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La historia geológica y la evolución geomorfológica del archipiélago presentan rasgos bastante definidos. Los estudios realizados han revelado que la formación conocida como "Complejo Granítico del El Gran Roque" tuvo su origen durante el Cretácico Superior en rocas ígneas metamorfizadas, que hoy afloran en los cerros de El Gran Roque y las variaciones sucesivas en su morfología tengan su origen en un movimiento geoanticlinal que abarcó toda   el área de las Antillas.
En etapas posteriores, la formación del relieve submarino de estas islas fué influenciado por la acción de las corrientes marinas y, de manera particular, por la actividad generatriz propia de los corales, moluscos y otros grupos de fauna y flora marina.
El relieve, en el archipiélago, es uno de los factores físicos de mayor incidencia en la calidad paisajística de la zona, y presenta rasgos muy sobresalientes entre los que destacan, la gran barrera de arrecifes denominada "Cabecera de Los Roques", que se extiende, en forma de arco, en dirección norte-sureste, con una longitud de casi 24 km. hasta la boca de Sebastopol y la angosta barrera formada por los cayos Nube Verde y Salina, ubicada al sur y que tiene unos 2 km. de longitud.
Estas barreras protectoras se sitúan a barlovento de los vientos y las corrientes oceánicas y están separadas de los cayos ubicados al norte del archipiélago por una gran laguna central de aguas someras y quietas con fondo verdoso, que se interrumpe a veces por manchones arrecifales o praderas de hierbas marinas. Esta gran laguna central del archipiélago se ha denominado ensenada o bajo de "Los Corrales". Su superficie aproximada es de 400 kilómetros cuadrados.
Al sur del archipiélago aparece una plataforma submarina angosta y abrupta donde las profundidades del mar oscilan entre los 500 y los 1.000 metros. Al norte, la plataforma es mas ancha y las profundidades son inferiores a los diez metros.
Los cayos que componen el archipiélago han sido clasificados se acuerdo con el sistema usada en Australia en seis categorías, atendiendo al tamaño, la cobertura vegetal y el ambiente sedimentario en que se han desarrollado.

1.- Cayos arenosos sin cobertura vegetal y de poca estabilidad conocidos como "pelones", los más numerosos del archipiélago.

2.- Cayos arenosos cubiertos de vegetación baja, arbustos y gramíneas, que son más estables que la clase anterior debido a la presencia de la cobertura vegetal, que fija la arena y evita la erosión.

3.- Cayos arenosos donde hay vegetación de gramíneas, arbustos y plantas rastreras; con éstos puede haber rocas de playa originadas por la segmentación de la arena o de la grava de coral, la cual forma "terrazas de tormenta".

4.- Cayos arenosos de mucha extensión cubiertos de gramíneas y que en ciertos lugares forma una bahía rodeada de mangle; hay grandes acumulaciones de grava de coral y fragmentos de moluscos, resultado de la erosión causada por el mar.

5.- Cayos de gran tamaño que tienen una laguna abierta de aguas llanas, donde la profundidad es menor de 3 metros; la vegetación es de gramíneas y formaciones de manglar que bordean la laguna; también hay "terrazas de tormenta" y roca de playa

6.- Cayos de mayor tamaño del archipiélago donde hay lagunas abiertas de aguas llanas, lagunas internas y salinas; las llanuras arenosas son muy extensas y están cubiertas por gramíneas; allí hay cuatro especies de mangle; "terrazas de tormenta" y roca de playa pueden aparecer del lado de barlovento.

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