El promedio de la intensidad de un oleaje que golpee una costa determinada, puede predecir con qué rapidez se va a erosionar dicha zona costera.

Durante millones de años, los volcanes hawaianos han formado una cadena de islas volcánicas que se extienden a largo del Pacífico norte, donde las olas del océano provenientes de todas direcciones, agitadas por tormentas distantes o por los vientos alisios, han golpeado y moldeado sus costas en diversos grados.

Actualmente los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de otros centros de investigación han descubierto que el promedio de energía liberada por las olas en Hawái a lo largo de un año, es un buen factor de predicción sobre la rapidez o lentitud con que se erosionará una costa rocosa. Si las olas son grandes y frecuentes, la franja costera se erosionará con mayor rapidez, mientras que las olas más pequeñas y menos frecuentes darán como resultado una erosión costera más lenta.

Los resultados pueden ayudar a los científicos a prever con qué rapidez podrían erosionarse otras costas rocosas.

Su estudio ayuda a explicar el sinuoso litoral de las islas hawaianas, donde los acantilados de la cara norte que sufren grandes olas producidas por tormentas lejanas y alisios persistentes que han erosionado hasta bien entrado el interior de la isla. En contraste, las costas de la cara sur normalmente disfrutan de aguas tranquilas con olas más pequeñas y por tanto presentan una línea costera menos erosionada.

Los resultados, publicados este mes en la revista Geology, pueden ayudar también a los científicos a prever con qué rapidez se podrían erosionar otras costas rocosas a lo largo de todo el mundo; basándose en la fuerza del oleaje que una costa experimenta de manera habitual.

«Más de la mitad de las costas oceánicas del mundo son acantilados rocosos, por lo que la erosión de los acantilados marinos afectan a muchas infraestructuras y residentes en zonas costeras», dice la doctora Kim Huppert, autora principal del estudio y antigua estudiante de postgrado en el departamento de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra del MIT. «Si las tormentas aumentan con el cambio climático, y las olas se hacer más grandes, necesitamos comprender específicamente cómo las olas afectan a la erosión».

Huppert ahora es investigadora científica senior en el Centro de Investigación Alemán de Geociencias, y ha coescrito el trabajo con Taylor Perron, profesor de Ciencias Planetarias, Atmosféricas y de la Tierra, y director asociado del departamento en el MIT; y con Andrew Ashton del Instituto Oceanográfico Woods Hole.

Reducir y tallar

Los científicos tenían idea de que el grado de erosión costera depende de la fuerza de las olas que actúan sobre esa costa. Pero hasta ahora, no existía un estudio sistemático que confirmara esta relación, básicamente por la existencia de muchos otros factores que contribuyen a la erosión de la costa y que pueden interferir.

El equipo descubrió que las islas Hawái proporcionan un entorno ideal para estudiar esta relación: las islas se componen del mismo tipo de roca, lo que significa que ellos no tenían que considerar múltiples tipos de roca y sedimentos y sus diferentes comportamientos frente a la erosión, y las islas ocupan una enorme cuenca oceánica que provoca una amplia variedad de olas «climáticas», u olas de diversos tamaños y frecuencias.

«Al recorrer la línea costera de las diferentes islas, se observan olas «climáticas» muy diferentes, simplemente al doblar una esquina de la isla», indica Huppert. «Y el tipo de roca es el mismo. Así que Hawái es un estupendo laboratorio natural».

Los investigadores centraron su estudio en once localizaciones costeras a lo largo de las islas Hawái, Maui, y Kaho’olawe, cada una de ellas orientada hacia diferentes regiones del Pacífico que sufren olas de formas y frecuencias variadas.

Los variaciones en los vientos y en las tormentas junto con el cambio climático persistente, también podrían alterar el régimen de los oleajes.

Antes de considerar la fuerza del oleaje en esas localizaciones, primero trabajaron para estimar la tasa media de erosión que sufrieron los acantilados marinos durante el último millón de años. El equipo procuró identificar los índices de erosión que produjeron los perfiles costeros actuales de las islas Hawái, dados los perfiles isleños originales, que pueden ser estimados desde la topografía de cada isla. Para hacer esto, primero tuvieron que considerar los cambios en el eje vertical de cada isla y los cambios en el nivel del mar a lo largo del tiempo.

Después de que una isla volcánica se forme, es inevitable que empiece a reducirse o a hundirse bajo su propio peso. Conforme una isla se hunde, el nivel al que el mar interactúa con ella cambia, igual que si te fueras a sumergir en una piscina: la superficie del agua puede empezar en los tobillos y progresivamente alcanzar las rodillas, la cintura y finalmente los hombros y la barbilla.

Cuanto más lento se hunde una isla, más tiempo tiene el mar para cincelar la línea costera a una determinada altura. Por el contrario, si una isla se hunde rápidamente, el mar sólo tiene tiempo para recortar la costa antes de que la isla se sumerja más, y exponga una nueva línea costera para que la desgaste. Como resultado, el ritmo con que una isla se hunde afecta enormemente hasta qué punto la costa se ha retraído en una determinada altitud a lo largo de millones de años.

Para calcular la velocidad a la que una isla se hunde, el equipo ha usado un modelo para estimar qué porción de litosfera, la capa más superficial de la corteza terrestre sobre la que se asientan las islas volcánicas, se ha hundido bajo el peso de cada volcán hawaiano en el último millón de años. Al estar las islas Hawái muy próximas, el hundimiento de una isla puede también afectar al hundimiento o alzamiento de las islas vecinas, igual que un niño puede rebotar cuando otro niño cae desde un trampolín.

El equipo usó el modelo para simular varias hipótesis sobre el hundimiento de islas en el último millón de años, y la posterior erosión de los acantilados marinos y franjas costeras. Buscaban el escenario que mejor concordara entre la línea costera original y las costas actuales y ajustaron los diversos índices de erosión resultantes a las once localizaciones sobre las que estaban centrando su estudio.

«Encontramos índices de erosión que variaban desde los 17 a los 118 milímetros por año en diferentes localizaciones», indica Huppert. «El límite superior de este rango es de casi medio pie por año, por lo que algunos de estos índices son bastante elevados para una roca».

El tamaño de las olas

Los investigadores eligieron once localizaciones costeras para el estudio basándose en su variabilidad: algunos acantilados miran hacia el norte, donde baten olas más fuertes producidas por tormentas lejanas. Otras costas con orientación norte experimentan los vientos alisios que vienen del noreste y producen olas más pequeñas, pero más frecuentes. Las localizaciones costeras orientadas hacia el sur sufren por el contrario de una olas de menor tamaño y menos frecuentes.

El equipo comparó los índices de erosión de cada localización con la fuerza del oleaje que experimentaba de manera habitual cada zona, que ellos calcularon a partir de las medidas de la altura y frecuencia de las olas obtenidas de las datos proporcionados por las boyas. Después compararon la fuerza del oleaje en las once localizaciones con sus índices de erosión a largo plazo. Lo que descubrieron fue bastante simple: la relación lineal entre la fuerza del oleaje y el índice de erosión costera. Cuanto más fuerte es el oleaje que experimenta una costa, más rápidamente se erosiona. Descubrieron específicamente que olas de un tamaño determinado que batan las costas cada pocos días, podrían ser un mejor indicador de la velocidad a la que una costa se erosiona que olas más grandes provenientes de tormentas, pero menos frecuentes. Es decir, si las olas en días de buen tiempo son grandes, una costa probablemente sufrirá una erosión rápida; si las olas habituales son pequeñas, la costa sufrirá una retracción más lenta.

Los investigadores sostienen que llevar a cabo este estudio en Hawái les ha permitido confirmar esta sencilla relación, sin factores de desviación naturales. Como resultado, los científicos pueden usar esta relación para ayudar a predecir cómo podrían cambiar las costas rocosas de otros lugares del mundo, con variaciones en el nivel del mar y en el oleaje como consecuencia del cambio climático.

«El nivel del mar está subiendo a lo largo de muchas costas del mundo, y las variaciones en los vientos y en las tormentas junto con el cambio climático persistente, también podrían alterar el régimen de los oleajes», señala Perron. «Ser capaces de identificar la influencia de las olas climáticas en el índice de erosión costera te acerca un paso más a poder ir a un determinado lugar y calcular el cambio en su índice de erosión».

También han colaborado en esta investigación la NEC Corporation y la NASA.

Para saber más:

Scientists quantify how wave power drives coastal erosion Jennifer Chu. MIT News Office