El núcleo central de la Sierra de Guadarrama está compuesto por un conjunto de cumbres de mayor altitud y desnivel en el que destacan tres alineaciones principales: el eje de los Montes Carpetanos, desde Somosierra hasta Dos Hermanas (que incluye Peña Cebollera, Colgadizos, puerto de Navafría, puertos de Malagosto y El Reventón y Pico de Peñalara), el eje más suroccidental, desde Navacerrada hasta el Puerto del León y Abantos (que incluye ramales como la Sierra de Malagón, La Mujer Muerta, Fuenfría y Siete Picos), y el eje de la Cuerda Larga (que incluye Las Guarramillas, más conocido como "La Bola del Mundo" , La Maliciosa, Cabeza de Hierro y La Najarra), tras el que llega hasta el puerto de la Morcuera, se prolonga hasta el puerto de Canencia e incluye el importante apéndice meridional de La Pedriza de Manzanares.
Esta orografía de cumbres y puertos de montaña, de altitudes comprendidas entre los 2430 m. del Pico de Peñalara y los 1500 m. del Puerto de Canencia y Collado Hornillo, viene definida por los ejes anteriormente reseñados. Además se deben resaltar los valles, como los de la Fuenfría, de los ríos Lozoya, Moros y Eresma o de la Acebeda. Contrafuertes y montañas aisladas entre los suaves y ondulados relieves del piedemonte y los depósitos cuaternarios completan la geomorfología de la Sierra.
Geológicamente, la Sierra forma un sistema muy fracturado que tiene su origen en el final de la orogenia Hercínica, hace unos 250 millones de años. Los granitos y gneises, que componían la antigua sierra, fueron sometidos a importantes procesos erosivos hasta originar una perillanura. Durante el Cretácico, al final de la era secundaria, las llanuras existentes se cubrieron de aguas marinas, que se retiraron con el inicio de Paleógeno. La orogenia Alpina, hace entre 30 y 2 millones de años, formó la Sierra actual y las dos fosas (del Duero y Tajo) que la circundan. Tras su elevación definitiva, sólo se han registrado los efectos de la erosión que ha suavizado el relieve, formándose los diferentes valles y los efectos del glaciarismo.
La disposición transversal del eje con respecto a la orientación habitual de los frentes de borrascas que atraviesan la Península en sentido noreste-suroeste, condiciona el reparto de las precipitaciones. Así, debido al efecto barrera, las precipitaciones son mayores y más frecuentes en la vertiente norte, mientras que en la vertiente sur son de menor cuantía y con una distribución más anómala. La heterogeneidad también se observa en las temperaturas, más cálidas en la vertiente sur, debido al enfriamiento de las masas de aire que se ven forzadas a ascender en altura para atravesar la Sierra.
Los suelos de la Sierra se clasifican en cuatro grupos principales:
- El 90% de los suelos de la Sierra corresponden a suelos húmedos silíceos, que debido a las condiciones climatológicas pueden llegar a completar su evolución con tres perfiles bien definidos, aunque lo normal es que no se encuentren suelos completamente maduros.
- Los restos cretácicos del valle del Lozoya, con suave pendientes, profundos e hidromorfos, se clasifican como suelos húmedos calcimórficos.
- Los suelos que por su excesiva sequedad tienen condicionado su desarrollo o suelos xeromórficos. Son característicos de cotas inferiores a los 1100 - 1200 metros.
- Los suelos psicomórficos situados por encima de los 2000 metros de altitud, con pocas posibilidades de desarrollo, grandes pendientes, fuertes drenajes y grandes alteraciones físicas debidas a los cambios de temperatura y a la acción del hielo.
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