacion solar media anual
B
R² = 0,6968
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Índice de temperatura media anual
C
R² = 0,2931
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1Inte
gra
l H
ipso
mét
rica
Índice de velocidad media anual del viento
D
47
En este estudio de correlación se encontró una correlación positiva muy robusta entre los
valores de precipitación y el valor de la integral hipsométrica (Fig. 23A). Esto demuestra que
efectivamente la precipitación, factor climático de vital importancia en la meteorización
química, cuyo control en zonas tropicales se acentúa, es un control importante en la forma de
las curvas hipsométricas y el valor de su integral (Stallard, 1985). La precipitación orográfica
que se produce en cadenas montañosas en las que en un flanco se observa un gradiente de
precipitación mayor al flanco opuesto puede afectar de gran manera la morfología
hidrológica del orógeno (Roe, et al., 2002; Menking, et al., 2013). En su estudio, Roe et al
(2002)., introdujo el efecto de la precipitación orográfica en el modelamiento del terreno y
sus resultados indicaron que este es uno de los mecanismos que más inciden en el ciclo clima-
erosión-levantamiento y en la respuesta de la topografía al mismo. Al momento de
presentarse mayores tasas de precipitación y erosión en un flanco se produce un rebote
isostático que eleva el cuerpo montañoso, elevando la barrera climática, aumentando la
diferencia en precipitaciones entre flancos y por lo tanto las tasas de erosión de los mismos,
retroalimentando el sistema en conjunto (Montgomery, et al., 2001).
En cuanto a la temperatura, la cual también influye directamente en la meteorización
química de las rocas, se encuentra una correlación positiva muy robusta lo cual indica que
efectivamente la forma de las curvas hipsométricas y el valor de las integrales de las mismas
están controladas fuertemente por este factor (Fig. 23C). La temperatura de la Serranía
presenta un gradiente suave, pero visible, entre ambos flancos del orógeno, presentando el
flanco occidental temperaturas más elevadas que el flanco oriental. Esta diferencia de
temperatura es un parámetro de control importante en el sistema según el análisis
hipsométrico realizado en este trabajo.
48
Por otra parte, la velocidad del viento y la radiación solar parecen no tener una relación
directa con la forma de las curvas hipsométricas y con el valor de su integral, dado que su
coeficiente de correlación es muy bajo para ser considerados como elementos de control en
el sistema (Figs. 23B y 23D). Al no ser la velocidad del viento un factor de control dentro de
los parámetros climáticos que afectan el sistema, no se puede hacer un análisis con respecto
a la dirección predominante del mismo, aunque por dinámica de laderas y su dirección
predominante W-E se puede decir bajo un enfoque cualitativo que el efecto erosivo del viento
en esta región es superior en el flanco occidental mientras en el flanco oriental su efecto es
de transporte y deposición.
El caso de la Serranía de San Lucas sugiere, mediante hipsometría, que la respuesta de la
topografía en un orógeno con gradientes de climáticos diferenciales entre flancos del cuerpo
montañoso es dependiente de manera significativa de los patrones climáticos regionales.
8.3 Influencia de la Tectónica Regional
En la Serranía de San Lucas el flanco que presenta mayor actividad tectónica es el flanco
occidental. La unidad del gneis de San Lucas está exhumándose debido al sistema de fallas
inversas levantando la unidad que se yuxtapone sobre las rocas jurásicas del batolito de
Segovia (también Granitoide de San Lucas) y las unidades metamórficas y sedimentarias
mesozoicas (Clavijo, et al., 2008; SGC, 2015) (Fig.11).
Bajo este régimen estructural diferencial entre flancos, se esperaría observar perfiles
transversales asimétricos (Pérez-Peña, et al., 2009; Chen, et al., 2003). Para comprobar esto
49
se realizaron varios perfiles transversales de la superficie del orógeno con el fin de analizar
su forma (Fig. 24).
50
Dado que la exhumación del basamento cristalino se presenta en el flanco occidental del
orógeno, se esperaría ver una pendiente más abrupta y una asimetría que tiende a provocar
cambios abruptos de inclinación en este flanco de la serranía. Sin embargo, por los perfiles
transversales realizados, no es posible concluir que este es el caso para la Serranía. En el
perfil norte (A-A’) se puede observar que las pendientes son similares entre flancos y que
hay una simetría general. En los perfiles centrales (B-B’ y C-C’) se puede interpretar una red
de drenaje más incidida en la topografía y una asimetría de volumen que privilegia el flanco
oriental. Se puede observar que gran parte del flanco occidental ha sido erosionado en
comparación al flanco oriental. El perfil D-D’ muestra nuevamente simetría general y
pendientes similares en ambos flancos del orógeno. Finalmente, el perfil E-E’ indica
Figura 24 Perfiles superficiales transversales de la Serranía
de San Lucas.
51
pendientes más abruptas en el flanco oriental y nuevamente una asimetría que demuestra
mayor volumen de roca en el flanco oriental. Estos perfiles topográficos parecen contradecir
la simetría producto de un sistema de cabalgamiento como el que forma la falla de Palestina
(Fig. 10) por lo cual se logra observar que en un estudio de tectónica activa para el norte de
Suramérica (Veloza, et al., 2012) y lo evidenciado por la asimetría topográfica presente en
los perfiles topográficos (Fig. 24), estas fallas de cabalgamiento trazadas por el SGC (2015)
podrían no existir o estar mal mapeadas en la Serranía de San Lucas, por lo cual se refuerza
la necesidad de realizar campañas de cartografía general para esta región del país.
En general, para los perfiles topográficos realizados para la Serranía de San Lucas se
puede observar como la madurez erosional de las cuencas del flanco occidental se encuentra
en etapas más avanzadas en relación con las cuencas del flanco oriental. Esto demuestra que
el ciclo de denudación en este flanco ha sido más fuerte y ha contribuido a la remoción de
material de las zonas de mayor elevación de la cuenca para ser transportado y depositado en
las zonas más bajas. Este análisis de perfiles coincide con el análisis de la integral
hipsométrica y señala un diferencial de procesos erosivos y madurez erosional entre las
cuencas de drenaje de los flancos opuestos de la Serranía de San Lucas.
8.3.1 Análisis del Índice Normalizado de Pendiente (ksn)
Para el análisis de perfiles longitudinales de la red de drenaje de la Serranía de San Lucas
se usa la ecuación que demuestra la dependencia entre la pendiente (S) y el área (A) de la
cuenca a analizar:
52
𝑆 = 𝑘𝑠𝐴−𝜃
Donde ks representa el índice de pendiente (steepness en inglés) y θ es concavidad del rio.
Un incremento en el valor ks se ha relacionado con incrementos anómalos en las tasas de
levantamiento o con el decaimiento en la eficiencia erosional de una cuenca, en la cual no se
compensan las tasas de levantamiento con las tasas de erosión, caracterizando a la cuenca
como una cuenca en desequilibrio erosional (Kirby, 2001; Snyder, et al., 2000; Cristea,
2015). Dado que el valor de concavidad y área varía entre cada cuenca, se usa un valor de
referencia de concavidad (θref) con el fin de poder comparar valores de pendiente entre
diferentes cuencas. Esto permite crear un índice normalizado de pendiente (ksn usando la
siguiente ecuación.
𝑘𝑠𝑛 = 𝑘𝑠𝐴𝑐𝑒𝑛𝑡
−(𝜃𝑟𝑒𝑓 −𝜃)
Donde Acent representa el área río arriba del punto medio del orógeno analizado en el modelo
de elevación digital (Burbank & Anderson, 2012; Wobus, et al., 2006c). De esta manera, se
llega a un término en el cual se pueden comparar diferentes cuencas, usando este valor
normalizado de pendiente y la concavidad de referencia calculada para la Serranía (tabla 3)
𝑆 = 𝑘𝑠𝑛𝐴−𝜃𝑟𝑒𝑓
53
Tabla 3 Valor de concavidad para cada cuenca analizada y valor promedio (θref) para la Serranía de San
Lucas
De esta manera, el valor de ksn en diferentes segmentos de la red de drenaje del orógeno
permite conocer de manera indirecta, por medio de la topografía, la tasa de levantamiento
(Azañón, et al., 2015; Kirby & Whipple, 2012).
El valor de ksn medido para la Serranía de San Lucas indica una sección norte del orógeno
en equilibrio de levantamiento entre flancos (Fig. 25). Los valores similares de este parámetro
en el flanco occidental y en el flanco oriental sugieren que las tasas de levantamiento son
simétricas para cada uno de estos y no hay concentración de tasas de levantamiento en
ninguno de los dos frentes de montaña. En la sección sur de la Serranía se observan los
valores más altos de este parámetro en la cabecera de las cuencas del flanco oriental. Estos
valores elevados con respecto a los valores más bajos del flanco opuesto sugieren que en este
costado del orógeno se presentan mayores tasas de levantamiento.
Los resultados del valor de este parámetro para la totalidad del orógeno sugieren que la
actividad tectónica que provoca un levantamiento diferencial se concentra en este sector de
la Serranía. Esta variabilidad espacial de este proxy de tasas de levantamiento se refleja en el
valor de la integral hipsométrica donde las cuencas del flanco oriental presentan los valores
más altos de este valor lo cual apunta a cuencas con menor madurez erosional y un desbalance
entre tasas de erosión y levantamiento (Azañón, et al., 2015; Pérez-Peña, et al., 2010). En
este caso, las tasas de erosión no compensan las tasas de levantamiento por lo cual las cuencas
de drenaje de este flanco no están en la capacidad de erosionar el volumen de roca de las
partes de mayor elevación. Este valor podría sugerir que la tectónica ejerce un control
54
significativo en el valor de la integral hipsométrica, desestabilizando el balance entre erosión
y levantamiento.
Figura 25 Mapa de los valores del índice normalizado de pendiente (ksn) para la Serranía de San Lucas.
55
8.3.2 Análisis de Equilibrio Geométrico de Cuencas de Drenaje.
A la hora de analizar el control que ejerce la tectónica sobre la conformación morfológica
del sistema de drenaje de un orógeno, la reorganización y captura de las partes superiores de
cada subcuenca son indicativos de actividad tectónica diferenciada entre flancos (Perron &
Royden, 2012).
Con el fin de identificar parámetros migratorios de la divisoria de aguas (drainage divide
en inglés) se utiliza el parámetro chi (χ) que permite observar el equilibrio geométrico entre
diferentes cuencas de drenaje. Este parámetro se basa en los supuestos que establecen que
cuencas de drenaje en desequilibrio ajustan su área mediante migración de divisoria de aguas,
es decir, captura de cabeceras de drenaje de cuencas adyacentes (Willett, et al., 2014). De
esta manera se puede interpretar que cuencas de drenaje de la Serranía se encuentran en
mayor desequilibrio y por lo tanto se encuentran en proceso de captura de drenajes de cuencas
con las que comparten divisoria de aguas (Willett, et al., 2014).
La ecuación que caracteriza este proxy está dada por:
𝜒 = ∫ (𝐴0
𝐴(𝑥′))
𝑚𝑛
𝑑𝑥′
𝑥
𝑥𝑏
Donde A0 es un área arbitraria de ajuste, y la integración se realiza desde el nivel de base
(xb) hasta la parte de mayor altura de la cuenca (x). La inclusión del parámetro A0 le confiere
al proxy χ unidades de longitud. En concreto, este parámetro χ caracteriza la topología y
56
geometría de una red de drenaje y determina como el control tectónico puede ocasionar
topografía variable en una cuenca de drenaje (Willett, et al., 2014). Los factores m y n son
constantes empíricas que se calculan para cada cuenca y cuyo promedio se usa para calcular
el valor del parámetro χ para la totalidad del orógeno (Tabla 4).
Tabla 4 Valores de m/n para cada cuenca analizada y valor promedio utilizado para realizar el mapa final de
valores de χ para la totalidad de la Serranía.
El valor de m/n que se tomó es de 0.40825, el cual se dedujo mediante un promedio entre
la proporción entre m y n para cada una de las subcuencas analizadas. El parámetro para cada
cuenca se extrae con la ayuda de la función ChiPlot de TopoToolbox2.1 (Schwanghart &
Scherler, 2014; Schwanghart & Kuhn, 2010).
Con el valor promedio de estas constantes empíricas de ajuste se realiza el mapa del proxy
χ con el fin de ver patrones de migración de divisoria de aguas en la Serranía de San Lucas.
La interpretación de estos mapas se realiza de la siguiente manera:
57
Figura 26 Interpretación de mapas de valores del proxy χ. A y B: Cambio en área y migración de divisoria de
aguas que puede verse en un mapa de χ. Los valores más altos de este proxy indican una cuenca víctima de
captura mientras los valores más bajos indican una cuenca agresora (la cual captura cabeceras de drenaje de la
cuenca víctima). C y D: Gráficas de relación entre el parámetro χ y la elevación y lo que esto implica para
relación entre cuencas colindantes que comparten divisoria de aguas y la relación del parámetro con la pérdida
o ganancia de área y el desplazamiento en distancia de divisoria. Modificado de (Willett, et al., 2014).
El valor del parámetro χ para la Serranía de San Lucas sugiere un diferencial de actividad
tectónica entre el flanco oriental y el flanco occidental. Las cuencas del flanco oriental
presentan valores más bajos del proxy en la región central de la Serranía mientras que las
cabeceras de las cuencas del flanco occidental presentan valores más altos (Fig. 27B). Esto
representa una captura por parte de las cuencas del flanco oriental, donde se encuentran las
cuencas agresoras. La diferencia marcada en este valor en la región central de la Serranía
sugiere que las cuencas del flanco oriental se encuentran más influenciadas por la tectónica
58
regional y esta mayor actividad genera mayores tasas de levantamiento y por lo tanto captura
de cabeceras de drenajes de cuencas más estables (Willett, et al., 2014).
Por su parte, en las secciones norte y sur del orógeno se presenta un balance en los valores
del proxy χ en ambos costados de la divisoria de aguas. En estas secciones de la Serranía,
estos valores muy similares del parámetro incidían un equilibrio geométrico entre las cuencas
colindantes por lo cual se sugiere que se encuentran en equilibrio tectónico (Fig. 27A y Fig.
27C).
Analizando con detalle se puede ver como las cabeceras de drenaje de las cuencas E3 y E4
tienen un valor del parámetro χ inferior a las cabeceras de drenaje de la cuenca W5. De igual
manera se puede ver un equilibrio en el valor de este parámetro entre las cabeceras de E1, E2
y E3 con las cabeceras de drenaje de W1. Esto sugiere un equilibrio de la divisoria de aguas
en el norte de la Serranía de San Lucas y una migración hacia occidente de esta línea divisoria
de régimen preferencial de orientación de drenaje (Fig. 28).
59
Figura 27 Mapa del parametro χ para la Serranía de San Lucas. FW = Flanco Occidental. FE = Flanco Oriental.
A = Sector norte de la serranía con equilibrio general de la divisoria. B = Región central con claro desquilibrio
en valores de χ y migración de la divisoria hacia el occidente. Captura por parte de las cuencas del flanco
oriental de las cabeceras de drenaje del flanco occidental. C = Sector sur con equilibrio general y divisoria de
aguas estable. La divisoria de aguas está marcada por el trazo blanco entre cabeceras de las cuencas de ambos
flancos.
60
Figura 28 Valor del parámetro χ entre las diferentes cuencas de drenaje analizadas en este trabajo.
61
En general, para todo el orógeno se presenta un equilibrio en el valor del proxy χ. Los
resultados de este análisis sugieren un diferencial de actividad tectónica entre los flancos
oriental y central el cual se concentra en la región central del orógeno. El flanco oriental
manifiesta los valores más bajos del proxy por lo que es posible determinar que en este
costado de la Serranía la tectónica ejerce un control más fuerte sobre la topografía que en el
flanco opuesto. Esta asimetría de control tectónico sobre la topografía genera que las cuencas
más activas capturen las cabeceras de las cuencas con las que colindan y por lo tanto una
migración de la divisoria de agua hacia el occidente.
8.3.3 Análisis del Control Tectónico
Los parámetros morfométricos (también llamado geomorfológicos) analizados
anteriormente junto al estudio de simetría del orógeno basado en perfiles transversales
permiten realizar una valoración cualitativa de la influencia de la tectónica regional. En este
caso, las fallas que exhuman el basamento no ejercen un control tan significativo como los
patrones climáticos regionales ya que en las regiones tropicales húmedas y tectónicamente
activas se presenta un fenómeno de reciclado de sedimentos (Strahler, 1952). Esto consiste
en que el levantamiento rápido de estas secuencias se ve equilibrado por unas tasas de erosión
muy altas que estabilizan el sistema (Stallard, 1985). Este reciclado de sedimentos se refiere
al proceso durante el cual, durante una orogénesis producto de colisión o inversión tectónica,
unidades metamórficas cristalinas y secuencias sedimentarias alteradas diagenéticamente son
exhumadas y al aflorar son rápidamente erosionadas y depositadas rio abajo
62
reincorporándose al sistema nuevamente (Stallard, 1985). Esta hipótesis es concordante con
los modelos propuestos de gradientes de precipitación orográfica en cuerpos montañosos y
en los resultados observados en este caso de estudio de la Serranía de San Lucas.
Este reciclado de sedimentos explicaría por qué la red hidrográfica del flanco occidental
presenta una mayor incisión/disección en la topografía, caracterizada por los valores bajos
en el valor de la integral hipsométrica. Para comprobar esta teoría, sería necesario tener datos
de paleo tasas de erosión y tasas de erosión actuales en las cuales se pueda comprobar que
efectivamente los ríos del flanco occidental de la Serranía transportan una mayor carga de
sedimentos que el flanco oriental. Sin embargo, como se mencionó anteriormente, las
condiciones de seguridad en la Serranía son delicadas y la adquisición directa de estas tasas
no ha sido posible, por lo cual, la valoración cuantitativa de la influencia de la tectónica en
el orógeno es todavía limitada. No obstante, la valoración cualitativa que puede realizarse
mediante el uso de sistemas de información geográfica indica que lo que se presenta en el
flanco occidental del orógeno es un reciclado de sedimentos por la exhumación del
basamento cristalino. Esto produce tasas de erosión más alta y mayor influencia erosiva en
el flanco occidental de la serranía la cual es posible ver en el análisis de correlación con los
factores climáticos (Strahler, 1952; Hurtrez, et al., 1999).
Por otra parte, a manera de comparación, en un estudio realizado en el frente de
cabalgamiento frontal de los Himalayas en el norte de la India se encontró que en un orógeno
cuya dirección de rumbo es paralela-subparalela a la dirección del frente de cabalgamiento,
el flanco que se encuentra más activo presenta valores de la integral hipsométrica más
elevados (Singh, 2008). En la Serranía de San Lucas se puede evidenciar el control estructural
sobre la conformación espacial de la red de drenaje. En el flanco oriental, los troncos fluviales
63
se alinean con las fallas de rumbo dextrales que se pueden ver a lo largo de este flanco
(Fig.11) además de presentar captura de cabeceras fluviales del flanco opuesto. Con esto se
puede sugerir que el flanco más activo tectónicamente en la Serranía es el que mayor valor
de la integral hipsométrica presenta y mayor índice de captura fluvial exhibe, es decir, el
flanco oriental.
Los índices morfométricos utilizados anteriormente demuestran un diferencial en el
control que ejerce la tectónica en flancos opuestos de la Serranía de San Lucas. El flanco
oriental concentra la mayor cantidad de actividad tectónica que moldea la topografía y
transforma constantemente la morfología de la red de drenaje (Azañón, et al., 2015). Esta
mayor actividad tectónica sugiere que las tasas de erosión y las tasas de denudación no se
encuentran en equilibrio por lo cual la madurez erosional de las cuencas de drenaje es menor
en comparación con las cuencas del flanco occidental. De igual manera, los perfiles
topográficos transversales realizados (Fig. 24) así como el mapa de pendiente (Fig. 29),
demuestran una asimetría leve para la totalidad de la serranía. Se evidencia que el flanco
oriental presenta las mayores pendientes mientras que las del flanco opuesto tienden a ser
menos pronunciadas.
64
Figura 29 Mapa de pendientes para la Serranía de San Lucas. FW = Flanco Occidental. FE = Flanco
Oriental.
65
9. Conclusiones
El análisis hipsométrico realizado en la Serranía de San Lucas aporta resultados muy
interesantes a la hora de acoplar la influencia del clima y la tectónica en la conformación
morfológica de la red hidrológica en ambos flancos del orógeno. El flanco occidental del
cuerpo presenta curvas más convexas, con un valor promedio de la integral hipsométrica de
0.3031 (30.31%). Por otra parte, el flanco oriental presenta curvas que tienden más a ser
lineales o con una sinuosidad característica de drenajes en etapas intermedias de madurez
erosional (Strahler, 1952). El valor promedio de la integral hipsométrica para el flanco
oriental es de 0.5090 (50.90%), lo cual indica que hay una mayor área de cuenca a altas
elevaciones y que no ha sido meteorizada, erosionada y depositada en las zonas de menor
elevación. Esto implica que los ríos del flanco occidental se encuentran más incididos en el
terreno y han transportado una mayor cantidad de sedimentos desde mayores elevaciones,
depositándolos a menores elevaciones de la cuenca.
Los resultados obtenidos en este estudio para explicar esta diferencia entre los valores de
la integral hipsométrica entre flancos indican una correlación robusta con la precipitación
media anual y con la temperatura media anual. Esta correlación es un indicativo del control
que ejercen estos parámetros climáticos en la conformación de la red de drenaje de la
Serranía, comprobando el significativo efecto de la precipitación orográfica y su
retroalimentación al ciclo de erosión-transporte-deposición-levantamiento
No se encontró una correlación fuerte en el análisis entre litología, área de la cuenca,
diferencia de alturas de la cuenca y el orden Strahler de los ríos de cada una de las subcuencas
66
con el valor de la integral hipsométrica por lo que no se puede afirmar que estos parámetros
ejercen un control directo significativa en la morfología fluvial de la Serranía.
La influencia de la tectónica es difícil de interpretar ya que no es posible tener datos
cuantitativos que respalden la teoría del reciclado de sedimentos (i.e. mayores tasas de
erosión y mayor excavación fluvial). Sin embargo, el modelamiento realizado en la Serranía
de San Lucas parece indicar que este proceso ha estado activo desde el levantamiento del
orógeno. Los índices de pendiente normalizada (ksn) así como el parámetro χ sugieren que el
flanco oriental de la Serranía es el más tectónicamente activo, presentando los valores más
altos del parámetro ksn y los valores más bajos de χ. De igual manera, los troncos fluviales
de las cuencas de drenaje del flanco oriental, los cuales siguen se alinean con las fallas
transformantes dextrales es otro indicativo de una tectónica más activa en este flanco. Esta
observación de la red de drenaje acompañada de los índices morfométricos señalan que este
es el flanco más erosionalmete inmaduro e inestable mientras que señalan de igual manera
que se hay una concentración de la actividad tectónica en este costado que deriva en la captura
de cabeceras de drenaje de las cuencas del flanco occidental y una migración de la divisoria
de aguas hacia el occidente. No obstante, para comprobar que efectivamente esto está
sucediendo es necesaria la recolección de datos de paleo tasas y tasas modernas de erosión
en los ríos del sistema que muestren este diferencial en ciclos erosivos puedan constreñir el
modelo y darle validez a los índices indirectos usados en este estudio.
Finalmente, se puede decir que el estudio de la Serranía de San Lucas puede aportar a
determinar el efecto de diferentes factores de control que se tenían pensados en la
estructuración de la red de drenaje de orógenos en zonas tectónicamente activas. En este caso
de estudio, los resultados sugieren que son los factores climáticos ejercen el mayor control
67
en la forma de la curva hipsométrica, su integral y la dinámica morfológica del sistema de
drenaje de los flancos occidental y oriental del cuerpo montañoso.
10. Referencias
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11. Índice de figuras
Figura 1 Esquema explicando la lógica detrás de la curva hipsométrica. Modificado de
(Singh, 2008) .......................................................................................................................... 9
Figura 2 Codificación de dirección de flujo a partir de valores de elevación de un DEM.
Tomado del manual de uso del programa ArcMap 10.4 modificado de (Jenson & Domingue,
1988) ..................................................................................................................................... 11
Figura 3 Esquema de acumulación de flujo a partir de un DEM. Tomado del manual de uso
del programa ArcMap 10.4 siguiendo a (Jenson & Domingue, 1988) ................................. 11
Figura 4 Mapa de la región de estudio. SSL = Serranía de San Lucas. COc = Cordillera
Occidental. CC = Cordillera Central. COr = Cordillera Oriental. OP = Océano Pacífico.
SNSM = Sierra Nevada de Santa Marta. SA = Suramérica. ................................................ 17
Figura 5 Ubicación geográfica de la Serranía de San Lucas y reclasificación en diferentes
intervalos de elevación. ........................................................................................................ 18
Figura 6 Mapa de elevación con las subcuencas de drenaje a analizar y la red hidrográfica
de la Serranía de San Lucas. ................................................................................................. 19
72
Figura 7 Mapa de la Serranía de San Lucas con los flancos a estudiar. FW = Flanco
Occidental. FE = Flanco Oriental. ........................................................................................ 20
Figura 8 Mapa de edades para la Serranía de San Lucas. Realizado usando datos del SGC
(2015) ................................................................................................................................... 21
Figura 9 Mapa geológico de la Serranía de San Lucas. Realizado usando datos del SGC
(SGC, 2015). ......................................................................................................................... 22
Figura 10 Corte esquemático de la Serranía de San Lucas y el valle medio del Magdalena.
Tomado de: (Sarmiento, et al., 2015). .................................................................................. 25
Figura 11 Caracterización estructural de la Serranía de San Lucas. FP = Falla de Palestina.
FC = Falla de Cimitarra. FBmng = Sistema de fallas de Bucaramanga. CVIM = Cuenca
valle inferior del Magdalena. CVMM = Cuenca valle medio del Magdalena. CO-AC =
Cordillera Oriental de los Andes Colombianos. SSL = Serranía de San Lucas. (SGC, 2015)
.............................................................................................................................................. 26
Figura 12 Representación esquemática de una estructura tipo flor positiva. Tomado de:
(Drew, 2005) ......................................................................................................................... 30
Figura 13 Mapa de precipitación media anual para la Serranía de San Lucas (IDEAM, 2015;
IGAC, 2012). ........................................................................................................................ 31
Figura 14 Mapa de temperatura media anual para la Serranía de San Lucas (IDEAM, 2015;
IGAC, 2012) ......................................................................................................................... 32
Figura 15 Mapa de radiación solar media anual para la Serranía de San Lucas (IGAC, 2012)
.............................................................................................................................................. 33
Figura 16 Mapa de velocidad media anual del viento en superficie para San Lucas (IDEAM,
2015) ..................................................................................................................................... 34
Figura 17 Mapa de dirección predominante del viento para la Serranía de San Lucas
(IDEAM, 2015) .................................................................................................................... 35
Figura 18 Curvas hipsométricas del sistema de drenaje de la Serranía de San Lucas. ....... 36
Figura 19 Gráfica de área de cuenca contra el valor de la integral hipsométrica con
coeficiente de correlación, interpolación lineal y ecuación de ajuste................................... 39
Figura 20 Gráfica de relieve para cada cuenca contra el valor de la integral hipsométrica con
coeficiente de correlación, regresión lineal y ecuación de ajuste. Se entiende relieve como la
diferencia de altura entre el punto de mayor elevación y el punto de menor elevación de la
cuenca. .................................................................................................................................. 40
73
Figura 21 Orden jerárquico de Strahler para los ríos del sistema de drenaje de la Serranía de
San Lucas. ............................................................................................................................. 41
Figura 22 Gráfica de orden jerárquico fluvial de Strahler contra el valor de la integral
hipsométrica con coeficiente de correlación, regresión lineal y ecuación de ajuste. ........... 42
Figura 23 Regresión lineal entre el valor de la integral hipsométrica vs índices de: A =
Precipitación media anual. B = Radiación solar media anual. C = Temperatura media anual.
D = Velocidad media anual del viento. ................................................................................ 46
Figura 24 Perfiles superficiales transversales de la Serranía de San Lucas. ....................... 50
Figura 25 Mapa de los valores del índice normalizado de pendiente (ksn) para la Serranía de
San Lucas. ............................................................................................................................. 54
Figura 26 Interpretación de mapas de valores del proxy χ. A y B: Cambio en área y migración
de divisoria de aguas que puede verse en un mapa de χ. Los valores más altos de este proxy
indican una cuenca víctima de captura mientras los valores más bajos indican una cuenca
agresora (la cual captura cabeceras de drenaje de la cuenca víctima). C y D: Gráficas de
relación entre el parámetro χ y la elevación y lo que esto implica para relación entre cuencas
colindantes que comparten divisoria de aguas y la relación del parámetro con la pérdida o
ganancia de área y el desplazamiento en distancia de divisoria. Modificado de (Willett, et al.,
2014). .................................................................................................................................... 57
Figura 27 Mapa del parametro χ para la Serranía de San Lucas. FW = Flanco Occidental.
FE = Flanco Oriental. A = Sector norte de la serranía con equilibrio general de la divisoria.
B = Región central con claro desquilibrio en valores de χ y migración de la divisoria hacia el
occidente. Captura por parte de las cuencas del flanco oriental de las cabeceras de drenaje
del flanco occidental. C = Sector sur con equilibrio general y divisoria de aguas estable. La
divisoria de aguas está marcada por el trazo blanco entre cabeceras de las cuencas de ambos
flancos. .................................................................................................................................. 59
Figura 28 Valor del parámetro χ entre las diferentes cuencas de drenaje analizadas en este
trabajo. .................................................................................................................................. 60
Figura 29 Mapa de pendientes para la Serranía de San Lucas. FW = Flanco Occidental. FE
= Flanco Oriental. ................................................................................................................. 64
12. Índice de Tablas
74
Tabla 1 Valores de la integral hipsométrica y diferentes parámetros espaciales de análisis
.............................................................................................................................................. 38
Tabla 2 Índices climáticos extraídos por la reclasificación de rangos de valores de
parámetros climáticos ........................................................................................................... 45
Tabla 3 Valor de concavidad para cada cuenca analizada y valor promedio (θref) para la
Serranía de San Lucas........................................................................................................... 53
Tabla 4 Valores de m/n para cada cuenca analizada y valor promedio utilizado para realizar
el mapa final de valores de χ para la totalidad de la Serranía. .............................................. 56
13. Agradecimientos
En primer lugar, quiero agradecer a mis padres y a mi familia que me apoyaron a lo largo
de toda la carrera y, más que todo, en el proceso difícil de cambio.
Quiero agradecer de igual manera a mis compañeros y amigos por enriquecer la discusión
y hacer de la carrera un periodo de tiempo agradable y memorable.
Definitivamente, todo lo que he logrado y espero lograr se debe en gran parte a mi director,
Gabriel Veloza, por apoyarme y solucionar todas mis dudas, incluso cuando no tenían
relación con el tema de este trabajo. A mi codirector, Idael Blanco, por siempre estar
disponible de manera amable y amistosa a ayudarme de cualquier forma. A Camilo Montes,
por inspirar la profundización en temas de tectónica, clima y evolución de Colombia. En el
semillero de tectónica conocí todo lo relacionado con lo que ahora se ha convertido en un
futuro académico y profesional.
75
Finalmente, quiero agradecer al creador de TopoToolbox, Wolfgang Schwanghart, por
siempre estar disponible y responder de manera amable todas mis inquietudes y problemas
con el uso de esta herramienta, vital para el desarrollo de este trabajo.
Aprueban la remisión de este documento el director Gabriel Veloza (por medio de correo
electrónico) y el codirector Idael Blanco (firma el documento):
Idael F. Blanco Quintero Ph.D
Codirector de tesis
Previamente: Departamento de geociencias, Universidad de Los Andes
Actualmente: Departamento de ciencias de la tierra y del medio ambiente, Universidad de
Alicante