La amenaza de deslizamientos de tierra está nuevamente en las noticias, ya que las tormentas torrenciales de invierno en California amenazan con socavar las laderas marcadas por el fuego y traer flujos de escombros mortales que chocan contra las casas e inundan las carreteras.

Pero no se necesitan incendios forestales para revelar el peligro de deslizamientos de tierra, Universidad de California, Berkeley, dicen los investigadores. Los levantamientos aéreos que utilizan el mapeo láser aerotransportado — LiDAR (detección de luz y rango) — pueden proporcionar información muy detallada sobre la topografía y la vegetación que permite a los científicos identificar qué áreas propensas a deslizamientos de tierra podrían ceder durante una tormenta esperada. Esto es especialmente importante para predecir dónde los deslizamientos de tierra poco profundos, aquellos que solo involucran el manto del suelo, pueden movilizarse y transformarse a medida que viajan cuesta abajo en flujos de escombros destructivos.

La captura, ellos dicen, es que dicha información aún no puede ayudar a predecir qué tan grandes y potencialmente peligrosos serán los deslizamientos de tierra, lo que significa que las evacuaciones pueden afectar a muchas más personas de las que realmente están en peligro por los grandes deslizamientos y los flujos de escombros.

En un nuevo artículo que aparece esta semana en la revista Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias, los científicos, El geólogo de UC Berkeley William Dietrich y el científico del proyecto Dino Bellugi informan sobre su último intento de etiquetar áreas propensas a deslizamientos de tierra de acuerdo con su tamaño probable y potencial de peligro. con la esperanza de predicciones más precisas. Su modelo tiene en cuenta los aspectos físicos de las laderas:pendiente, estructuras de raíces que mantienen la pendiente en su lugar y la composición del suelo, y los caminos que sigue el agua a medida que corre cuesta abajo y hacia el suelo.

Todavía, mientras que el modelo es mejor para identificar áreas propensas a deslizamientos de tierra más grandes y potencialmente más peligrosos, Los investigadores descubrieron factores que afectan el tamaño de los deslizamientos de tierra que no se pueden determinar fácilmente a partir de datos aéreos y deben evaluarse desde el suelo, una tarea abrumadora. si uno está preocupado por todo el estado de California.

Las incógnitas clave son cómo son el suelo subterráneo y el lecho rocoso subyacente y la influencia de deslizamientos de tierra pasados ​​en las condiciones del suelo.

"Nuestros estudios destacan el problema de la predicción excesiva:tenemos modelos que predicen con éxito la ubicación de los deslizamientos que ocurrieron, pero terminan prediciendo muchos lugares que no ocurrieron debido a nuestra ignorancia sobre el subsuelo, "dijo Dietrich, Profesor de ciencia terrestre y planetaria de UC Berkeley. "Nuestros nuevos hallazgos señalan específicamente que la estructura espacial del material de ladera (profundidad del suelo, fuerza de la raíz, permeabilidad y variabilidades a lo largo de la pendiente:juegan un papel en el tamaño y la distribución y, por lo tanto, el peligro en sí. Estamos chocando contra una pared, si queremos llegar más lejos con la predicción de deslizamientos de tierra que intenta especificar dónde, cuándo y qué tan grande será un deslizamiento de tierra, tenemos que tener conocimientos que sean realmente difíciles de obtener, pero importa ".

Modelos clave para evacuaciones específicas

Décadas de estudios de Dietrich y otros han llevado a modelos predictivos de dónde y bajo qué condiciones de lluvia fallarán las pendientes. y dichos modelos se utilizan en todo el mundo junto con los modelos de predicción meteorológica para identificar áreas que podrían sufrir deslizamientos en una tormenta que se aproxima y advertir a los residentes. Pero estos modelos, desencadenado por los llamados "umbrales empíricos de lluvia, "son conservadores, y las agencias gubernamentales a menudo terminan emitiendo advertencias de evacuación para grandes áreas para proteger vidas y propiedades.

Dietrich, quien dirige el Observatorio de la Zona Crítica del Río Eel, un proyecto de una década para analizar cómo el agua se mueve desde el dosel de los árboles a través del suelo y el lecho rocoso y hacia los arroyos, está tratando de mejorar los modelos de predicción del tamaño de los deslizamientos de tierra basados ​​en la física de las pendientes. Las imágenes láser aéreas que utilizan LiDAR pueden proporcionar detalles a escala submétrica, no solo de vegetación, sino también del suelo debajo de la vegetación, permitiendo mediciones precisas de pendientes y una buena estimación de los tipos de vegetación en las laderas.

Las pendientes fallan durante las tormentas de lluvia, él dijo, porque la presión del agua en el suelo (la presión de los poros) separa las partículas del suelo, haciéndolos flotantes. La flotabilidad reduce la fricción que mantiene las partículas del suelo contra la gravedad, y una vez que la masa del tobogán sea suficiente para romper las raíces que sostienen el suelo en su lugar, la pendiente desciende. Los deslizamientos poco profundos pueden involucrar solo la parte superior del suelo, o fregar hasta el lecho rocoso y empujar todo lo que está debajo de él cuesta abajo, creando flujos de escombros mortales que pueden viajar varios metros por segundo.

Cada año húmedo a lo largo de la costa del Pacífico, hogares son arrasados ​​y vidas perdidas por grandes deslizamientos de tierra, aunque la amenaza es mundial. Como lo ilustra un deslizamiento de tierra en Sausalito hace exactamente dos años, Los deslizamientos de tierra pueden originarse a poca distancia cuesta arriba y movilizarse como un flujo de escombros viajando metros por segundo antes de golpear una casa. El tamaño del deslizamiento de tierra inicial influirá en la profundidad y la velocidad del flujo y la distancia que puede viajar cuesta abajo hacia los cañones. Dijo Dietrich.

Con modelos de computadora anteriores, Dietrich y sus colegas pudieron identificar con mayor precisión los lugares en las laderas que sufrirían deslizamientos de tierra. En 2015, por ejemplo, Bellugi y Dietrich utilizaron su modelo informático para predecir deslizamientos de tierra poco profundos en una ladera bien estudiada en Coos Bay, Oregón, durante una secuencia de tormentas que provocan deslizamientos de tierra, basado únicamente en estas medidas físicas. Esos modelos emplearon datos LiDAR para calcular la pendiente y cómo el agua fluiría cuesta abajo y afectaría la presión de poro dentro de la pendiente; la historia estacional de lluvias en el área, que ayuda a evaluar la cantidad de agua subterránea presente; y estimaciones de la fuerza del suelo y las raíces.

En el nuevo periódico, Bellugi y David Milledge de la Universidad de Newcastle en Newcastle upon Tyne en el Reino Unido probaron el modelo de predicción de deslizamientos de tierra en dos paisajes muy diferentes:ladera profundamente grabada y boscosa en Oregon, y un suave herboso, valle glaciar de suave pendiente en el histórico distrito de los lagos de Inglaterra.

Asombrosamente, encontraron que la distribución de deslizamientos de tierra pequeños y grandes era bastante similar en ambos paisajes y se podía predecir si se tomaba en cuenta un dato adicional:la variabilidad de la fuerza de las laderas a lo largo de estas laderas. Descubrieron que los deslizamientos pequeños pueden convertirse en deslizamientos importantes si las condiciones (resistencia del suelo, la fuerza de la raíz y la presión de los poros no varían lo suficiente en distancias cortas. Esencialmente, pequeños toboganes pueden propagarse por la pendiente y agrandarse conectando áreas aisladas propensas a deslizamientos, incluso si están separados por una pendiente más sólida.

"Estas áreas que son susceptibles a deslizamientos de tierra poco profundos, aunque pueda definirlos, puede fusionarse, si están lo suficientemente cerca el uno del otro. Entonces puede tener un gran deslizamiento de tierra que abarque algunos de estos pequeños parches de baja resistencia, ", Dijo Bellugi." Estos parches de baja resistencia pueden estar separados por áreas que son fuertes, pueden estar densamente boscosas o menos empinadas o más secas, pero si no están bien separados, entonces esas áreas pueden fusionarse y hacer un deslizamiento de tierra gigante ".

"En las laderas, hay arboles y topografia, y podemos verlos y cuantificarlos, ", Añadió Dietrich." Pero partiendo de la superficie y bajando al suelo, Hay muchas cosas que necesitamos en modelos que ahora no podemos cuantificar en grandes áreas:la variación espacial en la profundidad del suelo y la fuerza de las raíces y la influencia del flujo de agua subterránea, que puede emerger del lecho rocoso subyacente e influir en la presión de los poros del suelo ".

Obtener información tan detallada en toda una pendiente es un esfuerzo hercúleo, Dijo Dietrich. En las laderas de Oregon y Lake District, los investigadores caminaron o escanearon toda el área para mapear la vegetación, composición y profundidad del suelo, y más allá de los toboganes metro a metro, y luego meticulosamente estimó la fuerza de la raíz, todo lo cual es impráctico para la mayoría de las pendientes.

"Lo que esto dice es que para predecir el tamaño de un deslizamiento de tierra y la distribución del tamaño, Tenemos una barrera importante que será difícil de cruzar, pero debemos hacerlo, que es poder caracterizar las propiedades del material del subsuelo, "Dijo Dietrich." El artículo de Dino dice que la estructura espacial del subsuelo es importante ".

Los estudios de campo previos de los investigadores encontraron, por ejemplo, que el lecho rocoso fracturado puede permitir un flujo de agua subterráneo localizado y socavar pendientes que de otro modo serían estables, algo no observable —todavía— mediante estudios aéreos.

Instan a una investigación más intensiva en laderas empinadas para poder predecir estas características del subsuelo. Esto podría incluir más perforaciones, instalación de equipos de monitoreo hidrológico y aplicación de otras herramientas geofísicas, incluyendo penetrómetros de cono, que se puede utilizar para mapear suelos susceptibles a fallas.