Todas las vertientes se ven afectadas por procesos geológicos, aunque la velocidad a la que son alteradas es, por lo general, extremadamente lenta; muchas vertientes conservan aspectos de su forma, originada por procesos que han dejado de actuar. Muchas zonas de las islas Británicas y del norte de Europa, por ejemplo, conservan vertientes que reflejan una actividad glaciar y periglaciar desaparecida. Las vertientes que más rápidamente cambian son los acantilados costeros (formados a partir de materiales no consolidados), en los que es frecuente un retroceso de más de un metro por año. Entre los principales factores que afectan a la forma y evolución de la vertiente se hallan la meteorización y la formación de suelos, así como la erosión fluvial y el desplazamiento de la regolita (o manto detrítico). Las características de este material pueden afectar de modo significativo a estos procesos. Por ejemplo, estos procesos tienden a ser diferentes si actúan sobre material suelto, como arena o grava, que si lo fueran sobre rocas duras. Del mismo modo, la existencia o no de un suelo que actúe de cubierta, afecta al modo en que estos fenómenos geológicos operan. En vertientes cubiertas con suelos, la meteorización y erosión tiene lugar sobre éstos, por lo que es necesario conocerlos a fin de entender los procesos que actúan sobre esas vertientes. Éstas se comportan como sistemas y la interacción de los procesos geológicos y la forma dan origen a unas relaciones en un medio ambiente determinado, representado por un suelo o por una cadena de vertientes.
1. El papel del agua; El agua desempeña un significativo papel en el desarrollo de las vertientes de la mayor parte de las regiones climáticas, incluidas las áridas. Éstas surcan la superficie de las laderas en la forma de arroyadas en manto y de escorrentías, o por debajo de la superficie como aguas subterráneas. Las precipitaciones (lluvia, nieve, rocío) que reciben las laderas quedan retenidas en la superficie hasta que se evaporan, se filtran al suelo o empiezan a fluir. La tasa a la cual el agua puede filtrarse se denomina capacidad de filtración. Ésta ejerce un importante control sobre el movimiento del agua y, de forma indirecta, sobre otros procesos que determinan el desarrollo de las vertientes. Las arroyadas superficiales se producen cuando la precipitación supera tanto a la capacidad de filtración como de retención de la superficie. Están regidas, parcialmente, por factores como la intensidad y duración de las precipitaciones, que son externos al sistema de vertientes.
No obstante, los factores más determinantes son los que pertenecen al propio sistema, como el tipo de suelo, la cantidad y tipo de vegetación, la forma y ángulo de la pendiente y la posición relativa de las vertientes. En la década de 1930, el hidrólogo estadounidense Robert Horton desarrolló un modelo de arroyadas superficiales, que todavía se emplea en la actualidad con amplitud. Según éste, la arroyada se produce si la intensidad de la precipitación es mayor que la capacidad de filtración y discurre ladera abajo, incrementando su volumen a medida que desciende. A una distancia crítica de la cima de la vertiente, la profundidad de la arroyada es lo suficientemente importante como para iniciar un proceso erosivo sobre el suelo, o para arrastrarlo. En la zona inferior de la cuenca, y de forma especial si existe una concavidad, puede producirse la deposición de material. Horton, así pues, estableció en el seno de una vertiente una zona de no erosión, situada en la parte superior, una zona de erosión en el centro y una zona inferior de deposición.
Los arroyos hortonianos aparecen en áreas de intensas lluvias, con una escasa cobertura y de suelos poco profundos, como las regiones semiáridas. En zonas de mayor humedad, la vegetación y la relativa porosidad de los suelos poco compactos propician la filtración. Como resultado, las aguas subterráneas, en curso descendente, son más importantes que las arroyadas superficiales. La existencia de corrientes subterráneas se ve favorecida por los diferentes grados de permeabilidad del perfil del suelo, es decir, de las variaciones existentes en la capacidad del agua para filtrarse. Estos diferentes niveles de permeabilidad ocurren porque el suelo está formado por diferentes horizontes o capas que, en algunos casos, pueden ser estratos compactados o cementados denominados capas duras, que son relativamente impermeables. Las vertientes graníticas de Dartmoor (suroeste de Inglaterra), cuyas capas ferruginosas del suelo son importantes iniciadoras de las corrientes subterráneas, son un buen ejemplo de esta situación. Las aguas subterráneas alcanzan, finalmente, la base de las vertientes en donde se puede producir una saturación que a su vez origina una arroyada en la superficie. El agua continuará su desplazamiento por la vertiente a medida que continúan las precipitaciones, ampliando la zona saturada, lo que permite que la arroyada superficial saturada se desplace vertiente abajo. Las variaciones en la permeabilidad también pueden provocar que las corrientes subterráneas se concentren en estrechos canales, a modo de caños.
Las escorrentías superficiales pueden adoptar la forma de arroyadas difusas o mantos de agua que se desplazan vertiente abajo o de arroyadas concentradas o pequeños cañales. Las arroyadas en manto son extremadamente raras, excepto en escasas y especiales situaciones, como en los pedimentos, laderas cóncavas en la base de escarpes, de las zonas áridas. En zonas más húmedas, la rugosidad de la superficie y la cobertura vegetal dan como resultado que la mayoría de las arroyadas adopten la forma de múltiples arroyuelos, pequeños cauces de reducida anchura y profundidad, que erosionan la capa exterior del suelo. Éstos son uno de los principales agentes de erosión y arrastre del suelo. En las vertientes que apenas estén recubiertas por vegetación, el agua de lluvia puede arrastrar los materiales. El impacto de las gotas arranca partículas del suelo, que van al aire. Estas partículas tienden a asentarse en las zonas inferiores de la vertiente; cuando ésta tiene un ángulo de 25º o más, este rociado de partículas se produce, casi en su totalidad, vertiente abajo. En zonas húmedas o de abundante vegetación, el grado de lavado de la superficie es extremadamente bajo, incluso mínimo. No obstante, si la cubierta vegetal es pequeña, la tasa aumenta de forma espectacular, a veces entre 500 y 600 cm3 anuales por centímetro.
2. Movimientos en masa; La expresión ‘movimiento en masa’ describe el movimiento de los materiales que se deslizan por la vertiente, consecuencia de la gravedad. No interviene ningún agente externo como el agua, el viento o el hielo. Los movimientos en masa constituyen una progresión continua desde la caída de las rocas, mediante deslizamiento o coladas de barro, hasta la reptación del suelo. Según los diferentes tipos de transporte, los movimientos en masa pueden clasificarse en: desprendimientos, flujos, deslizamientos y reptación. Los flujos suelen producirse en ambientes húmedos, mientras que los otros tipos tienen lugar cuando la humedad es moderada o baja.
El desprendimiento se caracteriza por un descenso a gran velocidad de las rocas o del suelo. La caída de rocas se produce como consecuencia de la rotura, por lo general, en pequeños bloques de vertientes abruptas o de free faces. Esta ruptura está propiciada por grietas y otras debilidades de la roca, que reducen la resistencia de la vertiente, y tiene, normalmente, su origen en un incremento de la presión del agua que se introduce en la roca después de llover o por el proceso de helada-deshielo. Si los derrubios presentes en la parte baja de las vertientes no se desplazan en mucho tiempo, éstos forman los canchales. Los desprendimientos de tierras tienen lugar en vertientes verticales, como los barrancos ribereños.
El deslizamiento es un movimiento lento en su inicio, aunque adquiere, más tarde, gran velocidad por el aporte de rocas, lodo o suelo a lo largo de una superficie de deslizamiento, como una línea de falla o fractura, o el punto de unión entre dos estratos rocosos diferentes. El deslizamiento consiste en un resbalón hacia superficies planas (esto es, paralelas al suelo), o puede ser generado por un movimiento rotatorio constante a lo largo de un plano de deslizamiento cóncavo. Los deslizamientos de rocas, que pueden ser considerados como una enorme caída de roca, son, a menudo, los más espectaculares y catastróficos movimientos en masa en vertientes y pueden tener su causa en terremotos. Muchas de estas caídas se inician, de forma especial, en materiales poco consolidados, por la acción de los ríos y la inundación de los materiales de las vertientes. Por ejemplo, las coladas de barro son masas de derrubios arcillosos en lento movimiento que, por lo general, muestran ciclos de movimiento, relacionados con patrones estacionales de precipitaciones. Los deslizamientos de materiales blandos no conservan siempre la forma inicial de la masa. En estos casos, suelen denominarse hundimientos, más que deslizamientos.
Los flujos son, por lo general, tipos de movimientos en masa más continuos que las caídas o deslizamientos y pueden llegar a deformar la masa hasta adquirir nueva forma. El material es, con frecuencia, pero no siempre, de tamaño más pequeño: partículas de suelo, material meteorizado (regolita) o rocas pulverizadas. Se puede distinguir, atendiendo a su tamaño, entre flujos locales, confinados a laderas de colinas, flujos de valle y flujos catastróficos, que superan cualquier barrera topográfica y destrozan todo lo que encuentran a su paso. También pueden clasificarse según su velocidad. Los más rápidos, y frecuentemente los más devastadores, son las avalanchas, que pueden alcanzar hasta los 400 km por hora y se desplazan decenas de kilómetros. A su vez se subdividen en avalanchas de nieve, de derrubios y de rocas. Las de nieve, que pueden incluir rocas, tienen lugar en zonas de montaña. Las avalanchas de derrubios transportan materiales de escaso tamaño, como sedimentos, y están asociadas, por lo general, a suelos saturados. Se relacionan con la génesis de los conos de deyección, en aquellos lugares donde se produce la transición entre una zona montañosa y una llanura. Las avalanchas de roca, que suelen darse en condiciones de sequedad, se generan por la ruptura de un enorme lecho rocoso, que es destrozado durante el movimiento de descenso. Entre sus causas están la quiebra de líneas de falla o una repentina inundación de la vertiente; los terremotos u otras actividades tectónicas violentas también pueden dar lugar a estas avalanchas. Los ríos de fango y las coladas de barro, originadas en condiciones de saturación, son otra modalidad, más lenta, de flujo. Los ríos de fango suponen el desplazamiento de partículas arcillosas, y son, generalmente, más rápidos y fluidos que las coladas, constituidas por materiales arenosos. Las formas más lentas de flujo son la solifluxión y gelifluxión. La solifluxión se produce bajo condiciones climáticas frías y consiste en el deslizamiento de una masa viscosa de material del suelo saturado sobre una superficie impermeable. Tiene lugar generalmente en vertientes de escasa pendiente. La gelifluxión es similar, pero tiene lugar en ambientes periglaciares o de tundra durante el verano, cuando el material de la capa superficial del suelo, saturada por el deshielo, se desplaza sobre el subsuelo permanentemente helado (permafrost). Esta capa se desplaza entre 10 m y 20 m por año. Cuando la solifluxión cesa, se crean terrazas en forma de lóbulos. Otros modelados producidos por la solifluxión son placas uniformes de material arrancado y franjas alternativas de sedimentos toscos y finos.
El movimiento en masa más lento es la denominada reptación del suelo. Con este término se define el movimiento lento y casi continuo del suelo y regolita, vertiente abajo. Puesto que puede producirse en vertientes de muy escaso desnivel (se considera que el ángulo mínimo es de 5º), la reptación del suelo es la forma más común de movimiento de masas. Al mismo tiempo, sin embargo, es el proceso más inadvertido, aunque el ladeo, cuesta abajo, de los árboles y la acumulación de materiales en torno a cercas de piedra son testimonio de su existencia. Este movimiento tiene su origen en una serie de procesos que inician la expansión y contracción de partículas del suelo. Con la expansión, éstas ascienden la vertiente en sentido perpendicular; cuando se contraen, las partículas descienden verticalmente, bajo la influencia de la gravedad, a una zona inferior. La contracción y expansión son consecuencia de un proceso alternativo de humectación y deshumectación del suelo; de cambios térmicos; de alteraciones químicas asociadas a la meteorización y formación de suelos; y de la acción de raíces, elementos del suelo y animales.
El agua al helarse y expandirse provoca que las partículas del suelo se desplacen hacia adelante. Por lo general, el agua helada adopta un aspecto lenticular, pero en ocasiones forma agujas de hielo, que elevan las piedras de la superficie. El empuje por helada es mayor en suelos muy porosos, como los limos. La velocidad del proceso de reptación es, normalmente, de 1 mm a 5 mm por año en ambientes de clima húmedo, pero en condiciones extremas, como la tundra, se han llegado a registrar velocidades de cientos de milímetros anuales.
La intervención de los diversos procesos geológicos puede relacionarse con la morfología de las vertientes. Los segmentos convexos son, por lo general, zonas de erosión o de acarreo por efecto de la reptación, del choque de gotas de lluvia, lavado de la vertiente, de la solifluxión o de la gelifluxión y en ocasiones por deslizamientos. Las cimas convexas también se pueden formar en zonas donde las rocas más duras desplazan lentamente a rocas más débiles y deformables, en un proceso denominado combamiento. El choque de gotas de lluvia sólo es efectivo en zonas de escasa vegetación, mientras que la reptación predomina allí donde hay suelos bien desarrollados. La erosión hidráulica y los movimientos en masa predominan en las secciones rectilíneas. El ángulo de la superficie de deslizamiento depende, por ejemplo, de la fortaleza del material de la vertiente y de las condiciones de humedad. Los principales movimientos rápidos en masa originan vertientes rectilíneas. Las secciones cóncavas se caracterizan por la reptación y la erosión edafológica y por la acumulación de canchales y coluviones (depósito de material de derrubio) en la base de la vertiente. Las vertientes cóncavas pueden ser relieves modelados por el transporte y erosión de derrubios. Las concavidades más abruptas tienen lugar sobre materiales más bastos. Las zonas de amplia cobertura vegetal dificultan la existencia de las concavidades.