Redacción BLes– El 6 de mayo se descubrió en el interior de una montaña de China continental una bolsa de naturaleza olvidada durante mucho tiempo.

El hundimiento (también llamado dolina o torca)  medía 306 metros de largo, 150 metros de ancho y 192 metros de profundidad en el condado de Leye, en la región de Guangxi Zhuang. La cavidad cercana a la aldea de Ping’e contenía asombrosamente un antiguo bosque, hogar de varias especies de árboles y plantas aún no descubiertas.

Un equipo del Instituto de Geología Kárstica del Servicio Geológico de China descendió en rappel más de 100 metros y tardó varias horas en llegar al fondo de la fosa. Encontraron tres entradas diferentes a la cueva y midieron algunos árboles que se elevaban casi 40 metros (130 pies) con sus ramas extendidas hacia el cielo. La densa vegetación del fondo del hundimiento crecía hasta la altura de los hombros.

“No me sorprendería saber que hay especies encontradas en estas cuevas que nunca han sido reportadas o descritas por la ciencia hasta ahora”, dijo el líder de la expedición Guangxi 702, Chen Lixin, según UNILAD.

Patrimonio de la Humanidad

El Instituto Nacional de Investigación de Cuevas y Karst (NCKR), con sede en Nuevo México, especula que la geología, el clima y otros factores disolvieron lentamente el lecho rocoso de la montaña durante muchos miles de años.

El agua de lluvia se vuelve ligeramente ácida por la acumulación de dióxido de carbono en el suelo. Cuando el líquido fluye a través de las grietas, erosiona gradualmente el lecho rocoso y crea túneles o vacíos. Una vez que las cavernas crecen, el techo se derrumba, convirtiéndose en un hundimiento.

Este proceso dio al interior un volumen medio superior a los 5 millones de metros cúbicos (176,5 pies cúbicos). Esta profundidad es suficiente para albergar el monumento Gateway Arch de San Luis (Misuri).

“Es una noticia genial”, dijo el director ejecutivo del NCKR, George Veni, según Live Science.

El sur de China es bien conocido por su llamado paisaje kárstico, lleno de cuevas, hundimientos, fisuras y arroyos subterráneos. Guangxi es especialmente popular por sus hundimientos, pilares de roca, puentes naturales y otras formaciones. Según la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura, la región ya ha sido designada patrimonio de la humanidad.

La región alberga al menos 30 sumideros conocidos y, en el momento de la publicación, el mayor hundimiento del mundo se encontraba en el condado de Fengjie (Chongqing).

El ya descubierto hundimiento de Xiaozhai Tiankeng (que significa pozo celestial en chino) mide 60 metros de largo, 60 metros de ancho y 60 metros de profundidad. La formación natural cuenta con su propia cascada surrealista.

“En China hay un karst increíblemente espectacular, con enormes hundimientos y entradas de cuevas gigantes”, dijo Veni, según UNILAD.

“En otras partes del mundo, uno camina por el karst y realmente no se da cuenta de nada. Los hundimientos pueden ser bastante discretos, de sólo un metro (3,2 pies) o dos (6,5 pies) de diámetro [y] las entradas de las cuevas pueden ser muy pequeñas, por lo que hay que colarse en ellas”, añadió.

Más comunes de lo que se cree

En Estados Unidos y otras partes del mundo también hay hundimientos, sólo que son tan pequeños que a menudo se pasan por alto. El NCKR calcula que una cuarta parte de América del Norte tiene paisajes kársticos o pseudokársticos debido a la actividad volcánica o eólica. El instituto también predice que el terreno de las cuevas representa alrededor del 20% de la masa terrestre total.

“Debido a las diferencias locales en la geología, el clima y otros factores, la forma en que el karst aparece en la superficie puede ser dramáticamente diferente, por lo que en otras partes del mundo se camina por el karst y realmente no se nota nada [y] los hundimientos pueden ser bastante tenues -sólo un metro (3,2 pies) o dos (6,5 pies) de diámetro [además] las entradas de las cuevas pueden ser muy pequeñas por lo que hay que apretar para entrar en ellas”, dijo Veni según Live Science.

Las cuevas y los hundimientos pueden mantener la vida silvestre a través de los recursos de agua subterránea profunda, comúnmente llamados acuíferos. Una cueva del oeste de Texas se convirtió en el hogar de una gran cantidad de helechos tropicales después de que los murciélagos trajeran esporas de helechos mientras migraban a América Central y del Sur para pasar el invierno.

Los acuíferos kársticos ya suministran agua a unos 700 millones de personas en todo el mundo. Estos recursos son de fácil acceso y drenaje.

“Los acuíferos kársticos son los únicos tipos de acuíferos que se pueden contaminar con residuos sólidos”, dijo Veni, según la publicación.

“He sacado baterías y carrocerías de coches, y barriles de ‘Dios sabe qué’, y botellas de ‘Dios sabe qué’, de la corriente activa de la cueva”, añadió.

Peligro oculto

El Servicio Geológico de EE.UU. (USGS) reveló que los hundimientos subterráneos pueden suponer a veces un grave peligro para la salud, ya que el vacío puede no parecer obvio en un principio para los que están por encima.

“Los socavones rara vez se producen, pero cuando ocurren, pueden ser trágicos”, dice el sitio web del USGS.

“Es un pensamiento aterrador imaginar que el suelo bajo tus pies o tu casa se derrumba de repente y forma un gran agujero en el suelo”, añadía.

Muchos de estos derrumbes se producen cuando el suelo ya no puede soportar la superficie del terreno. Esto puede ocurrir si el agua subterránea que circula disuelve de forma natural la piedra caliza, los lechos de sal, la roca carbonatada, el yeso, la anhidrita, la dolomita y otros materiales. Estas rocas evaporíticas cubren entre el 35% y el 40% de los Estados Unidos. Cuando estas rocas se disuelven, se forman espacios y cavernas en el subsuelo.

“Los hundimientos son dramáticos porque el terreno suele permanecer intacto durante un tiempo hasta que los espacios subterráneos crecen demasiado”, explica el USGS.

“Si no hay suficiente apoyo para la tierra por encima de los espacios, entonces puede producirse un colapso repentino de la superficie de la tierra. Estos derrumbes pueden ser pequeños, o… pueden ser enormes y pueden ocurrir donde una casa o una carretera están encima”, añadió.

La agencia científica confirmó que entre las zonas propensas a desastres por hundimientos se encuentran Florida, Texas, Alabama, Misuri, Kentucky, Tennessee y Pensilvania. Estos estados albergan muchas regiones en las que las aguas subterráneas drenan hacia el subsuelo, creando vacíos subterráneos que pueden ser peligrosos.

“Los hundimientos pueden variar desde unos pocos pies hasta cientos de acres y desde menos de 1 [pie de profundidad] hasta más de 100 pies de profundidad, [y] algunos tienen forma de cuencos o platillos poco profundos mientras que otros tienen paredes verticales; algunos retienen agua y forman estanques naturales”, dijo el USGS.

Terraformación natural

Se dice que la caliza o la dolomita se disuelven con mayor intensidad en Florida, llenando el paisaje del Estado del Sol de colinas “suavemente onduladas” y depresiones poco profundas.

Los movimientos de la capa freática pueden aumentar el contacto con las superficies de las rocas y la exposición a juntas, fracturas, planos de estratificación y otros puntos débiles. Cuando el carbonato pasa a la forma líquida, las precipitaciones y el agua superficial pueden arrastrarlo fuera de la superficie, dejando una pequeña depresión.

“En las superficies de carbonato expuestas, una depresión puede concentrar el drenaje de la superficie, acelerando el proceso de disolución [y] los restos arrastrados al hundimiento en desarrollo pueden taponar la salida, estancando el agua y creando humedales”, dijo la agencia.

Éstos tienden a producirse cuando los sedimentos de la cubierta contienen arena y permiten el paso del agua. Las zonas en las que el material de cobertura es más grueso o los sedimentos tienen más arcilla son menos propensas a desarrollar hundimientos.

“Los sedimentos granulares se desprenden en aberturas secundarias en las rocas carbonatadas subyacentes.

Una columna de sedimentos suprayacentes se asienta en los espacios vacíos”, explica el USGS.

“La disolución y el relleno continúan, formando una notable depresión en la superficie del terreno.

La lenta erosión descendente acaba formando pequeñas depresiones superficiales de entre 1 pulgada y varios pies de profundidad y diámetro.”

La construcción, el desarrollo, el bombeo de aguas subterráneas y los nuevos sistemas de desviación de agua también pueden causar nuevos hundimientos. Algunos hundimientos se producen cuando se modifica la superficie del terreno para crear estanques industriales y de almacenamiento de escorrentía, y el aumento de peso puede desencadenar un colapso subterráneo del material de soporte.

“Los sedimentos de sobrecarga que cubren las cavidades enterradas en los sistemas acuíferos están delicadamente equilibrados por la presión de los fluidos de las aguas subterráneas [y] el agua que se encuentra bajo tierra está en realidad ayudando a mantener el suelo superficial en su sitio”, dijo la agencia.

“El bombeo de aguas subterráneas para el suministro de agua urbana y para el riego puede producir nuevos hundimientos en zonas propensas a los mismos [y,] si el bombeo provoca un descenso del nivel de las aguas subterráneas, pueden producirse fallos estructurales subterráneos y, por tanto, hundimientos”, añadió.

Forma irregular

Un estudio anterior realizado conjuntamente por la Universidad de Texas y el Instituto de Geología Kárstica, titulado “Investigación de emergencia de hundimientos extremadamente grandes”, reveló que la mayoría de los hundimientos tienen una forma redonda en la superficie y una forma cónica en el subsuelo de Maohe (Guangxi).

“La mayoría de los hundimientos tienen forma circular o elíptica en la superficie y forma cónica bajo [la] superficie”, dijeron los investigadores en su informe final.

Descubrieron que muchos hundimientos tienen una forma irregular en la superficie de la Tierra.

“El mayor hundimiento es el nº 11 con una forma irregular en la superficie y un eje largo de 70 metros (229,6 pies), eje corto de 12 metros (39,3 pies) a 38 metros (124,6 pies), y una profundidad de 4 metros (13 pies)”, dijeron.

“El hundimiento más pequeño es el no. 30 con un diámetro de 1,2 metros (3,9 pies) y una profundidad de 5 metros (16 pies)”, añadieron.

La mayoría de los hundimientos formados en la sección de Shangmuzhao de la aldea de Maohe tienen orientación noroeste y sureste. El agua estaba turbia en un pozo excavado a mano, del que salían muchas burbujas de aire. El total de sólidos en suspensión era de aproximadamente el 10% del agua subterránea bombeada. El pozo se derrumbó cuatro días después.

“Los derrumbes fueron causados por la tubería y la deformación del suelo debido a las condiciones hidráulicas altamente fluctuantes dentro del sistema de agua kárstica”, dijo el informe.

“En la zona de estudio existen elementos kársticos como arroyos de cuevas, grandes manantiales kársticos, ventanas kársticas, cuevas y agujeros azules”, añadía.

Efecto de “golpe de ariete

Las investigaciones in situ descubrieron que los derrumbes se produjeron durante las fuertes lluvias. El rápido aumento del nivel del agua provocaba el colapso del techo de la cueva. Esto podría desencadenar un efecto de “golpe de ariete” en el sistema de conductos kársticos.

“El efecto de ‘golpe de ariete’ puede liberar un aumento de presión en el sistema de conductos kársticos, causando graves daños en el suelo y los subsiguientes derrumbes [y] la alteración del suelo cambiaría el gradiente hidráulico, lo que puede causar fluctuaciones del nivel de agua y eventualmente dar lugar a nuevos hundimientos”, decía el informe.

Las deformaciones por filtración también podrían alterar la arcilla roja cerca del lecho de roca, lo que podría desencadenar más hundimientos. El suelo podría tardar varios años en estabilizarse hasta alcanzar las condiciones hidráulicas normales.

“La rápida subida del nivel del agua tras una tormenta provocó una serie de derrumbes en la aldea de Maohe, y varios derrumbes fueron causados por condiciones meteorológicas extremas”, dice el informe.

Los investigadores llegaron a la conclusión de que los hundimientos a gran escala en una zona kárstica de dolomía podrían causar graves daños. A pesar de las opiniones convencionales, la karstificación de la dolomía es relativamente débil en comparación con los entornos calcáreos.

También obtuvieron resultados prometedores al utilizar un radar de penetración terrestre para controlar los cambios de presión del agua y la turbidez.

“Es posible predecir futuros hundimientos [y] estos enfoques se están utilizando para prevenir futuros hundimientos y reducir los daños causados por el evento de colapso”, dice el informe.

“Es necesario realizar más estudios sobre la relación entre un fenómeno meteorológico extremo y los hundimientos, para prevenir estos eventos de colapso a gran escala en el futuro”, añadió.

Más regulación

Otro estudio conjunto, titulado “Methodological Considerations in Cover-Collapse Sinkhole Analyses” (Consideraciones metodológicas en los análisis de hundimientos de la cubierta), puso de manifiesto la necesidad de una mayor regulación para hacer frente a los peligros de los hundimientos en la ciudad de Guangzhou (Guangdong).

El Instituto de Geología Kárstica y la Academia China de Ciencias Geológicas destacaron la importancia de una mejor planificación del uso del suelo para minimizar las muertes y los daños provocados por los hundimientos.

“Los datos de seguimiento de la dinámica de las aguas subterráneas confirmaron que los hundimientos en la zona de estudio estaban estrechamente relacionados con los cambios en los niveles de las aguas subterráneas [y,] por lo tanto, se requerirá que los esfuerzos que se han realizado para investigar y controlar el desarrollo de los hundimientos continúen en el futuro inmediato”, dijeron en su informe final.

“Se requieren enfoques adecuados antes de la construcción para comprender la génesis del hundimiento de la cubierta y su probable evolución”, añadieron.

Los investigadores recopilaron un inventario detallado de tipología, morfometría y cronología de 49 colapsos de cubierta. Para ello utilizaron estudios de campo, micromotores, fotografía aérea, fotogrametría, radar de penetración terrestre, imágenes de resistividad eléctrica y magnetotelúrica de fuente natural. El trabajo confirmó la existencia de una relación directa entre el agua y los hundimientos.

“Los sumideros de colapso de la cubierta son el resultado del transporte de agua hacia abajo de la tierra u otro material relacionado con los huecos subyacentes en el lecho de roca caliza u otros perfiles de suelo”, dijeron.

“Los sumideros de colapso de la cubierta se caracterizan por tener un contorno más o menos circular, un drenaje interno y una ruptura clara en la superficie del terreno”, añadieron.

El estudio recomendó que un control más frecuente de las aguas subterráneas podría ayudar a detectar los hundimientos antes de que se produzcan.

“Una gran parte de los hundimientos recientes han sido provocados por cambios antropogénicos en los sistemas hidrogeológicos”, se decía.

“El control de los niveles de agua subterránea puede convertirse en un método eficaz para captar los cambios en tiempo real de las fuerzas hidrodinámicas del subsuelo, y posiblemente incluso para predecir la aparición de hundimientos”, añadió.

Metodología

Los estudios de campo y fotogramétricos examinaron imágenes históricas de teledetección por satélite, interpretaciones de fotografías aéreas y estudios de campo para analizar la morfometría y la cronología de los colapsos de la cubierta.

La microgravedad, los microtremores, las reflexiones sísmicas, la tomografía de resistividad eléctrica, los estudios electromagnéticos y otras técnicas geofísicas no invasivas investigaron las cavidades del subsuelo, la porosidad, la densidad de las fracturas y la saturación de agua que provoca los cambios en los hundimientos del subsuelo.

La excavación de zanjas, la perforación, el registro geofísico de pozos y otras técnicas invasivas proporcionaron información instantánea sobre la naturaleza del subsuelo y las propiedades geotécnicas.

La vigilancia hidrogeológica y el control de la deformación del suelo ayudaron a identificar la causa de la cinemática de los fenómenos de deformación y hundimiento.

“Estos métodos de monitorización son necesarios en casos de posibles episodios de colapso catastrófico”, dice el informe.

El terreno kárstico es, sin duda, uno de los riesgos geológicos naturales más difíciles de comprobar para el desarrollo y la construcción. Ninguna técnica conocida resuelve eficazmente los problemas debidos a la gran variabilidad vertical y lateral de las características geológicas e hidrogeológicas de las regiones kársticas.

“Se examinó una pequeña región con problemas de deformación superficial situada en la ciudad de Guangzhou, en el sureste de China, con el fin de desarrollar un marco metodológico para las evaluaciones de los posibles factores condicionantes, que controlan la aparición de hundimientos en las regiones kársticas cubiertas por el suelo, donde las pruebas kársticas pueden estar ocultas”, dice el informe.

El estudio revela que la provincia ha registrado recientemente más de 400 hundimientos de la cubierta kárstica a gran escala, que han afectado a más de 100 personas. Muchos de estos sucesos se produjeron por la disolución de carbonato del Mioceno a una altura que oscila entre los 30 metros (98,4 pies) y los 80 metros (262,5 pies) sobre el nivel del mar.

“Los procesos de evolución de los hundimientos parecían estar controlados estructuralmente por las características de las fallas locales y regionales [y] el rasgo tectónico más importante de la zona era la fractura ‘Guangzhou-Conghua’ -que estaba enterrada dentro de la zona de estudio y era reconocible sólo en parte- con una orientación típica de 60 grados hacia el noroeste”, decía.

“En general, una gran parte de la zona investigada estaba ocupada por arrozales, y los edificios eran relativamente escasos [además] los hundimientos de cobertura se evidenciaban en el plano aluvial de la zona de estudio”, añadió.

Enfoque multidisciplinar
Se adoptaron varios enfoques multidisciplinarios para comprender mejor las causas de las deformaciones, los derrumbes catastróficos repentinos y la cinemática de los fenómenos de hundimiento.

Entre ellos se encuentran:

  • Identificación de los hundimientos superficiales y de las características del hundimiento
  • Seguimiento de las condiciones dinámicas y las deformaciones de las aguas subterráneas
  • Detectar el grosor y la estratificación del suelo y los rasgos de subsidencia subyacentes
  • Localizar y definir con precisión las características kársticas del subsuelo en profundidad, incluidas las cavidades, los conductos y las zonas de fisuras kársticas.

Durante la fase inicial se recopiló y analizó información sobre hundimientos a partir de mapas locales, informes de instituciones públicas y otros documentos escritos. También se recopilaron detalles aproximados sobre el grosor del aluvión, las elevaciones del terreno y la litología de la formación.

Se realizaron estudios detallados sobre el terreno y se hicieron telefotografías en color en las zonas de hundimiento seleccionadas. Se solicitó información a los habitantes de la zona y se comparó con las condiciones meteorológicas, los cambios en el nivel del agua de los pozos y la distribución espacial y temporal de los hundimientos.

Las plataformas de vehículos aéreos no tripulados capturaron modelos digitales de la superficie y del terreno para la elaboración de mapas a gran escala. Los drones cartográficos SenseFly proporcionaron una elevación de la superficie detallada y precisa, así como otros datos geomorfológicos, utilizando el software Postflight Terra 3D.

Las imágenes históricas de Google Earth ayudaron a recopilar los cambios morfológicos recientes de los hundimientos, y

analizar los patrones de distribución espacio-temporal entre septiembre de 2014 y marzo de 2015.

“Las imágenes anteriores a 2014 no mostraban ningún hundimiento en la zona [y,] además, se identificaron 47 fosas de colapso en las fotografías aéreas de 2014 a 2015”, señala el informe.

“Otros dos hundimientos se habían formado en la zona en octubre de 2016 y marzo de 2017, respectivamente”.

No se registraron víctimas por estos derrumbes. Solo se perdió parcialmente una cosecha de arroz y se destruyeron algunos árboles frutales.

Los estudios de radar de penetración terrestre ayudaron a localizar y caracterizar la información sobre las cavidades del suelo, el hundimiento activo y otra información sedimentológica. Esto ayudó a identificar los cambios de color. Se realizaron un total de 20 perfiles de superficie con una longitud total de 3 kilómetros (1,8 millas) a lo largo del estudio. El radar de penetración del suelo en los agujeros encontró efectivamente muchas fallas, cuevas y otras áreas anegadas.

La exploración con microtremores recogió datos de espesores de capas sedimentarias sobrecargadas, que mostraron la relación entre el espesor del suelo y las frecuencias de resonancia en los registros de perforación.

Las imágenes de resistividad eléctrica diferenciaron diferentes capas de roca, mientras que los perfiles de tomografía de resistividad eléctrica identificaron depósitos de caliza poco profundos, grandes zonas de rasgos de disolución y cavidades subyacentes.

Los métodos magnetotelúricos de audiofrecuencia detectaron rangos de zonas de fisuras kársticas a través de la conductividad eléctrica en los estratos rocosos subterráneos.

Las perforaciones proporcionaron valiosa información sobre la naturaleza del subsuelo y sus propiedades geotécnicas. También detectó cuevas del suelo, cuevas kársticas, conductos kársticos, sedimentos y otros vacíos.

Las técnicas de radar de un solo pozo registraron datos de radar de forma de onda completa de un solo pozo sobre la naturaleza de los reflectores distribuidos a lo largo de las perforaciones.

La tecnología de radar de apertura sintética interferométrica escaneó grandes áreas en busca de movimientos verticales anómalos y de lugares en los que suelen producirse cambios significativos. La cartografía de los desplazamientos del suelo también ayudó a encontrar lugares potencialmente propensos a un futuro colapso de la cubierta.

Los estudios de campo con drones, la fotogrametría aérea y las imágenes históricas de teledetección

satélite ayudaron a elaborar un inventario detallado de los hundimientos.

La perforación, los microtremores y las imágenes de resistividad eléctrica identificaron el grosor de las capas del suelo y las estructuras. Los perfiles de perforación mostraron que los espesores de las capas de suelo cuaternario en la zona de colapso intensivo oscilaban entre 9 metros (29,5 pies) y 14,2 metros (46,5 pies).

“Para obtener un conocimiento exhaustivo de los espesores del suelo cuaternario en la zona de estudio, se obtuvo un mapa de contorno de las profundidades enterradas del lecho de roca del suelo utilizando un método de inversión de micromovimientos”, decía el informe.

La mayoría de los derrumbes se produjeron en zonas en las que la profundidad del lecho rocoso variaba mucho.

“En la zona suroeste del emplazamiento se determinó que el lecho de roca tenía una profundidad de entre 12 y 15 metros, mientras que en las demás zonas del emplazamiento el grosor de las capas del suelo era de una media de 10 metros”, dice el estudio.

Richard Szabo  –Redacción BLes

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