Las características del relieve se manifiestan en sentido norte-sur, de la misma manera que en todo el territorio nacional. Los principales rasgos de esta región son la presencia de planicies litorales, especialmente en la península de Mejillones. Además encontramos una gran cuenca altiplánica donde se localiza el salar de Atacama que divide la Cordillera de los Andes.
En esta región la Cordillera de los Andes se presenta alta, maciza y con marcado volcanismo. La presencia de cuencas o depresiones intercordilleranas en sentido longitudinal dividen la Cordillera de los Andes en una franja oriental donde predomina el altiplano o puna de Atacama con alturas superiores de 4.000 metros, sobresaliendo las cumbres de los volcanes Miño, Ollagüe, San Pedro, San Pablo, Licancabur, Llullaillaco, y Socompa. La Cordillera occidental de los Andes se denomina "precordillera". Al norte de la región se localiza la sierra de Moreno, la cual se encuentra separada del altiplano por la depresión que forma el curso superior del río Loa. Al sur de San Pedro de Atacama, la precordillera recibe el nombre de Cordillera de Domeyko y se extiende hasta la quebrada de Paipote (Tercera Región).
La Depresión Intermedia es la continuación de la pampa del Tamarugal con alturas que varían desde 600 metros en el contacto de la Cordillera de la Costa y 1.500 metros en los planos inclinados de transición hacia la precordillera andina. Al poniente de esta unidad de relieve se localizan algunos salares: Mijares, Navidad, El Carmen y Mar Muerto. Al sur del río Loa la Depresión Intermedia se denomina "pampa" y se caracteriza por presentar cordones de cerros y colinas aisladas que alcanzan alturas de 1.500 metros aproximadamente.
La Cordillera de la Costa se localiza al sur del río Loa hasta el limite de la Tercera Región. Se caracteriza por su mayor continuidad siendo un conjunto macizo de alturas de 1.000 y 3.000 metros. Al interior de Antofagasta, la mayor altura corresponde al cerro Colupo, de 2.293 metros ubicado al suroriente de Tocopilla, y el cerro Armazones, de 3.064 metros ubicado en la sierra de Vicuña Mackenna.
Al interior de Antofagasta la continuidad de la cordillera costera se interrumpe; el relieve decrece en altitud dando origen a las cuencas de los tres últimos salares costeros del norte grande.
Las planicies litorales en el lado occidental, la cordillera costera mantiene la fisonomía de murallon acantilado, pero aquí aparecen algunas manifestaciones importantes del relieve litoral denominadas "planicies litorales" o "terrazas marinas", que se interponen en algunos sectores entre el océano y la Cordillera de la Costa, especialmente en la costa de Tarapacá. Las planicies litorales son muy estrechas y de grandes extensiones. Hacia el litoral desaparecen permitiendo que el acantilado costero descienda hasta el mar.
Las características climáticas de la Región de Antofagasta son de una marcada aridez. El desierto se manifiesta plenamente hacia la zona intermedia, donde la influencia marítima, propia del relieve, pierde importancia. La situación de extrema aridez en la Depresión Intermedia y la escasa vegetación existente definen un paisaje natural conocido como Desierto de Atacama. En esta región se localizan cuatros subtipos climáticos desérticos, localizados en franjas longitudinales.
A lo largo de la costa se localiza el clima desértico costero nuboso. Sus efectos se manifiestan hasta 20 kilómetros al interior donde la sequedad atmosférica es mayor, debido a que por causas del relieve la influencia marítima es retenida en los cerros de la Cordillera de la Costa. Las características principales de este subtipo climático se traducen en un efecto modelador de las temperaturas producido por la corriente fría de Humboldt, la presencia de abundante humedad, neblinas matinales y la ausencia de precipitaciones. Las lluvias registran un leve aumento hacia el sur del litoral, de igual manera lo mismo ocurre hacia el interior del altiplano.
En la franja intermedia de la región se desarrolla el subtipo climático desértico interior, y corresponde al clima desértico propiamente tal, caracterizado por una aridez extrema, ausencia de humedad, gran sequedad atmosférica y una amplitud térmica entre el día y la noche. Las temperaturas diurnas extremas son de 30° C y en la noche bajan de 1 a 2° C. En las zonas intermedias de las pampas interiores, encerradas por serranías del oriente por la precordillera andina, la región posee las características climáticas mas áridas del norte chileno. Es a esto lo que se le denomina Desierto de Atacama, las precipitaciones son muy escasas y la humedad relativa es inferior al 50%.
Entre los 2.000 y 3.500 metros sobre el nivel del mar se localiza el clima desértico marginal de altura, el cual presenta mayor cantidad de volumen de precipitaciones en los meses de verano, entre 20 y 60 mm anuales. Esto permite el asentamiento de poblados cordilleranos como San Pedro de Atacama, Toconao o Chiu-chiu.
El clima de estepa de altura se localiza preferentemente en las áreas de los bordes o márgenes de los desiertos y también como sucede en el norte del país, existe un clima estepárico de altura. En esta región se ubica por sobre los 3.500 metros sobre el nivel del mar, lo que corresponde a la zona altiplanica o puna. Sus principales características son las bajas temperaturas (siendo la media anual de 2° C), la amplitud térmica entre el día y la noche es muy alta (más de 20° C). Las precipitaciones se producen en los meses de verano y no sobrepasan los 100 mm anuales. A medida que se avanza hacia el sur del altiplano de esta región, las lluvias de verano comienzan a disminuir y a mayor altura predomina una precipitación sólida.
Vegetación
Debido a las características de aridez que presenta la Región de Antofagasta, la vegetación es muy escasa, especialmente en la Depresión Intermedia donde el desierto es absoluto y se manifiesta en forma plena. La ausencia de lluvias, la sequedad y la fuerte amplitud térmica impiden el desarrollo de todo tipo de vegetación con excepción de algunas áreas donde se encuentran napas subterráneas.
En la costa como en la superficie andina se presentan condiciones más favorables de humedad que permiten el desarrollo de vegetación como pingo-pingo, chamicilla, llantén, chañar y chilcaybrea. Estas especies son características de un matorral bajo espinoso y abierto que se localiza al sur de esta región. Es preciso mencionar en esta área la existencia de cactus en el relieve costero que se encuentran en las laderas de mayor pendiente y en la parte alta de los cerros.
En la pampa al interior se encuentra el tamarugo, el cual se va extinguiendo hacia el sur, dando origen a pastos que se alimentan de aguas subterráneas.
En la precordillera, el paisaje presenta plantas xerófilas y espinosas, denominada tolar desértico y corresponde a la zona climática marginal de altura, desarrollándose aproximadamente hasta los 3.500 metros.
Sobre los 4.300 metros de altitud, el clima de estepa andina permite la existencia de un paisaje vegetacional característico de la alta cordillera. Esta zona se caracteriza por plantas en cojines como el coirón y la yareta, mientras que en las áreas de mayor humedad predominan pastos y gramíneas como la poa, festuca y stipa.
En la región de Antofagasta se presenta sólo un río que desemboca en el mar: el río Loa. Siendo una de sus características principales el escurrimiento contínuo de sus aguas durante todo el año, el río Loa es el principal recurso hídrico de la región de Antofagasta. Posee un largo de 440 kilómetros desde su nacimiento en los faldeos norponiente del volcán Niño. En su curso inferior hasta Chiu-Chiu se desplaza en sentido norte-sur. En esa localidad se presentan los principales afluentes como el río Salado, al norte el río San Pedro que es el primer tributario cordillerano. Al poniente el río cambia de dirección hacia la Depresión Intermedia, siendo el tercer afluente el río San Salvador que desemboca en el Loa al norte del salar de Miraje. Finalmente al sur del salar de Llamara, el río Loa corre hacia el mar en dirección poniente.
Una característica hidrográfica de la región son los salares.
El régimen de alimentación del río Loa es fluvionival, el cual permite mantener un caudal durante todo el año. Sus aguas son aprovechadas para la agricultura, la minería y el consumo de la población de las principales ciudades de esta región, como Calama, Antofagasta, y Chuquicamata.
Al sur del río Loa se encuentra el salar de Atacama que es una cuenca altiplánica cuya característica principal es que separa la Cordillera de los Andes con la precordillera de Domeyko. En resumen podemos decir que los principales cursos de agua provienen del norte, éstos corresponden al río San Pedro y río Vilama, los cuales proporcionan los recursos necesarios para la subsistencia de los habitantes de los oasis y los poblados de la cuenca.
La historia de Antofagasta se divide, al igual que su territorio, en la propia de la costa y la propia del altiplano de la Cordillera de los Andes.
En tiempos precolombinos, la línea costera estuvo poblada por bandas de pescadores-recolectores, llamados changos, de los cuales muy poco se sabe, dado a su poco contacto con los conquistadores españoles. El interior, por su parte, estaba poblado por la cultura atacameña, que se desarrolló en las vecindades del Salar de Atacama, la cuenca del río Loa y los valles y oasis esparcidos por el altiplano, siendo el más importante el actual pueblo de San Pedro de Atacama. Los atacameños fueron fuertemente influenciados por la cultura Tiwanaku y más tarde por el dominio Inca. Eran agricultores y comerciantes en rutas tan distantes como la cuenca del Amazonas y las costas del Pacífico. Con la llegada de los españoles, se da comienzo al mestizaje, que enriquece la cultura altiplánica.
Durante la colonia, nace la Audiencia de Charcas, perteneciente al Virreinato del Perú, que comenzó a administrar esta zona. Tras la fundación del Virreinato del Río de la Plata, Charcas fue transferida a ésta.
Según la historiografía chilena nunca se definió claramente que la zona del Pacífico controlada por Charcas fuese cedida al gobierno de Buenos Aires. Así, en muchos escritos de la época, se define que la Capitanía General de Chile limita al norte con el Virreinato del Perú.
Según la historiografía boliviana la Audiencia de Charcas formaba parte del Virreinato del Perú y se llamaba efectivamente Alto Perú. Tras la independencia de las colonias americanas a inicios del siglo XIX, el General Simón Bolívar reconoció esta zona con el nombre de Departamento del Litoral en la República de Bolivia.
Si bien Chile objetó esta medida, un tratado de límites en 1866 zanjó la situación, aceptando la soberanía boliviana al norte del paralelo 24º Sur y permitiendo la explotación de recursos por parte de capitales chilenos al sur del paralelo 23º. Exploradores chilenos como Juan López y José Santos Ossa habían descubierto ricos yacimientos de guano y salitre, lo que llevó a una masiva inmigración chilena en la costa boliviana, naciendo el puerto de Antofagasta. Pronto creció la tensión entre los empresarios mineros y las autoridades bolivianas, hasta el estallido de la Guerra del Pacífico. Chile invadió Antofagasta el 14 de febrero de 1879, anexando la zona en cuestión hasta la Batalla de Topater (23 de Marzo de 1879). Con el tratado de 1904 Antofagasta fue chilena.
La llegada de chilenos se acrecentó, en especial de aquellos provenientes del Norte Chico (las actuales regiones de Atacama Y Coquimbo), hacia los nuevos territorios de Antofagasta y Tarapacá, el llamado Norte Grande. Nuevos pobladores llegaron también desde Europa (en especial españoles, croatas, ingleses y griegos) y desde China, los países árabes, Perú y Bolivia. Estos nuevos elementos junto a la cultura propia del altiplano creó la moderna cultura del Norte Grande, que presenta más elementos andinos y europeos que la propia del Valle Central. La Región de Antofagasta dependió, hasta la crisis de 1929, de la explotación y exportación de salitre. Cientos de oficinas salitreras nacieron en medio del desierto, y fueron abandonadas con posterioridad. La explotación de nitratos fue, posteriormente reemplazada por la explotación cuprífera. Capitales estadounidenses se establecieron en el interior y administraron la minería del cobre, hasta la Nacionalización, realizada por el gobierno de Salvador Allende.
Su principal actividad económica es, sin duda, la minería, que produce más del 65% del Producto Interno Regional. La extracción del cobre ha aumentado explosivamente desde la creación de Codelco, pasando de 430.000 toneladas extraídas en 1974 a cerca de 3 millones en la actualidad. Las principales minas del país existen en la zona, destacándose los yacimientos estatales de Chuquicamata (la mina a tajo abierto más grande del mundo) y Radomiro Tomic, y las privadas La Exótica y La Escondida. También se extraen otros minerales como plata, molibdeno, oro, litio, hierro, yodo, carbonato de calcio y cuarzo, debido a la abundante riqueza mineral de sus suelos.
La industria pesquera es también muy importante, especialmente en la producción de harina de pescado. La agricultura es casi nula y se concentra en el altiplano para el consumo local, al igual que la ganadería. El turismo ha experimentado un aumento considerable en los últimos años, especialmente debido a que San Pedro de Atacama y sus alrededores se convirtieran en lugares reconocidos internacionalmente.
La región cuenta con importantes centrales termoeléctricas que alimentan el Sistema Interconectado del Norte Grande.
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