La posición de esta localidad en el oeste de La Rioja, en medio de barreras orográficas, determina un clima árido con temperaturas morigeradas por el efecto de la altitud (por ello suele llamársele clima árido de sierras y bolsones o clima árido serrano). El promedio de precipitaciones en esta zona de la provincia de La Rioja es de 160 mm, las cuales caen en su gran mayoría en la estación húmeda que coincide con el verano. Es característico de esta zona el viento Zonda que sopla desde el oeste luego de atravesar la cordillera de Los Andes, haciendo elevar las temperaturas, disminuyendo la visibilidad de forma drástica y produciendo daños en las viviendas y en los cultivos. Este viento se manifiesta especialmente durante el invierno, muchas veces antecediendo a las nevadas que suelen darse todos los años, algunas de ellas muy importantes; de hecho, algunas de ellas son recordadas por haber arruinado las cosechas por haberse presentado de forma temprana o tardía. Debido al bajo contenido de humedad en el aire, la amplitud térmica es considerable, con temperaturas mínimas en invierno que pueden alcanzar los -10° y máximas que pueden alcanzar los 18° en los días más fríos con cielo despejado. Las heladas se presentan durante todo el invierno, y suelen causar problemas cuando se extienden hasta después del brote de las plantas. En verano, las noches siempre son frescas, con temperaturas mínimas generalmente por debajo de 15° (a menos que esté presente el viento Zonda, que mantiene las temperaturas altas incluso por las noches) y las máximas, ocasionalmente pueden llegar a 37°, lo cual es bastante para una localidad de altura. En ocasiones las tormentas de verano son muy importantes por su torrencialidad y peligrosas por la ocurrencia de granizo.
La flora autóctona de Los Tambillos está compuesta por especies características de las Ecorregiones del Monte y Prepuna, aunque también se hallan pequeños bosques en galería en algunas quebradas más húmedas. El estrato arbustivo, que tiene dominancia en el Monte, está representado por las jarillas, el jume, la retama o la lata; la brea y el chañar. Con porte arbóreo, encontramos al algarrobo y los cactus columnares (el cardón). Estas especies están acompañadas por otras de porte más bajo como las cactáceas pequeñas y una amplísima variedad de herbáceas. Además, en las quebradas con buena cantidad de humedad crecen las cañas, la cola de caballo, y hasta árboles como el visco, formando pequeños bosques que se manifiestan allí donde el agua en el subsuelo lo permite.
Hay una gran variedad de hierbas medicinales: en el pasado se solía recolectar muchas de ellas para hacer trueque o para vender. En la actualidad, esa actividad se ha perdido. Sin embargo, en las cercanías (localidad de El Cardón) aún hay una persona que conoce las propiedades medicinales de las hierbas, Don Pedro Ormeño (contacto: 3825575211).
Izquierda: las pequeñas cactáceas con flor embellecen el paisaje de Los Tambillos.
Centro: en zonas con la suficiente humedad crecen plantas con porte arbóreo como el algarrobo o el visco.
Derecha: Cortaderas creciendo en el lecho de un río de agua temporaria, en la zona de El Vallecito.
Como flora exótica, se pueden mencionar especies arbóreas como el álamo, o la mora, pues las mismas están presentes en el pueblo; la primera como cortina forestal y la segunda como ornamentación. Herbáceas de muchas especies adornan con sus flores los jardines de las casas de Los Tambillos.
Con respecto a la fauna autóctona, se pueden nombrar especies importantes como el cóndor, el jote, el águila, los halcones y la perdiz representando a las aves. Además, se debe mencionar a las palomas y los loros, pues suelen producir daños de importancia en los cultivos.
Mamíferos predadores como el puma y el zorro están presentes en los alrededores, siendo el primero un problema para los pobladores de Los Tambillos porque suele atacar a los cabritos
Mamíferos roedores son comunes: entre ellos la mara, la vizcacha y la chinchilla, animales muy buscados en otras zonas, pero cuya caza está prohibida en la provincia. Lo guanacos viven sólo en las partes más altas de la sierra de Famatina y ocasionalmente en la de Sañogasta, aunque es difícil encontrarlos.
Entre los reptiles encontramos las serpientes, entre ellas la mortal cascabel y las lagartijas, y entre los anfibios a las ranas y sapos.
Existen los insectos y los arácnidos; siendo a veces un problema la aparición de mosquitos en el verano.
No hay especies exóticas que hayan sido introducidas, salvo los animales que componen el ganado vacuno, caprino, equino y las aves de corral.
De acuerdo a la entrevista con el referente del INTA, la situación en Los Tambillos respecto de la flora y fauna es de un estado en el que se ha roto el equilibrio, lo que significa que ambas se están deteriorando a pesar de las prohibiciones.
Alrededor de Los Tambillos existen numerosos cauces secos de arroyos de montaña. Uno de ellos es el arroyo “de la Vertiente” como lo llaman sus pobladores, del cual extraen el agua para consumo y riego. Es un arroyo que fluye de oeste a este y que sólo trae agua en superficie en la zona alta y sólo ocasionalmente la misma llega hasta la zona de la RN40, después de las lluvias fuertes. Este arroyo, al igual que muchos otros, forman parte de la cuenca de otro arroyo más importante, conocido como el río Los Tambillos, Trancas o Los Puestos. Que fluye en dirección norte-sur, perdiendo su agua en superficie al llegar a Los Tambillos.
El río Los Tambillos forma parte de una subcuenca que desemboca en el río Bermejo, que fluye por Villa Unión. Si bien se puede considerar a estas cuencas arreicas, también es cierto que, al formar parte de la cuenca del Bermejo, técnicamente se los puede denominar exorreicos: el río Bermejo forma parte de la cuenca del río Desaguadero, que atraviesa las provincias de La Rioja, San Juan, Mendoza, San Luis y La Pampa, hasta alcanzar el Río Negro, que desemboca en el océano Atlántico).
No hay actividad de minería en Los Tambillos ni en sus inmediaciones. Sin embargo, el referente económico relata que se aprovecha la arena del lecho seco para la construcción y se escogen ciertas partes del arroyo para la extracción de este árido. Eso sí, se debe observar bien que la arena esté limpia y no se encuentre mezclada con polvo rojo (la arenisca disgregada de las rocas de la formación Patquía) porque la misma evita que la arena se adhiera al cemento.
Uno de los riesgos que atraviesa Los Tambillos, o al menos parte del pueblo (la parte más baja en la que algunas casas están cerca de río) es el de sufrir las consecuencias de alguna crecida histórica del río. Hay algunos terrenos que se encuentran a una distancia tal que podrían ser afectados por la entrada de agua.
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