Durante millones de años Los volcanes hawaianos han formado una cadena de islas volcánicas que se extienden por el Pacífico norte, donde las olas del mar de todas direcciones, agitado por tormentas lejanas o arrastrado por vientos alisios, han golpeado y dado forma a las costas de las islas en diversos grados.

Ahora, los investigadores del MIT y otros lugares han descubierto que, en Hawaii, la cantidad de energía entregada por las olas promediada cada año es un buen predictor de qué tan rápido o lento se erosionará una costa rocosa. Si las olas son grandes y frecuentes, la costa se erosionará más rápido, mientras que más pequeño, Olas menos frecuentes resultarán en una costa de erosión más lenta.

Su estudio ayuda a explicar las costas serpenteantes de las islas hawaianas, donde acantilados orientados al norte, experimentando olas más grandes producidas por tormentas distantes y vientos alisios persistentes, se han erosionado más hacia el interior. A diferencia de, las costas orientadas al sur suelen disfrutar de aguas más tranquilas, olas más pequeñas, y por tanto costas menos erosionadas.

Los resultados, publicado este mes en la revista Geología , también puede ayudar a los científicos a pronosticar qué tan rápido podrían erosionarse otras costas rocosas del mundo, basado en el poder de las olas que típicamente experimenta una costa.

"Más de la mitad de las costas oceánicas del mundo son acantilados rocosos, por lo que la erosión de los acantilados marinos afecta a una gran cantidad de habitantes e infraestructura costera, "dice Kim Huppert, Doctor, autor principal del estudio y ex estudiante de posgrado en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Si las tormentas aumentan con el cambio climático, y las olas se hacen más grandes necesitamos entender específicamente cómo las olas afectan la erosión ".

Huppert, que ahora es un científico investigador senior en el Centro Alemán de Investigación de Geociencias, es coautor del artículo con Taylor Perron, profesor de tierra, atmosférico, y ciencias planetarias y jefe de departamento asociado en MIT, y Andrew Ashton de la Institución Oceanográfica Woods Hole.

Hundirse y tallar

Los científicos han tenido alguna idea de que la tasa de erosión costera depende de la potencia de las olas que actúan en esa costa. Pero hasta ahora no ha habido ningún estudio sistemático para confirmar esta relación, principalmente porque puede haber muchos otros factores que contribuyen a la erosión costera que pueden interferir.

El equipo descubrió que las islas hawaianas ofrecen un entorno ideal para estudiar esta relación:todas las islas están hechas del mismo tipo de lecho rocoso, lo que significa que no tendrían que tener en cuenta los múltiples tipos de rocas y sedimentos y sus diferencias en la erosión; y las islas habitan una gran cuenca oceánica que produce una amplia gama de climas de olas, "u ondas de diferentes tamaños y frecuencias.

"A medida que recorre la costa de diferentes islas, ves climas de olas muy diferentes, simplemente doblando una esquina de la isla, "Huppert señala." Y el tipo de rock es el mismo. Así que Hawái es un buen laboratorio natural ".

Los investigadores centraron su estudio en 11 ubicaciones costeras alrededor de las islas de Hawái, Maui, y Kaho'olawe, cada uno frente a diferentes regiones del Pacífico que producen diferentes tamaños y frecuencias de olas.

Antes de considerar la energía de las olas en estos distintos lugares, Primero trabajaron para estimar la tasa promedio a la que los acantilados marinos en cada ubicación costera se erosionaron durante el último millón de años. El equipo trató de identificar las tasas de erosión que produjeron los perfiles costeros de las islas hawaianas en la actualidad, dados los perfiles originales de las islas, que se puede estimar a partir de la topografía de cada isla. Para hacer esto, primero tenían que tener en cuenta los cambios en el movimiento vertical de cada isla y el cambio del nivel del mar a lo largo del tiempo.

Después de que se forma una isla volcánica, inevitablemente comienza a disminuir, o hundirse por su propio peso. Como se hunde una isla, el nivel en el que el mar interactúa con la isla cambia, como si fueras a sumergirte en una piscina:la superficie del agua puede comenzar en tus tobillos, y lamer progresivamente tus rodillas, tu cintura, y eventualmente tus hombros y barbilla.

Por una isla cuanto más lentamente se hunde, cuanto más tiempo tiene el mar para trazar la línea costera a una altura determinada. A diferencia de, si una isla se hunde rápidamente, el mar solo tiene un tiempo fugaz para cortar la costa antes de que la isla se hunda aún más, exponiendo un nuevo litoral para que el mar se desgaste. Como resultado, la velocidad a la que se hunde una isla afecta en gran medida la distancia a la que la costa se ha retirado hacia el interior a una altura determinada, durante millones de años.

Para calcular la velocidad de hundimiento de la isla, el equipo usó un modelo para estimar cuánto la litosfera, la capa más externa de la Tierra sobre la que se asientan las islas volcánicas, se hundió bajo el peso de cada volcán hawaiano formado en el último millón de años. Debido a que las islas hawaianas están muy juntas, el hundimiento de una isla también puede afectar el hundimiento o el levantamiento de las islas vecinas, similar a la forma en que un niño puede saltar cuando otro niño se hunde en un trampolín.

El equipo utilizó el modelo para simular varias historias posibles de hundimientos de islas durante el último millón de años. y la consiguiente erosión de los acantilados marinos y las costas. Buscaron el escenario que mejor vinculaba las costas originales de las islas con las costas modernas de hoy, y comparó las diversas tasas de erosión resultantes con las 11 ubicaciones en las que se centraron en su estudio.

"Encontramos tasas de erosión que varían de 17 milímetros por año a 118 milímetros por año en los diferentes sitios, "Dice Huppert." El límite superior de ese rango es de casi medio pie por año, por lo que algunas de esas tasas son bastante rápidas para el rock ".

Olas de un tamaño

Eligieron las 11 ubicaciones costeras en el estudio por su variabilidad:algunos acantilados marinos miran al norte, donde son golpeados por olas más fuertes producidas por tormentas distantes. Otras costas orientadas al norte experimentan vientos alisios que vienen del noreste y producen olas más pequeñas pero más frecuentes. Las ubicaciones costeras que miran hacia el sur experimentan una experiencia más pequeña, ondas menos frecuentes en contraste.

El equipo comparó las tasas de erosión en cada sitio con la energía de las olas típica experimentada en cada sitio, que calcularon a partir de mediciones de la altura y frecuencia de las olas derivadas de los datos de las boyas. Luego compararon la energía de las olas de las 11 ubicaciones con sus tasas de erosión a largo plazo.

Lo que encontraron fue bastante simple, Relación lineal entre la energía de las olas y la tasa de erosión costera. Cuanto más fuertes son las olas que experimenta una costa, cuanto más rápido se erosiona la costa. Específicamente, encontraron que las olas de un tamaño que ocurren cada pocos días podrían ser un mejor indicador de qué tan rápido se está erosionando una costa que las olas de tormenta más grandes pero menos frecuentes. Es decir, si olas en normal, los días no tormentosos son grandes, es probable que una costa se esté erosionando rápidamente; si las olas típicas son más pequeñas, una costa se retira más lentamente.

Los investigadores dicen que llevar a cabo este estudio en Hawái les permitió confirmar esta simple relación, sin confundir los factores naturales. Como resultado, Los científicos pueden usar esta relación para ayudar a predecir cómo pueden cambiar las costas rocosas en otras partes del mundo. con variaciones en el nivel del mar y la actividad de las olas como consecuencia del cambio climático.

"El nivel del mar está aumentando en gran parte de las costas del mundo, y los cambios en los vientos y las tormentas con el cambio climático en curso podrían alterar los regímenes de las olas, también, "Perron señala." Ser capaz de aislar la influencia del clima de las olas en la tasa de erosión costera te acerca un paso más a ir a un lugar en particular y calcular el cambio en la tasa de erosión allí ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.