Erosión Eólica Es la remoción del suelo por acción del viento; es mayor a medida que disminuye la cubierta vegetal, por haber menor resistencia para que se inicie el movimiento. Medir la erosión eólica es difícil, pero puede realizarse usando el túnel del viento. Se ha estimado que tormentas de aire (polvo) que cubren una superficie de 13,000 kilómetros cuadrados con una altura de 3,050 metros pueden llevar en suspensión hasta 7,000,000 toneladas de suelo; lo que corresponde a una densidad de partículas sólidas en el aire de 0.17 gr/m3 13,000,000,000 m2 * 3,050 m = 3.96 * 1013 m3 3.96 * 1013 m3 * 0.17 / 106 (m/m3) = 6.74 * 106 toneladas. Factores que afectan la erosión eólica. Los factores que afectan a la erosión eólica son clima, suelo y vegetación. La topografía parece ser no muy importante, aunque la longitud de la superficie erosionable tiene gran influencia en el movimiento del suelo. Clima.- Los factores climáticos que tienen influencia en la erosión eólica son precipitación pluvial, temperatura y viento (humedad, viscosidad y densidad del aire). La distribución de la lluvia y su efecto en la humedad del suelo son de importancia básica en el movimiento. La evaporación y la transpiración son influenciadas por viento, humedad relativa y temperatura. Estos procesos disminuyen la humedad del suelo y que al secarse resulta más propenso a la erosión eólica. Las características del viento que afectan a la erosión eólica son: velocidad, duración, dirección y turbulencia. Suelo.- Los factores del suelo que son afectados por erosión eólica son textura, estructura y densidad de partículas, densidad aparente, materia orgánica, contenido de humedad y coeficiente de rugosidad. La rugosidad cambia en los sistemas de labranza y la formación de costras disminuye la rugosidad, pero tiende a reducirse el movimiento del suelo debido al viento. Vegetación.- Los factores de la vegetación que influyen en el proceso erosivo son altura y densidad de la cobertura, tipo de vegetación y distribución en el año. La presencia de raíces y residuos de cosecha son muy efectivos para reducir la erosión. Considerando que el viento es el agente que causa la erosión es necesario definir como se mueve el viento para tratar de definir su poder erosivo.
Remolinos.- Se presenta cuando el movimiento del viento es como un embudo giratorio (tolva) inducido sobre el terreno. Este puede tener corrientes o direcciones.
Dirección general del viento.
Vientos intensos.
Variaciones intermitentes de aire.- Son variaciones repentinas de mayor o menor intensidad. Torbellino.- Es un choque de masas de aire en un remolino formando agitación dentro del mismo.
Dirección del viento. Velocidades = 45 m/s = 162 km/h Tipos de movimiento.- Estos son saltación, suspensión y rodamiento. Saltación.- La saltación son pequeños saltos de las partículas en suspensión sobre la superficie del suelo. Al aumentar la fuerza del viento, existe más presión sobre la partícula y genera una velocidad horizontal que hace que la partícula se desplaza y después tienda a caer. La altura de los saltos depende de la densidad de las partículas, del relieve y de la velocidad del viento. Se alcanzan alturas de 30 a 45 cm y con desplazamientos de 30 a 200 cm. Este tipo de movimiento se presenta en partículas de diámetro entre 0.05 y 0.5 mm siendo más vulnerables de 0.1 a 0.15 mm.
Suspensión.- Se considera como las partículas que son removidas del suelo y permanecen sobre el aire ya que debido a su tamaño y densidad no son capaces de bajar puesto que la velocidad del viento contrarresta la fuerza de la gravedad y las partículas son transportadas a largas distancias como nubes de polvo. Las partículas que se mueven por suspensión tienen un diámetro inferior de 0.1 mm. Rodamiento.- Es el arrastre de las partículas sobre la superficie del suelo, impulsadas por el viento u otras partículas en movimiento. Estudios realizados sobre el movimiento del suelo por aire indican que el proceso de saltación transporta del 55 al 72 % del suelo. De 3 a 38 % del suelo es transportado por suspensión y de 6 al 25 % por rodamiento. Asimismo se encontró que la mayor parte del movimiento del suelo se lleva a cabo a meno de 1 metro de altura.
Procesos para el movimiento de partículas. Los procesos que se siguen para el movimiento de partículas por erosión eólica serían: a) iniciación del movimiento.- El movimiento es resultado de la turbulencia y velocidad del viento. Existe una velocidad lenta que se define como la velocidad mínima requerida para producir movimiento como producto de la succión del viento. Para iniciar el movimiento es necesario vencer la resistencia expuesta por la partícula.
0.05 mm
0.1
0.15
0.5
1.0
Suspensión
Saltación Zona más Vulnerable
Rodamiento
2.0
Vt = ½ d 4/9 (G – 1)1/2 Donde: Vt = velocidad mínima para causar el movimiento d = diámetro de la partícula, mm G = densidad real de las partículas Esto es funcional para partículas separadas con diámetros de 0.35 a 0.57 mm y densidades reales de 1.83 -2.64 g/cm3 Para iniciar el movimiento será necesario que la velocidad del viento sea mayor a la resistencia de la partícula que será removida. b) Transporte.- La cantidad del suelo movido se ve influenciado por el tamaño de las partículas, la velocidad del viento y la distancia por recorrer. La separación entre el tamaño de agregados es importante para el proceso de transporte. c) Depositación.- Ocurre cuando la fuerza de gravedad es mayor que la fuerza que sostiene a las partículas en el aire. V caída = d 2 r2
g (dp - d aire) t 9 n
Donde : V caída = velocidad de caída, cm/min. d = distancia de caída. t = tiempo de caída. r = radio de las partículas. n = viscosidad del aire, g/s * cm dp = densidad de las partículas. Da = densidad del aire. g = aceleración de la gravedad (980 cm/s2 ) Calculo de la erosión eólica S = (V - V0 )3 * d0.5 Donde: S = cantidad de suelo removido. V = velocidad del viento. V0 = velocidad mínima para el movimiento de partículas. d = diámetro de partículas.
Predicción de la erosión eólica. La predicción de erosión eólica se puede llevar a cabo por la ecuación desarrollada por Chepil (1963) similar a la propuesta por Wischmeier (1968). X a = f (F, G, R, W, V)
Donde X a = Promedio potencial de erosión anual. F = Erodabilidad del suelo G = Factor local geográfico para la erosión por viento. R = Rugosidad de la superficie del suelo. W = Ancho equivalente del campo. V = Cantidad equivalente de cubierta vegetal. Factores considerados. Clima.- La agresividad del clima es estimada usando un índice desarrollado por Chepil (1962). C=
. V3 2.9 (PE)2
Donde: V = Velocidad del viento. PE = Efectividad de la precipitación. La velocidad del viento es calculada con la suposición de que la velocidad es superior a la necesaria para mover una partícula del suelo. La humedad del suelo es considerada tratando de encontrar que la erodabilidad del suelo por viento es una función de las fuerzas de cohesión del agua alrededor de las partículas. La máxima erosividad por viento se presenta en suelos que contienen menos de 1/3 de la humedad al punto de marchitamiento permanente (PMP), se considera como un suelo secado al aire) sobre este contenido de humedad la erodabilidad decrece hasta el contenido de PMP, hasta cierto punto en donde la erodabilidad decrece al máximo. La ecuación usa agregados mayores a 0.84 mm obtenidos por tamizado en suelo seco. Factor climático G. C = 1/100
12 i=1∑
(Ve3 / 100) (( (PET - P) / PET ) * n )
Donde: G = Promedio de la erosión eólica anual. V = Velocidad media mensual a 2 metros de altura, m/s. P = Precipitación pluvial, mm. PET = Evapotranspiración potencial, mm. n = Número de días erosivos por mes. El número de días sobre el cual la erosión ocurre es asumida que sea proporcional a (PET - P) / PET por el número de días total al mes. PET, puede ser estimado por Penman, Thornthwaite, Blanney, etc.
Control de la erosión eólica. Los métodos más usados son prácticas vegetativas y prácticas mecánicas. El grado de protección está influenciado por la altura y el espaciamiento de la obstrucción y la resistencia del suelo al movimiento. Cultivos La vegetación es más efectiva para el control de la erosión por viento. Los cultivos reducen la velocidad del viento y sostienen al suelo contra las fuerzas de tracción del viento. Entre más cerrado sean los cultivos más efectivos son para el control de la erosión; la efectividad depende de etapas de desarrollo, densidad de la cubierta, dirección del surcado, ancho del surco, clase del cultivo y condiciones climáticas, los pastos tienden a acumular suelo si hay buen desarrollo de vegetación. Por razones obvias, los cultivos se colocan en dirección perpendicular a la del viento. Cortinas Rompevientos La cortina rompevientos es definida como cualquier tipo de barrera para protección por viento y esta asociado con barreras vivas de diferentes especies o cualquier otra. Esta barrera reduce la velocidad del viento. Algunos estudios reportan que la barrera deberá ser 19 veces más larga que su altura, la velocidad del viento es afectada por una distancia de cerca de 8 veces la altura de la cortina y la velocidad del viento es reducida de 5 a 10 veces la altura del árbol de la protección. La distancia entre cortinas puede ser definida como: d = 17 h ( Vm / V ) cos Φ Donde: d = Distancia de protección. h = Altura de la barrera en cualquier unidad. Vm = Mínima velocidad del viento a 10 m de altura requerida para mover la fracción del suelo más erodable. 35 km/hora. V = Velocidad actual del viento a 10 m de altura. Φ = El ángulo de desviación de la dirección del viento prevaleciente de la perpendicular a la cortina.
En el caso de que la velocidad del viento sea perpendicular a la cortina la ecuación se reduce a: d = 395 h / V
48 km/h
16
42 60
km / hora 22 24
90
120 150 metros
38
210
La altura de la cortina rompevientos es de 10.5 metros
Las especies usadas en las cortinas rompevientos son del tipo del álamo, sauce, sauce llorón, cedro blanco, enebro, tamarix, pirul, pino halepensis, encino rojo, roble, fresno, jacaranda, y otros similares.. Fajas al contorno Consiste en alternar fajas de cultivos de escarda y cultivos de cobertera en el mismo campo; las fajas son construidas paralelas a la cerca o al contorno. Las ventajas de las fajas al contorno son: 1.- Protección física contra la remoción. 2.- Limita la erosión para una distancia igual al ancho de la faja. 3.- Se conserva humedad del suelo. Para encontrar la máxima separación entre fajas Chepil (1960) desarrolló la siguiente ecuación: FX = 400 I F (RK) –1.26 Donde: F = Factor de tablas. X = Erodabilidad del viento, ton / acre. I = Porcentaje por peso del suelo en agregados secos mayores de 0.84 mm (tamizado en seco). K = Rugosidad del campo (pulgadas) tamaño del terrón. R = Residuos de cosecha sobre la superficie, libras / acre.
Factor F Arena fina Migajón areno limoso Migajón arenoso fino y arcilla Migajón limoso
6 4 2 1
800
100
10
10
20
30
Distancia limitante en dirección del viento, pies:
100
10000
d t = 360 pies
Wt = d t cos Φ Donde: Wt = Ancho de la faja. Φ = Angulo entre la línea normal de la faja y la dirección del viento. Ejemplo: Determine el ancho de faja en un campo donde el % de agregados mayores de 0.84 mm es de 15 %, los residuos de cosecha son 500 libras/acre y el tamaño de agregados es de 2 pulgadas. FX = 400 * 15 * 4 (500*2)-1.26 FX = 3.98 Sistema de Labranza El objetivo de la labranza es aumentar la producción de rugosidad y terrones. Para tener terrones el terreno debiera cultivarse después de una lluvia, terrones grandes son el resultado de grandes agregados. Pequeños bordos perpendiculares a la dirección prevaleciente del viento son efectivos para el control de la erosión.
Altura en Pulgadas.
8 6 pulgadas hay influencia de los bordos. 6
4
2
0
Los residuos de cosecha expuestos sobre la superficie del área son efectivos especialmente con material rugoso. Algunos resultados experimentales muestran lo siguiente:
Altura sobre la superficie
8 4 6
3
4
2
2 1 0 10 14 18 Velocidad del viento, mph. 1) 2) 3) 4)
Suelo desnudo 1 a 0.5 ton 1.25 pulgadas de alto y 7 pulgadas de ancho (bordo) 3.5 ton cobertura
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Métodos Mecánicos Barreras mecánicas como cortinas rompevientos u otro tipo de materiales que pueden ser semipermeables o impermeables. Las terrazas también tienen efecto sobre el proceso erosivo ya que son bordos que reducen la velocidad del viento en tanto estén perpendiculares a la dirección de este. La conservación de humedad es básica para el control de la erosión eólica en zonas áridas o semiáridas. Los métodos usados consisten en incrementar la infiltración, reducir evaporación y prevenir el innecesario crecimiento de las plantas. Los residuos de cosecha tienen efectos sobre la conservación de humedad y ello se muestra a continuación:
Rastrojo
2 ton / acre
Rastrojo 2 ton / acre rastreado
Rastrojo 2 ton / acre barbechado Barbechado
Lluvia total = 17.9 pulgadas
Rastreado
0
10
20
30
40
50
Porcentaje de la lluvia conservada (abril a septiembre)
Cortinas Rompevientos Una cortina rompevientos es la alineación de una o más hileras de árboles o arbustos para formar una barrera lo suficientemente alta y densa que se constituya en un obstáculo al paso de viento y del polvo. Las cortinas rompevientos también reciben el nombre de barreras rompevientos, setos vivos o fajas de albergue, por servir de refugio a cierto tipo de fauna.
Las cortinas rompevientos constituyen una práctica de tipo generalizada para el control de la erosión eólica, esto es, puede igualmente utilizarse en áreas agrícolas, de pastizales, desprovistas de vegetación y en zonas urbanas. Los beneficios obtenidos con las cortinas, son de tres tipos: 1.- Reducen la velocidad del viento. 2.- Detienen la carga de material acarreado. 3.- Protegen al suelo de la acción erosiva del viento. Para que los objetivos puedan ser logrados, es indispensable que la cortina funcione al máximo de su eficiencia, requiriéndose considerar las siguientes características: a) Forma. b) Altura. c) Densidad. La separación entre hileras y entre plantas depende del desarrollo vegetativo de las especies utilizadas y de la porosidad que se desee. Las separaciones más usuales para cortinas son de 1 a 2 metros, entre arbustos y de 2 a 3 metros, entre árboles. Especies utilizables en las cortinas rompevientos. Las especies que constituyen una cortina rompevientos, de acuerdo a su función particular, se clasifican en tres tipos: Principales: especies que proporcionan la altura efectiva de la cortina (las de mayor porte). Secundarias: Especies que se colocan a los lados de las principales y son de menor altura. Accesorias: Especies arbustivas o matorrales que se establecen en los bordes y entre las filas de las anteriores, con la finalidad de disminuir la porosidad y evitar infiltraciones del aire. El empleo de cortinas rompevientos para el control de la erosión eólica tiene varias limitaciones, como son: a) El espaciamiento relativamente pequeño exigido para una defensa eficaz, reduce el área cultivable. b) La competencia que presenta para los cultivos adyacentes en cuanto a humedad y elementos nutritivos.
c) En condiciones de aridez extrema en donde la erosión eólica alcanza mayor peligro, pueden no desarrollarse bien, a menos que cuenten con un riego suplementario. d) Pueden ser hospederas de plagas de difícil control. Las especies que habrán de utilizarse en las cortinas rompevientos deben reunir una serie de requisitos para que cumplan eficientemente con sus objetivos; los principales se enumeran a continuación: 1.- Especies adaptadas al clima de la zona. 2.- Resistentes a la sequía y con un sistema radicular de desarrollo vigoroso vertical y horizontal, de manera que se aproveche mejor la humedad del suelo. 3.- De crecimiento rápido y morfológicamente uniformes. 4.- De gran densidad en las copas. 5.- De preferencia utilizar en las alineaciones exteriores de la cortina, especies no apetecibles por el ganado o espinosas que restrinjan al ramoneo. 6.- Que conserven, por lo menos, parte del follaje todo el año. Las principales especies utilizadas como cortinas rompevientos se presentan a continuación: Nombre científico Populus nigra Salix. alba S. babilonica S. humboldtiana Cupressus arizonica C. sempervivens C. macrocarpa Juniperus virginiana Tamariz articulata Schinus molle Pinus halepensis P. canariensis Prunus virginiana Quercus robur Robinia pseudocacia Ulmus americana U. parvifolia Casuarina equisetifolia Eucalyiptus camaldulensis Fraxinus viridis Prosopis alba Grevillea robusta Jacaranda mimosifolia Delonix regia
Nombre común Álamo Sauce Sauce llorón Sauce tropical Cedro blanco Cedro Cedro Enebro de Virginia Tamarix Pirul Pino alepo
Encino rojo Robinia Olmo Casuarina Eucalipto Fresno Huizache Grevillea Jacaranda Framboyán
