INTRODUCCIÓN

En México se han presentado gran cantidad de procesos gravitacionales en los años recientes, muchos de ellos en el EVT, tales como los ocurridos en el volcán Pico de Orizaba (^{Legorreta et al., 2014}), en el volcán Nevado de Toluca (^{Aceves et al., 2014}), en las montañas de Puebla (^{Lugo et al., 2005}), en las sierras costeras de Guerrero, Chiapas y Oaxaca (^{Cenapred, 2014}) y en la ciudad de Tijuana, Baja California (^{Cenapred, 2002}). Estos fenómenos se han abordado mediante la compilación de inventarios históricos o multitemporales de procesos gravitacionales y su modelación. El inventario y modelado de la susceptibilidad se lleva a cabo a escala local o regional con el uso de la integración de diversos métodos heurísticos, estadísticos y determinísticos, cada uno de los cuales tiene sus propias ventajas y limitaciones (^{Legorreta et al., 2014}).

En la cuenca La Ciénega, perteneciente al volcán Nevado de Toluca, las características geomorfológicas y geológicas crean condiciones que la hacen susceptible a procesos gravitacionales. Este tipo de procesos ponen en peligro a la población de Santa Cruz Pueblo Nuevo, que tiene 1 634 habitantes (^{Inegi, 2010}) y está asentada en la parte baja de la cuenca, pues al presentarse lluvias extraordinarias, los arroyos secundarios como ASC1 y ASC2 llevan grandes cantidades de sedimentos obtenidos de los materiales removidos por los procesos gravitacionales.

En la cuenca se han realizado estudios que han permitido obtener un mapa geomorfológico, un inventario de procesos gravitacionales y la relación con el cambio de uso de suelo (^{Álvarez, 2014}; ^{Aceves et al., 2014}). A pesar del esfuerzo realizado en esta zona, no hay trabajos enfocados a una cartografía geomorfológica a detalle respaldada con métodos estadísticos que permitan establecer áreas de susceptibilidad a procesos gravitacionales.

Es por eso que el objetivo de este estudio es determinar las formas del relieve y su susceptibilidad a procesos gravitacionales en dos arroyos secundarios: ASC1 y ASC2 (que se encuentran en la porción sur de la cuenca La Ciénega, en el volcán Nevado de Toluca), respaldado por un método estadístico. Para ello, se elaboró un inventario actualizado de procesos gravitacionales con base en imágenes de satélite SPOT-6 y Google Earth, ambas de 2015, y con el empleo de la clasificación del ya mencionado Protocolo de Zonificación de Peligro por Deslizamiento (LHZ) realizado por el DNR.

Con el inventario se determinaron 179 procesos gravitacionales y se identificaron 23 formas del relieve a detalle basadas en la clasificación de ^{Lugo (1988)}, la cual sirvió de apoyo para la elaboración de cartografía geomorfológica a una escala grande (1:30 000). Esta cartografía es respaldada por un método estadístico, el cual consiste en analizar la frecuencia de los procesos gravitacionales por geoforma y por área.

Finalmente, para obtener la susceptibilidad a procesos gravitacionales, se utilizó una adaptación del citado Protocolo, a partir del Rango de Valoración por Área (RVDA) y del Rango de Valoración de Procesos Gravitacionales por Frecuencia (RVDF) de cada una de las geoformas. Los resultados obtenidos en el estudio revelan que la cuenca La Ciénega presenta una susceptibilidad alta y el arroyo con más susceptibilidad a los procesos gravitacionales es el ASC2.

ANTECEDENTES

Las geoformas están expuestas a procesos gravitacionales, los cuales son fenómenos naturales dinámicos. Esta exposición se acelera por las actividades antrópicas, pues en las últimas décadas el vínculo y los efectos que tienen los seres humanos sobre las formas del relieve se han estrechado y desencadenado desastres. En este sentido, los estudios geomorfológicos han sido la base para determinar cualitativa y cuantitativamente las características donde se desarrollan los procesos gravitacionales (^{Tricart, 1969}; ^{Hooke, 1994}).

A nivel mundial, los estudios de frecuencia y densidad de procesos gravitacionales mencionan que para entender la distribución y los patrones espaciales de dichos procesos es importante realizar la búsqueda, recopilación y descripción de información existente, combinada con el análisis de datos obtenidos en campo (^{DNR, 2006}; ^{Hervás y Bobrowsky, 2009}; ^{Blahut et al., 2010}). Este análisis es reforzado, generalmente, con métodos estadísticos que permiten evaluar cuantitativamente la distribución y la susceptibilidad de la zona (^{Borgomeo et al., 2014}; ^{Guns y Vanacker, 2014}).

Algunos de los métodos estadísticos más usados para analizar la ocurrencia de los procesos gravitacionales se refieren, de manera general, al cálculo de frecuencia y al área de dichos procesos que afectan cada unidad geomorfológica (^{Chang y Slaymaker, 2002}; ^{Guthrie, 2002}; ^{Suárez, 2009}; ^{Borgomeo et al., 2014}; ^{Guns y Vanacker 2014}; ^{Legorreta et al., 2015}).

Por su parte, la descripción y comprensión de la distribución espacial de los procesos gravitacionales y sus factores determinantes son importantes para los estudios geomorfológicos y para determinar la susceptibilidad a estos fenómenos, ya que son parte de la evolución del paisaje (^{Borgomeo et al., 2014}; ^{Legorreta et al., 2015}). Por ejemplo, desde la década de los noventa, el DNR ha realizado investigaciones para la identificación de laderas inestables con el fin de ayudar a mitigar los riesgos por procesos gravitacionales a partir de la comparación de cuencas hidrográficas en el estado de Washington. Su método semicuantitativo usa la frecuencia y el área de procesos gravitacionales que afectan las geoformas del terreno para establecer el peligro.

En México, la evaluación de procesos gravitacionales se ha abordado mediante la elaboración cartográfica de inventarios y su modelación a través de los SIG (^{Pérez, 2007}; ^{Oliva et al., 2012}). Estos estudios se enfocan, en su mayoría, a terrenos montañosos, los cuales, generalmente, están compuestos por materiales poco consolidados que los hacen susceptibles a los procesos de laderas y que impactan a la población directa o indirectamente a través de sus depósitos. Tal es el caso del volcán Nevado de Toluca, la cuarta montaña más alta de México (4 680 m s. n. m.), el cual tiene un gran potencial para producir procesos gravitacionales debido a la existencia de depósitos piroclásticos, de caída y de rocas altamente intemperizadas que están sujetas a condiciones de alta precipitación estacional. Tales condiciones predisponen a este estratovolcán a la generación episódica de flujos de escombro. Por ejemplo, en 1940 un flujo de escombros alimentado por los depósitos de procesos gravitacionales destruyó el pueblo de Santa Cruz en la ladera este del volcán (^{Peña, 2006}; ^{Toscana y Valdez, 2013}; ^{Aceves et al., 2014}).

En esta área del volcán se han hecho investigaciones de diferentes aspectos físicos, por ejemplo, existen trabajos que están dedicados a aspectos geomorfológicos (^{Aceves et al., 2014}; ^{Espinosa, 2003}; ^{Norini et al., 2004}; ^{Espinosa et al., 2014}: ^{Aceves et al., 2014}). Además, se ha establecido la relación entre el cambio de uso de suelo y los deslizamientos en la cuenca La Ciénega (^{Álvarez, 2014}). También se han realizado trabajos de peligros volcánicos (^{Capra et al., 2008}; ^{Aceves et al., 2006}), inundaciones y aspectos sociales (^{Peña, 2006}; ^{Tosacana y Valdez, 2013}), sin embargo, no existen trabajos semicuantitativos. Para complementar esta situación, este trabajo ha adaptado el método del DNR para calcular la susceptibilidad tomando en cuenta el periodo de tiempo de los datos del inventario y de las imágenes de satélite utilizadas, así como el área de cada una de las geoformas y el número y área de los procesos gravitacionales.

ÁREA DE ESTUDIO

Los arroyos secundarios La Cieneguilla 1 y La Cieneguilla 2 que se estudiaron en este trabajo se localizan en la parte central y sur de la cuenca endorreica La Ciénega. Ésta se localiza en la ladera oriental del volcán Nevado de Toluca y comprende las coordenadas 19º07’, 19º04’ N y 99º44’, 99º37’ W (Figura 1).

Elaboración: Sandra García Reyes, con base en INEGI (2013).

Figura 1 Localización e inventario de procesos gravitacionales del área de estudio. 

El volcán Nevado de Toluca pertenece al Eje Volcánico Transmexicano, es un estratovolcán formado por material andesítico-dacítico y es la cuarta elevación más importante de México, con una altitud aproximada de 4 680 m s. n. m. (^{Macías, 2005}).

La cuenca La Ciénega se delimita geomorfológicamente al oeste por el borde oriental del cráter del volcán Nevado de Toluca, al NO y SO por valles y circos glaciares, y al NE y SE por laderas bajas acumulativas (^{Espinosa et al., 2014}). Es aquí, en las partes bajas acumulativas, donde la desembocadura del arroyo principal La Ciénega se encuentra obstaculizada por el derrame andesítico tenango o tépetl. Esta cuenca comprende un área de 28 km², tiene una forma alargada con una orientación E-O. Su longitud es de 13 km y su ancho es de 2.5 km aproximadamente (^{Aceves et al., 2014}).

El clima en la cuenca La Ciénega se clasifica en dos tipos: el primero se delimita de 2 893 a 4 000 m s. n. m. y se caracteriza por ser templado con un verano fresco largo, tiene un alto grado de humedad y presenta poca oscilación térmica. A partir de los 4 000 m s. n. m. se presenta un clima frío, el cual tiene un alto grado de humedad y es isotermal (^{García, 2004}). La mayor precipitación se origina de junio a septiembre. Debido a estos dos tipos de climas, se ha observado una variación entre periodos de estiaje y precipitaciones intensas, lo que favorece grandes torrentes que han llegado a impactar en la población (^{Espinosa, 2001}; ^{Toscana y Valdez, 2013}).

En respuesta a la litología, los arroyos secundarios ASC1 y ASC2 presentan un modelo de drenaje del tipo dendrítico con rasgos subparalelos. El arroyo La Ciénega es de cuarto orden, mientras que los arroyos ASC1 y ASC2 son de tercer orden.

Los arroyos secundarios ASC1 Y ASC2 se han desarrollado sobre una ladera compuesta por materiales piroclásticos, como flujos de pómez, avalanchas de escombros, materiales de oleadas piroclásticas, depósitos de flujos de bloques y ceniza, lahares y depósitos de caída, los cuales son materiales susceptibles a la erosión, ya que suelen ser poco cohesivos (^{Capra et al., 2008}; ^{Aceves et al., 2014}). Al NE de la cuenca se encuentra la población de Santa Cruz Pueblo Nuevo, que está asentada sobre un abanico activo compuesto por depósitos aluviales y flujos de escombros (^{Aceves et al., 2006}).

METODOLOGÍA

La susceptibilidad a procesos gravitacionales consta de cuatro etapas generales: la recopilación de información, el inventario de procesos gravitacionales, la cartografía geomorfológica y la susceptibilidad geomorfológica. Cada una de ellas engloba métodos particulares, los cuales se conceptualizan en la Figura 2.

Figura 2 Proceso de elaboración para la obtención de la susceptibilidad geomorfológica a procesos gravitacionales y tablas de equivalencia para obtener la susceptibilidad (a) y (b). 

Durante la primera etapa se recopiló información bibliográfica del área de estudio, así como trabajos previos de geografía, geología, geomorfología, información particular de eventos históricos de procesos gravitacionales, etc. Por otro lado, se compiló cartografía temática como cartas topográficas con escala 1:50 000 (Inegi, 2013), cartas geológicas 1:250 000 (SGM, 2002), imágenes de satélite SPOT-6 con resolución 1.5 m, imágenes de Google Earth de 2015 y un modelo digital de elevación de 15 m.

En la segunda etapa se construyó el inventario de procesos gravitacionales. Algunos de estos procesos se tomaron de la base de datos de ^{Álvarez (2014)}. También se realizaron dos sesiones de trabajo de campo, esto permitió verificar la información obtenida a partir de la interpretación de las imágenes de satélite. Para la clasificación de los procesos gravitacionales, se utilizó el citado Protocolo, en donde se identificaron seis tipos de procesos gravitacionales: superficial, de escombros, flujos de escombros, caídas y desprendimientos, por incidencia de meandro y de asentamiento profundo. También se hizo la medición de los procesos gravitacionales y se obtuvo el largo, el ancho y la profundidad.

Posteriormente, en gabinete se efectuó la interpretación de los procesos en los arroyos secundarios ASC1 y ASC2. Esta interpretación consistió en identificar y digitalizar los procesos gravitacionales con base en dos imágenes de satélite SPOT-6 y Google Earth de 2015. Para ello se utilizaron criterios de tono, color, textura, forma y patrón (^{Chuvieco, 1996}; ^{Verstappen, 1977}).

En la tercera etapa se elaboró el mapa geomorfológico, para ello se compilaron y derivaron mapas temáticos. Por ejemplo, el mapa geológico se compiló de distintas fuentes (^{Capra et al., 2008}; ^{Torres, 2011}; ^{Aceves et al., 2014}), el mapa geomorfológico fue derivado de los mapas altimétrico, de pendiente, de densidad de disección, de profundidad de disección y de morfología de laderas, así como de la interpretación de éstos y del análisis del relieve. Los valores obtenidos de estos mapas facilitaron la delimitación de geoformas.

Para la clasificación de las geoformas se utilizó la propuesta por ^{Lugo (1988)}, basada en ^{Chemekov (1972)} y ^{Bashenina et al. (1975)}. Además, se empleó parte de la información geomorfológica de ^{Aceves et al. (2014)}, esto con el fin de obtener una cartografía a mayor detalle.

En la cuarta etapa se obtuvo la susceptibilidad a procesos gravitacionales de cada una de las geoformas y de la cuenca La Ciénega, la cual, de acuerdo a la metodología semicuantitativa del DRN, se basó en la cuantificación del número de procesos gravitacionales por área y por frecuencia.

La asignación de la susceptibilidad de cada geoforma se determinó del RVDA y del RVDF (Figura 2a). El RVDF refleja el número de procesos gravitacionales y el área de la geoforma (ha), los cuales son normalizados para un periodo de 34 años de acuerdo con los datos del inventario. El resultado, que suele ser un valor pequeño, se multiplica por 1 millón con el fin de obtener números enteros.

El RVDA es el área de la cabecera de los procesos gravitacionales (ha) y el área de las geoformas (ha), los cuales son normalizados para un periodo de 34 años de acuerdo con el inventario. El resultado obtenido se multiplica por 1 millón.

Con el fin de obtener valores cualitativos, se utilizó la tabla (Figura 2b) para determinar la clasificación de la susceptibilidad de cada geoforma. Con los valores del RVDA y RVDF las formas del relieve recibieron una asignación de susceptibilidad baja, moderada, alta o muy alta.

RESULTADOS

Mapa geomorfológico

En la cuenca La Ciénega se cartografiaron 23 geoformas (Figura 3) de los siguientes tipos.

Elaboración: Sandra García Reyes, con base en ^{Capra (2008)}; ^{Torres (2011)}; ^{Aceves (2014)}.

Figura 3 Mapa geomorfológico de la cuenca La Ciénega. 

Domos

Se identificaron cinco estructuras, las cuales presentan laderas pronunciadas y se encuentran fuertemente fracturadas, cuatro de ellas son de composición dacítica y se localizan al NO de los arroyos ASC1 y ASC2. El quinto domo de composición basáltica se caracteriza por estar parcialmente sepultado y se localiza al SE de los arroyos secundarios. Los cinco domos se encuentran en un rango de altitud que va de los 2 829 a los 4 423 m s. n. m. La orientación de sus vertientes tiene una preferencia al NE y SE, y las máximas pendientes de sus laderas van de los 30° hasta los 46°. Estas geoformas son asimétricas.

Laderas

Se cartografiaron dos unidades con morfología recta e inclinada que fueron originadas por avalanchas de escombro, depósitos de caída y flujos de bloques y cenizas, las cuales se localizan al NO y O de los arroyos secundarios. Estas laderas se encuentran en un rango de altitud de 3 226 a 4 123 m s. n. m. y se orientan al NO y NE. Los valores máximos de las pendientes que componen estas geoformas llegan hasta los 30° y la profundidad de sus valles va de 15 a 35 m.

Lomeríos

Existen siete geoformas del tipo lomeríos con superficies inclinadas y de poca altitud, las cuales se clasificaron en cuatro grupos: 1) lomeríos de lava; 2) lomeríos de avalanchas de escombros; 3) lomeríos de pómez, bloques y cenizas; y 4) lomeríos de piroclastos. Esto se realizó de acuerdo a sus características comunes.

Los grupos 1 y 2 fueron cubiertos por material piroclástico como pómez, cenizas y depósitos de caída, en cambio, el grupo 3 se constituye de flujos de pómez, depósitos de bloques y cenizas. El grupo 4 se compone de materiales de diversos eventos volcánicos como flujos de pómez, depósitos de caída, pómez y cenizas.

Los lomeríos se localizan en la parte central y SE de la cuenca La Ciénega, además, todos ellos son modelados por los arroyos ASC1 y ASC2. Estas unidades del relieve se encuentran en un rango de altitud de 2 838 a 3 323 m s. n. m y presentan pendientes de 10° a 30°.

Coladas de lava

Se identificaron dos geoformas que fluyen al E y están cubiertas por flujos de pómez, cenizas y depósitos de caída. Se localizan en la parte NO, SO y NE de los arroyos secundarios. Estas unidades del relieve se encuentran en un rango de altitud de 2 867 a 4 135 m s. n. m y presentan pendientes de hasta 30°.

Valles fluviales

Estas geoformas se originan a partir de la red fluvial de la cuenca La Ciénega. El arroyo principal, nombrado de la misma manera que la cuenca, presenta hacia la parte oeste y central valles profundos mayores a 25 m. Los arroyos secundarios ASC1 y ASC2 tienen valles mayores a 25 m, que van reduciendo su profundidad conforme desembocan en la planicie aluvial.

Abanico aluvial

Esta geoforma se origina a partir del depósito de sedimentos en la desembocadura del arroyo principal La Ciénega. Se localiza al NE de los arroyos ASC1 y ASC2, se encuentra en un rango de altitud de 2 840 a 3 037 m s. n. m y presenta pendientes de 0° a 10°.

Planicie aluvial

Esta unidad del relieve es amplia y se origina por procesos acumulativos de las corrientes fluviales de la cuenca. Se localiza en la porción E sobre la desembocadura de los arroyos ASC1 y ASC2, y tiene un rango de altitud que va de los 2 797 a los 2 840 m s. n. m. Presenta pendientes de 0° a 6°.

Circo glaciar

Esta unidad tiene una forma más o menos semicircular con una abertura hacia el E y se originó a partir del colapso de la ladera oriental del volcán Nevado de Toluca, que posteriormente fue modelado por los glaciares. Se localiza al NO de los arroyos ASC1 y ASC2 y se presenta en un rango de altitud que va de los 3 690 a los 4 423 m s. n. m. con pendientes de hasta 35°.

Mesas de lava

Es una geoforma plana y aislada, limitada por bordes escarpados, compuesta de lavas andesíticas. Se localiza al oriente de los arroyos ASC1 y ASC2, justo en la desembocadura. Esta unidad tiene un rango de altitud que va de los 2768 a los 2904 m s.n.m. y tiene pendientes de hasta 6° en los bordes. Presenta crestas de comprensión que marcan la dirección del flujo de lava hacia el SO.

CONCLUSIONES

En esta investigación se determinó la susceptibilidad geomorfológica a procesos gravitacionales en los arroyos secundarios ASC1 y ASC2 (Figura 4) localizados en la porción sur de la cuenca La Ciénega. A partir de la elaboración de un inventario detallado de procesos gravitacionales (Figura 1) y del mapa geomorfológico (Figura 3), se elaboró el mapa de susceptibilidad por geoformas mediante un análisis estadístico por frecuencia y área de afectación.

Elaboración: Sandra García Reyes, con base en INEGI (2013).

Figura 4 Mapa de susceptibilidad en los arroyos ASC1 y ASC2. Proceso gravitacional del tipo escombros (a). 58.59% del arroyo ASC1 se desarrolla sobre geoformas con una moderada y alta susceptibilidad a los deslizamientos; 84.35 % del arroyo ASC2 se desarrolla sobre geoformas con una moderada y alta susceptibilidad a deslizamientos. 

La compilación de información histórica y actual de los procesos gravitacionales evidencia su existencia en la zona de estudio, en donde se encontró que los procesos gravitacionales de escombros son los más frecuentes en ambos arroyos y los de mayor peligro para la población, de acuerdo a su cercanía con las áreas rurales y la localidad de Santa Cruz Pueblo Nuevo.

Se identificó el dominio de formas del relieve del tipo lomeríos en los arroyos secundarios ASC1 y ASC2, sin embargo, las geoformas más susceptibles a los deslizamientos en estos arroyos son ladera inferior, lomeríos de avalanchas de escombros cubiertos por piroclastos y lomeríos de pómez y depósitos de caída y domo 5 parcialmente sepultado.

Además, se obtuvo como resultado del análisis geomorfológico que los factores que inciden en el desarrollo de los procesos gravitacionales en los arroyos ASC1 y ASC2 son la pendiente con inclinaciones de 6° hasta 30°, la morfología de laderas del tipo cóncavas, la litología (depósitos piroclásticos, bloques procedentes de avalanchas de escombros y de colapsos de domos) y, en algunos casos, la altitud es el factor que incide en el desarrollo de estos fenómenos.

La adaptación de método semicuantitativo del DNR en terrenos volcánicos, como en el caso de esta investigación, permitió integrar los datos de frecuencia y área con los factores que inciden en el desarrollo de procesos gravitacionales, con el fin de conocer la susceptibilidad a las geoformas en los arroyos secundarios.

Es fundamental mencionar que el empleo de la metodología realizada por el DNR puede presentar limitaciones, ya que en este trabajo se observó la importancia del tamaño de la geoforma con respecto al número de procesos gravitacionales y el área de su afectación, pues repercute de manera significativa en la asignación de la susceptibilidad; es decir, cuando las geoformas con áreas pequeñas presentan un menor número de procesos gravitacionales en comparación con geoformas más grandes que tienen mayor número de procesos gravitacionales, obtienen una susceptibilidad moderada o alta. Sin embargo, se entiende que estos resultados son correctos, ya que el área de afectación de los procesos gravitacionales es más relevante en extensión con respecto al área total de la geoforma.

También se encontró que este método disminuye el grado de susceptibilidad conforme se incrementa el periodo de tiempo del estudio.

La implementación de una cartografía geomorfológica respaldada con un análisis estadístico permite conocer de manera integral las características de las formas del relieve que las hacen susceptibles a los procesos gravitacionales. Asimismo, los datos obtenidos permitirán implementar a futuro una estrategia de planeación y evaluación de procesos gravitacionales que apoye a las autoridades en la toma de decisiones y se eviten sucesos como los ocurridos en 1940 en el pueblo de Santa Cruz.