Identificación, caracterización y dinámica de las geoformas glaciales y periglaciales en la Cordillera de los Andes a través de sensores remotos

Abstract

El presente trabajo de Tesis Doctoral tuvo el objetivo de estudiar los glaciares y glaciares de escombros en tres regiones montañosas a lo largo de la Cordillera de los Andes Argentina: Monte San Lorenzo (Provincia de Santa Cruz), Volcán Domuyo (Provincia de Neuquén), y Nevados de Cachi (Provincia de Salta). Cada uno de estos sitios presenta características climáticas propias, representativas de tres porciones particulares de los Andes: Andes Patagónicos Meridionales, Andes Centrales Meridionales y Andes Desérticos respectivamente. Considerando las particularidades de los cuerpos de hielo presentes en cada región, se evaluaron imágenes satelitales ópticas Landsat, ASTER y ALOS, así como los modelos digitales de elevación globales y locales ASTER GDEM, SRTM y ALOS) para la identificación y la compilación de un inventario de glaciares preciso y técnicamente eficiente. La identificación y mapeo de hielo libre de detrito fue evaluada en detalle en la zona del Monte San Lorenzo, donde se comparó el área captada por los cocientes de bandas de imágenes Landsat y la digitalización manual, encontrándose diferencias menores al 4%. Con algunas salvedades, puede asumirse que el promedio de una serie de digitalizaciones manuales en imágenes de alta resolución puede ser utilizado como referencia para conocer el error de mapeo en imágenes de menor resolución. Sin embargo, en un experimento de digitalización manual por parte de varios operadores que incluyó 10 glaciares de menos de 5 km<SUP>2</SUP> con hielo cubierto y descubierto, las digitalizaciones manuales sobre imágenes ALOS PRISM (2.5 m) generaron contornos glaciares más grandes en un 4.8% en término medio respecto de aquellas derivadas del cociente de bandas Landsat (30 m). Asimismo, encontramos que la comparación entre digitalizaciones manuales entre imágenes de media (Landsat) y alta (ALOS PRISM) resolución, no necesariamente produce resultados más precisos, debido a la aparición de mayor cantidad de detalles y al bajo contraste óptico en las imágenes pancromáticas. Debido al bajo error respecto de la digitalización manual, los menores tiempos de ejecución y la replicabilidad de los resultados, se concluye que es preferible utilizar los cocientes de bandas para delimitar el hielo libre de detrito, restringiendo únicamente la digitalización manual para las correcciones requeridas en las partes incorrectamente mapeadas como el hielo cubierto y en sombras. Para establecer el error en el mapeo de glaciares con hielo cubierto, se sugiere calcular la variabilidad en píxeles para distintos tamaños de glaciares, a partir de los tamaños máximos y mínimos digitalizados manualmente. Una vez hallada dicha variabilidad, puede calcularse un buffer para la totalidad de los glaciares inventariados. Se generó un método combinado multiespectral-morfométrico para identificar hielo cubierto en base a un árbol de decisiones, agregando a un cociente de bandas umbrales de temperatura en superficie, índice de vegetación, máscara de agua y pendiente. Esta metodología es especialmente sensible a la inclinación de las lenguas de hielo cubierto y funciona mejor cuando la misma es de alrededor de 12º. Si bien la cantidad de hielo cubierto varió según el glaciar (entre el ~50-150% en la región del Monte San Lorenzo) y los contornos generados por esta clasificación deben ser corregidos manualmente, los mismos constituyen una base importante para la localización e identificación de sectores de hielo cubierto, reduciendo notablemente los tiempos de digitalización manual en zonas extensas. El efecto de la resolución espacial en el mapeo de glaciares de escombros fue investigado mediante imágenes ASTER (15 m), ALOS AVNIR2 (10 m) y ALOS PRISM (2.5m). La variabilidad en el error de mapeo disminuye con la resolución espacial desde ±76% a ±33% y ±22% respectivamente. Se vio que una resolución de 15 m resulta apropiada únicamente para el mapeo de glaciares de escombros activos con frentes bien definidos y con área mayor a 0.1 km<SUP>2</SUP>, siempre y cuando exista un buen contraste con el entorno. Para la producción de inventarios de glaciares de escombros y lóbulos de talud que incluyan geoformas con superficies del orden de 0.001 km<SUP>2</SUP>, es necesaria la utilización de imágenes de entre 2.5m a 5m de resolución, mientras que imágenes de aún mayor resolución deben ser implementadas en trabajos que requieran mayor nivel de detalle. Tomando modelos digitales de elevación elaborados a partir de esteropares ALOS PRISM como referencia, se evaluaron las características y el potencial de los modelos globales SRTM y ASTER GDEM en cuanto a los desfases en planimetría y altimetría entre modelos, y las diferencias en los valores de una serie de parámetros topográficos (pendiente, altura máxima, media y mínima, orientación, etc.) de los glaciares y glaciares de escombros. Adicionalmente, se validaron los modelos globales mediante la toma de puntos de control de terreno relevados con instrumental GPS en modo diferencial. Al contrario de otros estudios de similar naturaleza, se encontró para los casos de estudio seleccionados una mejor respuesta del ASTER GDEM por sobre el SRTM. Además de la generación de inventarios actualizados en la medida que las imágenes satelitales lo permitieran, se estudiaron las fluctuaciones glaciarias de las décadas recientes. A su vez, dichos cambios de área fueron investigadas en función de las tendencias de temperatura y precipitación registradas en estaciones meteorológicas dentro de cada zona de estudio, así como también a partir de datos de reanálisis, y contextualizadas en el marco de estudios climáticos de carácter regional. La altura de la isoterma de -1º C y sus cambios en décadas recientes fueron asimismo calculadas para conocer las condiciones termales bajo las cuales se desarrollan glaciares de escombros activos en la actualidad y su interacción mutua. Para la región del Monte San Lorenzo, se inventariaron 213 glaciares y manchones de nieve permanentes, que corresponden a 206.9 km<SUP>2</SUP> en el año 2005, y se ubican entre los 500 m y 3776 m de altitud. La línea de equilibrio (ELA) se infirió en 1800 m aproximadamente. Del total de superficie englazada, casi un 10% (20 km<SUP>2</SUP>) corresponde a hielo cubierto. A su vez, 44.3 km<SUP>2</SUP> de hielo glaciar ha desaparecido entre los años 1985-2008, es decir, el área cubierta de hielo ha mermado en un 18.6% para dicho período, lo cual se traduce en un 0.8% de reducción anual. Adicionalmente, 40 glaciares menores a 0.26 km<SUP>2</SUP> han desaparecido por completo desde 1985. Por otra parte, se identificaron y mapearon 141 glaciares de escombros y 36 lóbulos de talud, de los cuales 106 (9.57 km<SUP>2</SUP>) y 24 (0.29 km<SUP>2</SUP>) fueron clasificados como geoformas intactas (ricas en permafrost) respectivamente. La elevación a partir de la cual aparecen las geoformas intactas es de 1400 m.s.n.m; en promedio, la densidad espacial de glaciares de escombros a partir de esta altura es del 1.37%. Los registros de temperatura diaria extrapolada a 1400 m indican una temperatura media anual del aire desde 2002 de +1.5º C, lo cual indicaría, al menos preliminarmente, un estado de desequilibrio entre los glaciares de escombros y el clima de la última década. Adicionalmente, la isoterma de -1º C, indicadora de la altura límite del permafrost de montaña discontinuo, se habría elevado a razón de 25 m por década desde 1970. En la región del Volcán Domuyo se contabilizaron 112 glaciares equivalentes a 25.6 km<SUP>2</SUP> de hielo. Debido a las condiciones climáticas de la región que favorecen la producción de criosedimentos (mayor diafanidad, alta insolación, amplitud térmica) respecto de la región del Monte San Lorenzo, el hielo cubierto ocupa una mayor proporción (36%). Algunos manchones de nieve pequeños se encuentran a alturas tan bajas como 2100 m. Sin embargo, los glaciares mayores parten desde la cumbre misma del volcán y alcanzan, como muy bajo, a los 2700 m. Debido a la abundancia de detrito sobre las lenguas glaciarias, inclusive en las cabeceras o porciones altas de los glaciares, no fue posible estimar la altura de equilibrio. Entre 1990 y 2008, se registró una pérdida de 8.86 km<SUP>2</SUP> de hielo, lo cual representa una reducción de ~25.6% aproximadamente en un período de 19 años, es decir 0.46 km<SUP>2</SUP> ó ~1.3% por año. Ciento treinta y tres (10.5 km<SUP>2</SUP>) glaciares de escombros y 40 (0.5 km<SUP>2</SUP>) lóbulos de talud intactos fueron reconocidos, de los cuales 68 (5.8 km<SUP>2</SUP>) y 21 (0.3 km<SUP>2</SUP>) respectivamente fueron clasificados como activos. Los frentes de los glaciares de escombros activos se encontraron por encima de los 2800 m, y la densidad espacial a partir de esta altura es del 0.87%. Extrapolando los datos de temperatura mensual media de las estaciones meteorológicas Andacollo y Pampa de Chacaico, se encontró que la altura para la isoterma de -1º C para el período 1997-2013 sería de entre 2845 m y 3387 m de altura respectivamente. Dependiendo entonces cuál de las dos estaciones meteorológicas se trate, podría decirse que los glaciares de escombros se encontrarían en condiciones termales de equilibrio o desequilibrio con el clima actual. El Nevado de Cachi está prácticamente desprovisto de glaciares, con tan sólo unos pocos cuerpos de hielo y nieve recongelada que totalizaron 0.2 km<SUP>2</SUP> de hielo para el año 2009. Estos glaciares funcionarían como glaciares reservorio, donde el total de la superficie actúa como área de acumulación o de ablación dependiendo del año, y por lo tanto no existiría una línea de equilibrio. Su superficie ha disminuido un 76% entre 1988 y 2009. Los circos dejados por las glaciaciones pleistocénicas, ahora libres de hielo, han constituido un nicho ideal para el desarrollo de importantes glaciares de escombros. Se relevaron 308 (36.5 km<SUP>2</SUP>) glaciares de escombros y 114 (2.1 km<SUP>2</SUP>) lóbulos de talud intactos, de los cuales 219 (22.4 km<SUP>2</SUP>) y 80 (1.3 km<SUP>2</SUP>) son activos. Las geoformas activas se sitúan por encima de los 4600 m, y su densidad espacial es del 2.2%. La altura de la isoterma de -1º C fue estimada desde la estación meteorológica de Salta Aeropuerto en 4000 m, por lo que los frentes de glaciares de escombros más bajos se encontrarían a unos -6º C de temperatura media anual del aire. La influencia de la litología en la tipología y tamaño de los glaciares de escombros fue evaluada realizando tests estadísticos no paramétricos, encontrándose una relación estadísticamente significativa entre el tamaño de los glaciares de escombros y la litología para las zonas de Nevados de Cachi y Volcán Domuyo, mientras que fueron no significativas en el caso del Monte San Lorenzo. Podría decirse entonces que, dadas condiciones topoclimáticas favorables para la formación de glaciares de escombros, la litología puede constituir un factor condicionante adicional para su desarrollo. En particular, se encontró que las rocas esencialmente granitoides forman capas activas blocosas, lo cual favorece la formación y preservación de estas geoformas. La ausencia de registros instrumentales de temperatura y precipitación completos y de larga duración representó un problema común para los tres sitios estudiados. Esta es, salvo escasas excepciones, una condición frecuente a lo largo de los Andes Argentinos y constituye un factor profundamente limitante para el entendimiento de las interacciones del clima y los componentes de la criósfera en la Cordillera de los Andes. Se entiende entonces, que a tal fin es imperiosa la necesidad de contar con una verdadera red de estaciones meteorológicas modernas, ubicadas altitudinal y geográficamente próximas a la localización de los glaciares y geoformas periglaciales.