LAS PLAYAS

(Fragmento del texto de Willard Bascom, 1960 - Editado por Selecciones de Scientific American, Ed. Blume. 1978. Madrid)

EL TRABAJO DE LAS OLAS.

Un observador cualquiera piensa que la playa es la superficie arenosa que se encuentra por encima del agua. Los especialistas que estudian las playas tienen un punto de vista más amplio e incluyen como tal a todo el área en la cual hay movimiento de arena. Para ellos la playa se extiende desde una profundidad de unos 11 metros bajo el nivel del mar, cuando la marea está más baja, hasta el borde de la costa permanente. Este último puede consistir en un risco, en dunas de arena o estructuras hechas por el hombre, ninguna de ellas realmente permanente pero todas más duraderas que la misma playa. Con respecto al límite externo, señalado por el lugar que tiene una profundidad de 11 mts bajo el nivel del mar cuando la marea es baja, ésta es la profundidad a partir de la cual ordinariamente el movimiento del agua no tiene suficiente energía para mover la arena. Una playa, por otra parte, también tiene sus límites en su dirección longitudinal. Un saliente de tierra o una corriente marina pueden ser tales límites.

Las olas y las corrientes de agua nos proporcionan en tercer elemento que debemos tener presente al definir o producir una playa: la energía que mantiene a la arena en circulación. En algunas playas el viento también mueve bastante a la masa de arena, pero sus efectos directos los podemos suponer despreciables. Por supuesto que es la acción del viento sobre la superficie del mar el que da lugar a las olas y, por tanto, él es la última causa de todo el movimiento de las playas. Las olas que ruedan sobre la playa pueden pues, haberse originado lejos, en alta mar. Cuanto más fuerte sea el viento, cuanto más tiempo dure y más grande sea la distancia en la cual actúa, tanto más grandes serán las olas que se levanten. Si el temporal está cercano a la costa, las olas serán escarpadas y rápidamente pueden cambiar la configuración de la playa. Normalmente, sin embargo, las olas que modelan la playa se generan bajo la acción de los vientos y son más largas, más bajas y más regulares que las ondas del viento. Tales olas son denominadas marejada , y parten desde la zona de tormenta en todas las direcciones con una muy pequeña pérdida de energía. Puesto que las tempestades se dan en su mayor parte en el mar, la marejada está constantemente batiendo y moldeando todas las playas que se encuentran alrededor de un océano.

Una marejada se describe por su altura (la distancia vertical ente el seno y la cresta de la ola), por su longitud (la distancia horizontal entre las crestas) y por su período (el tiempo, en segundos, transcurrido en el paso de dos crestas ante un observador situado en un punto fijo). Cuando la marejada se desplaza en zonas de aguas poco profundas, ocurre un notable cambio; así, cuando la profundidad del mar es igual a la mitad de la longitud de onda, entonces las olas se dice que "tocan fondo". En ese momento la velocidad y la longitud decrecen y la altura aumenta: solamente el período permanece constante. Tras correr una cierta distancia sobre la playa, las olas se van haciendo más altas y finalmente vuelcan y se rompen. El resultado es la rompiente y la resaca -una masa de agua turbulenta-.

Es precisamente la acción de las olas en las agua de profundidad somera la que cambia las playas. El mecanismo básico para ello es simplemente la ascensión de los granos de arena por la turbulencia que acompaña el paso de una ola y la caída libre de estos mismo granos sobre el fondo cuando la ola ya no ejerce sobre ellos ningunos fuerza ascensional. Puesto que un grano de arena es más ligero bajo el agua que fuera de ella en una medida igual al peso de agua desplazada por él, el agua no necesita  una gran energía para moverlo. Además, el grano se fija y se arrastra mucho debido a la viscosidad y turbulencia del agua. Mientras está en suspensión un grano de arena tiende a moverse con el agua y las corrientes de muy baja velocidad  pueden llegar a desplazarlo. Cada vez que un grano es levantado del suelo va ocupando apreciablemente posiciones distintas. Ya que incontables millones de granos de arena están siendo continuamente removidos y recolocados, la playa cambia su posición.

LAS MEDICIONES DE LAS PLAYAS.

Durante los años 1945 a 1950, John D. Isaacs, actualmente ede la Institución Oceanográfica Scripps, y yo, estuvimos trabajando en el proyecto "Olas", de la Unversidad de California, para estudiar las playas de la costa del Pacífico de los EEUU. Bajo la dirección de Morrough P. O´Brien, decano de ingeniería y miembro de la Beach Erosion Board de la Army Corps of Engineers, gastamos virtualmente todo nuestro tiempo, invierno y verano observando la interacción entre las olas y las playas. Para media la altura y período de las olas instalamos aproximadamente una docena de medidores de olas en el exterior de la costa, conectados por cable submarino blindado con los registradores de la playa.  Con cámaras radio-controladas hicimos fotografías del oleaje simultáneamente dede la playa, desde acantilados cercanos y desde un avión situado justo encima. Además, arrojamos tintura al oleaje para determinar la naturaleza de sus corrientes. SIn embargo, gastamos la mayor parte de nuestro tiempo haciendo repetidas veces perfiles de varias playas. La mayor parte del tiempo se empleaba en hacer salidas en un vehículo anfibio, el Dukw o "pato", de la  Segunda Guerra Mundial, hasta una distancia en la que la profundidad en bajamar era de nueve metros, y en efectuar numerosos sondeos cuando entrábamos en la superficie de la playa. Trasladándonos a una velocidad de 3 nudos, pudimos mantener alineado al "pato" con dos postes señalizadores situados perpendicularmente a la línea de costa. A cortos intervalos levantaba la sonda, leyendo la profundidad y transmitiéndola por un radiotransmisor. Isaacs podría estar escuchando en la costa, aproximadamente a 300 metros en la playa, desde los palos y vigilando el progreso del "pato" a través de un itinerario. Los palos, el "pato" y el itinerario hacían un triángulo rectángulo con Isaacs mirando a lo largo de la hipotenusa. Cuando veía la línea de chapoteo, él podía leer el ángulo sobre el itinerario y decírselo a un ayudante que registraba conjuntamente ángulos y profundidades. Anotanto la profundidad en cada distancia desde la costa pudimos dibujar un perfil de la playa.

Obtuvimos algo en cierto modo sorprendente, buenos contornos incluso en fuertes oleajes, en parte gracias a que el "pato" es una excelente embarcación para la marejada y playa. En las playas del Norte de California inspeccionamos en invierno las playas en donde las olas rompientes tenían 3,5 mts de altura y ocasionalmente, habiendo calculado mal las olas, encontramos olas de hasta 5 mts de altura. Con el "pato" registramos cambios en los perfiles de las playas de invierno a verano en más de 30 playas de la costa W.  La velocidad del "pato" variaba: muy rápido cuando la playa estaba siendo erosionada y un dia después, cuando las olas habían alterado el equilibrio del transporte de arena y depositado una nueva capa blanda de arena, bajaba su velocidad; observamos que la superficie playera situada entre la bajamar y la pleamar parecía ser el único lugar que retenía su dureza y pendiente durante períodos relativamente largos.

Posteriormente correlacionamos nuestras medidas de pendientes de olas con los resultados obtenidos del estudio del tamaño del grano de la arena. Esto mostró lo que un observador casual puede ver, que las playas con mayor pendiente están compuestas generalmente de granos de arena más grandes. Nuestros estudios también demostraron que otros factores no tan ostensibles intervienen en el desarrollo de las playas. Así, por ejemplo, las playas que están parcialmente protegidas del oleaje serán más empinadas que aquéllas que, estando compuestas de arena del mismo tamaño, estén expuestas a él.

Las pendientes submarinas son completamente distintas de las de la superficie playera y se describen generalmente de modo diferente, para informar de las irregularidades sustanciales entre la línea de agua y el límite en dirección al mar. En este esquema de clasificación una playa llana tiene una pendiente submarina media con una elevación vertical menor de 30 ctm en una distancia horizontal de 23 mts; una playa empinada tiene un desnivel mayor de 30 cts por cada 15 mts.

Una gran parte del movimiento del material de una playa consiste en un intercambio entre las lomas submarinas, o barras y el berm, el depósito de material casi horizontal situado en la parte más alta de la playa en la costa. Las barras pueden considerarse como productos  de erosión, ya que aparecen cuando la acción violenta de las olas corta la parte trasera del berm y depositan el material de la playa en limpias lomas a cierta distancia de la costa.  Debido a que éstas se encuentran asociadas a las condiciones tormentosas, y puesto que hay más tormentas en invierno que en verano, las barras se consideran como una característica normal en el perfil de una playa durante el invierno. Todas las playas expuestas al oleaje del océano contienen barras, y las que poseen una pendiente menor de 30 cts  por cada 15 mt frecuentemente tienen dos o más barras. Esencialmente, las barras continuas de 16 a 32 km de largo son comunes en la costa del Pacífico al Norte del Cabo Mendocino.

Los investigadores de playas no saben exactamente cómo se forman las barras. Han notado que la formación de las barras está relacionada de algún modo con la inclinación de la ola. Utilizando un canal de olas experimental, J.W. Johnson de la Universidad de California, descubrió que las barras siempre se formaban, en las playas del modelo, cuando la relación entre la altura de ola y su longitud de onda era mayor de 0,03 y que las barras nunca aparecían cuando la proporción era menor de 0,03. En la Naturaleza los números parecen ser distintos, pero el principio es indudablemente el mismo. Debido a que las pequeñas fuerzas que originan el movimiento diferencial de los granos de arena individuales, son difíciles de detectar entre la turbulencia general, la forma exacta mediante la cual las variaciones de pendiente causan el movimiento de la arena hacia la tierra o hacia el mar permanece desconocida.

Las barras en su marcha tienen un decidido efecto sobre las olas. La vertiente exterior de una barra es relativamente empinada, y esta abrupta elevación del fondo produce las olas rompientes más grandes. Las olas a menudo se rehacen en la depresión situada entre dos barras y prosiguen hacia la costa como olas más pequeñas, rompiendo en las barras interiores de aguas someras o en la superficie de la playa. Las olas más pequeñas de un tren de olas de alturas irregulares no romperán en la barra exterior.  De este modo, una barra tiende a actuar como un filtro de olas, rompiendo y reduciendo las más altas y permitiendo el paso a las que se encuentran por debajo de una cierta altura.  

En las playas de la costa del Pacífico que están expuestas a toda la fuerza de las olas, la parte superior de la barra más interior se encuentra  generalmente, a 30 cts bajo el nivel del agua en bajamar, la cima de la segunda barra está a una profundidad de 2,5 mt y la tercera está a 4 mt de profundidad. El gran oleaje de una tormenta cercana producirá violentas olas de hasta 4 mt de altura en la barra exterior. En una playa con una pendiente moderada y una serie de barras las olas se rompen y rehacen repetidamente, dando lugar a una zona de oleaje de hasta 1,5 km de ancho.

Después de la estación de tormentas, la pendiente de las olas decrece y éstas empiezan a trasladar la arena hacia la costa. El material de las barras exteriores rellena las artesas, y pronto el perfil de la playa no muestra barras. El material de la barra interior emigra al berm, constuyéndolo en dirección hacia el mar. Excepto en playas muy llanas, el berm generalmente tiene un borde o cresta, bien definido y su forma de crecimiento puede observarse muy bien. Al llegar una ola a la superficie de la playa, consume la energía que le queda en una delgada capa de agua espumosa que corre hacia la superficie playera, llevando arena con ella. Dependiendo de cómo está saturada la arena y su grado de permeabilidad, una cierta cantidad de agua se introduce en la playa y no vuelve al mar como corriente de retorno. Así, la capacidad de transporte del agua que vuelve es menor que la del agua que llega y, por lo tanto, se añade arena al berm. Cuando las condiciones son perfectamente favorables un berm puede crecer incluso 15 cts en una hora o 3 mt en un día. El berm de la playa de Carmel (California), que estudiamos durante varios años,  es aproximadamente 90 mt más ancha en septiembre que en abril, los meses que señala, respectivamente, el final de la estación de las calmas y la de las tormentas.

Las olas grandes construyen un berm más alto que el que originan las olas pequeñas. En la Bahía de Monterrey (California) la cima del berm en la playa de Fort Ord, directamente expuesta a la acción del oleaje, ha alcanzado los 5 mt por encima del nivel del agua en bajamar, mientras que el berm de una playa situada a unos pocos km, que está protegida de las grandes olas por un cabo, es 2 mt más baja. Paradójicamente, las tormentas marinas que mueven el berm de verano a menudo dejan un berm más alto que el propio de la playa en la parte trasera de ésta. Este puede permanecer xclaramente visible duratne todo el verano.

El material del berm que los mares tempestuosos remueven regresa ordinariamente durante la estación de calma. Sin embargo, una tormenta ocasional muy grande o un tsunami puede despojar de arena a la superficie de la playa y transportarla a profundidades tan grandes que las olas normales no pueden alcanzarla ni devolverla a la playa.  En Long Branch (New Jersey) y Santa Bárbara (California), vertidos de arena a profundidades de 11,5 y 5,5 mt, demosraron estar a demasiada profundidad para que las olas normales la recogieran.

Cuando las ola smás altas que el término medio rompen en sucesión rápida y elevan el nivel medio del agua dentro de una barra, el agua vuelve tan enérgicamente hacia el mar que ésta algunas veces rompe la barra por un lugar estrecho, produciendo el llamado canal de desgarre. Desde ese instante, la mayor parte del exceso de agua, arrojada por encima de la barra por los fuertes oleajes, se traslada a lo largo de la playa hasta que llega al canal, donde fluye afuera como una corriente de retorno. La corriente puede ser peligrosa ya que fluye directamente hacia el mar con una velocidad elevada, del orden de 4 nudos, considrablemente más rápida que la que puede alcanzar un hombre a nado. Afortunadamente, las corrientes de retorno están limitadas a canales relativamente estrechos y el bañista puede salirse de ellas simplemente nadando una distancia orta paralelamente a la costa. 

Las corrientes de retorno aparecen en la mitología popular como la terrible "resaca". De la resaca se dice que fluye hacia afuera por debajo del oleaje y de esa manera saca a los nadadores; los experimentos con señalizadores de tintura en las playas marcadas con señales de aviso de resaca han demostrado repetidamente que tal corriente no existe. El agua se mueve hacia dentro y hacia afuera a lo largo del fondo con cada ola, pero cualquiera que fuera arrastrado hacia el mar podría ser llevado hacia la costa después de 6 segundos, aproximadamente, por la otra mitad del ciclo. De modo diferente a las corrientes de retorno, la resaca puede desecharse como un peligro para los nadadores.

CUSPS Y RIPPLE MARKS.

Un rasgo de las playas que ofrece intrigantes problemas para los investigadores son los cusps. Estos son unas depresiones en forma de media luna que se forman regularmente en serie espaciada a lo largo de la superficie de la playa. La cúspide triangular (cuerno) es el lugar en el que se unen las puntas de dos medias lunas. Una "bahía" de arena, que puede ser profunda y estrecha, o amplia y poco profunda, se extiende entre los puntos cuspidales. Estos varían en longitud desde unos pocos mt a cientos de ellos y su relieve puede sobrepasar los 2 mt o ser tan bajos que apenas se distinguen.

Aunque los investigadores han estudiado estas curiosas formas de la playa durante años y han elaborado muchas hipótesis sobre su origen, ninguno ha presentado una explicación aceptable acerca de su formación, de por qué son tan regulares y de por qué tienen las dimensiones que tienen. Estos factores están casi ciertamente relacionados al carácter de las olas que los forman.  Quizás los cusps se desarrollan cuando las olas tienen una pendiente equilibrada para que no haya ni erosión ni deposición de arena.

Los ripplemarks u ondulaciones de arena son, en términos generales, formaciones paralelas de crestas y valles modelados por las olas, que se forman en la arena del fondo del mar por la acción del agua. Ordinariamente, su "longitud de onda" es de 7  ó 10 ctm y tienen aproximadamente 2 ó 3 ctm de altura, aunque se han observado bajos las olas ripples gigantes (con longitudes de onda de más de 3 mt). Puesto que las crestas de los ripples son, generalmente, paralelas a las crestas de las olas, los paleógrafos han utilizado los ripples fósiles  en areniscas para establecer la orientación de las antiguas playas.

Los ripples pueden comenzar a formarse alrededor de un guijarro o de alguna otra pequeña prominencia del fondo. El movimiento de las olas produce torbellinos horizontales primero en una parte del guijarro, después en la otra y empieza así  a acumularse una pequeña cresta de arena. A una cierta distancia de cualquier lado de la cresta original las corrientes de turbulencia disminuyen y depositan arena para que se forme otra elevación, de tal forma que se desarrolla el modelo de ripples. El movimiento del agua debido enteramente a las olas produce ondulaciones simétricas, pero si una corriente está superimpuesta al movimiento de las olas, los lados de sotavento de los ripples tienen mayor pendiente. Los ripples van y vienen con las cambiantes condiciones de las olas y pueden emigrar con las corrientes. Aunque éstas también se han estudiado extensamente, la relación entre la velocidad de la corriente, el tamaño del grano de arena y las dimensiones de los ripples permenece inexplicada.

LA CONSERVACION DE LAS PLAYAS

Los mayores problemas de la conservación de la playa no se producen por el movimiento estacional de la arena en la costa y fuera de ella, sino por el movimiento de la arena, paralelo a la costa. En algunas costas , a lo largo de la orilla o de las corrientes litorales que surgen cuando las olas golpean la costa, se transportan anualmente millones de toneladas de arena, erosionando una playa y construyendo otra. Las olas más grandes forman las corrientes más importantes del litoral, porque contienen la mayor parte de la energía. Estas tocan el fondo fuera de la costa y si se aproximan a la orilla formando un ángulo tienden a ser refractadas o dobladas por los contornos submarinos para que el frente de la ola permanezca paralelo a la línea de costa. Las olas, con frecuencia no son refractadas del todo, especialmente si el ángulo entre los frentes de ola de agua profunda y la orilla es grande o si el agua se convierte bruscamente en poco profunda. Por consiguiente, las olas golpean con frecuencia la costa formando un ángulo.

A lo largo de las costas en donde las olas predominantes llegan de esta manera fluye constantemente una corriente litoral. Estas corrientes generalmente van demasiado despacio como para trasladar los granos de arena por si mismos. Sin embargo, la turbulencia en la zona del oleaje mantiene la arena en suspensión e incluso crea una corriente de poca velocidad a lo largo de la costa que es capaz de transportar grandes cantidades de material. En la superficie de la playa las partículas de arena transportadas por el agua de llegada describen un arco en la dirección de la corriente a lo largo de la costa, de tal forma que cada ola las mueve un pequeño espacio a lo largo de la playa. En aguas someras, donde las olas pueden levantar la arena y moverla hacia atrás o hacia adelante, la corriente litoral imprime a los granos de arena un movimiento de "diente de sierra". En cada oscilación la arena se mueve oblicuamente, sin que ninguna fuerza la devuelva a su posición original. En consecuencia, la arena viaja bajo la acción de la corriente como en una cinta transportadora; la cinta tiene la anchura de la zona del oleaje y la velocidad de la corriente litoral.

Muchas áreas costeras sometidas a corrientes litorales tienen serios problemas de erosión en la playa. El cambio de orientación de un tramo de costa sin corriente apreciable puede hacer que vientos y olas incidan con un cierto ángulo que genere una corriente casi continua de arena. Cualquier estructura que interrumpa la corriente actúa como un dique y las playas situadas inmediatamente al W o E de la misma crecen, mientras que las del otro sector son despojadas de arena por olas y corrientes. Este efecto se observa en el rompeolas de Santa Bárabra (California), donde puede merise la cantidad de arena trnasportada desde el W, y que una vez pasado el rompeolas, encuentra bruscamente agua más profunda y tranquila, donde cesa la turbulencia y se produce la deposición de las partículas en suspensión, en la parte interior del final del rompeolas.

Las frecuentes mediciones de los cambios de volumen de la arena en la superficie de la playa han revelado el ritmo de disposición, que es igual al ritmo de transporte de arena a lo largo de la costa. En un día, por término medio, se descargan unos 0,75 m3  de arena en el puerto y bajo condiciones de tormenta alcanza un valor cuatro veces superior. Para impedir que el puerto se rellene de arena, y para prevenir la erosión perjudicial en la costa más distante, una draga saca arena de las aguas tranquilas a la zona sometida a la acción de la corriente. Aquí otra vez está expuesta a la acción del oleaje y la corriente litoral la transporta a lo largo de la costa, hasta que finalmente llega a Santa Mónica.

Esta ciudad también necesitaba aguas tranquilas para un puerto deportivo. Debido a las dificultades inherentes al almacenamiento de la arena por un rompeolas convencional, la ciudad construyó una barrera de olas, consistente en una línea recta de rocas paralelas a la costa y situada a varios cientos de metros de ella. Se esperaba que la arena pasara entre el rompeolas y la costa. No fue así. La arena simplemente se detuvo, moviéndose en el agua tranquila, y la playa comenzó a crecer hacia el mar en dirección a la barrera de rocas. La zona de la playa sometida a la acción de la corriente retrocedió hacia el mar. Ahora Santa Mónica tiene que utilizar una draga para poner la arena de la parte de atrás en circulación.

Un sistema similar de transporte litoral de la arena actúa a lo largo de la costa meridional de Long Island, en la costa Este. Los vientos dominantes y las olas inrefractadas del Atlántico Norte barren la arena a lo largo de la costa desde Montauk Point, en el extremo oriental de la isla, hasta la playa de Rockaway, en la entrada del puerto de New York. Montauk se está erosionando rápidamente y la playa de Rockaway se construye a razón de 60 mts al año.  Si no actuamos sobre las geoformas de la erosión, cada uno de nosotros sufrirá los efectos de la erosión. Pero tan pronto como una parte de la costa está protegida, el resto de la misma tiene que suministrar la arena.  No obstante, durante muchos años el método habitual para detener el retroceso de una playa fue construir espigones; es decir, diques hechos de rocas o de leños apilados de unos pocos metros de altura y longitud, que sobresalen de la superficie de la playa para detener la arena que pasa.

A lo largo de algunas costas los espigones se han construido en intervalos regulares durante muchos kilómetros, cada uno sustentando a una playa curvada que rebosa sobre sobre su extremo, dando a la playa una apariencia de cúspide. La arena todavía se traslada, pero es retenida temporalmente en cada pequeño segmento de la playa. Los espigones pueden sujetar la arena si están colocados adecuadamente, pero su efecto es local y temporal. Ellos no son el método preferido para el mantenimiento de una playa por haberse descubierto que, generalmente, son menos efectivos y más caros que un programa de "nutrición de playa". En tales programas la arena nueva se suministra por el sistema de las dunas de tierra adentro o de los fondos de lagunas cercanas. Por ejemplo, la famosa playa Waikiki, en Hawaii, fue reconstruida recientemente con arena traída desde dunas situadas a 22 km de distancia.

Este cambio de opinión sobre la mejor manera de mantener las playas se refleja en el actual problema que se afronta en New Jersey. La configuración de la costa es tal que el oleaje refractado del océano Atlántico golpea incesantemente en el sitio más prominente de la costa de New Jersey. Las corrientes litorales trasladan arena lejos de dicho lugar en ambas direcciones y le están erosionando rápidamente. En los últimos 50 años, casi 50 millones de dólares se han gastado en trabajos sobre las costas en un intento de estabilizar la línea de costa. El actual desembolso anual es superior a los 2 millones de dólares y los resultados no son enteramente satisfactorios. Algunas partes de la costa se han despojado de arena desde hace tiempo; otras están todavía retirándose.

La Beach erosion Board ha estudiado el problema de New Jersey y ha propuesto un proyecto para desarrollar playas recreativas adecuadas y para prevenir una nueva erosión. Este proyecto "alimentará"  a todas las playas de la costa mediante suministros de arena nueva para las playas de los alrededores del Barnegat Inlet. La arena podría venir en parte por acarrero de localidades de tierra adentro y en parte por bombeo desde la bahía de Barnegat.  Se podría contar con la acción de las olas y de las corrientes litorales para distribuirla a lo largo de la costa. La inversión inicial sería de 28 millones de dólares, pero el programa requeriría menos de 1 millón de dólares al año para mantener las playas después de esto.

Otros 66 proyectos de construcción de línea de costa, con un coste total de 100 millones de dólares, han sido ideados para las costas de USA y aproximadamente la mitad están terminados o en vías de terminación. La conservación de la costosa tierra costera, el mantenimiento de puertos utilizables y el desarrollo de actividades de recreo requieren un entendimiento del modo de moverse de la arena. En estas empresas el conocimiento ganado por el estudio científico de las playas jugará un papel primordial.