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GRIETAS Y SU POSIBLE RELACIÓN CON LA ACTIVIDAD TECTÓNICA EN LA SIERRA MADRE ORIENTAL
Resumen: Este artículo discute la influencia de las fallas geológicas en la formación de grietas en el Altiplano tamaulipeco. Se analiza el papel de los procesos tectónicos, el fenómeno de la subsidencia y cómo el uso de tecnologías de sensores remotos permite monitorear estas deformaciones del terreno.
Palabras Clave: Subsidencia del terreno, fallas geológicas, deformaciones tectónicas, sensores remotos, álgebra lineal aplicada.
La Sierra Madre Oriental (SMO) representa uno de los elementos tectónicos y geomorfológicos más importantes del noreste de México. Esta cadena montañosa, formada principalmente durante la Orogenia Laramide en el Cretácico Tardío-Paleógeno temprano, está caracterizada por una compleja historia de deformación que ha dado lugar a un sistema de pliegues y cabalgaduras con orientación preferencial NW-SE.
La región del Altiplano Tamaulipeco, ubicada en la porción occidental de la SMO, presenta características geológicas e hidrogeológicas particulares que la hacen especialmente susceptible al desarrollo de grietas y fenómenos de subsidencia. Esta zona se caracteriza por:
La interacción entre estos elementos geológicos y los procesos antropogénicos, como la extracción intensiva de agua subterránea, están relacionados con el desarrollo de grietas y subsidencia, un fenómeno que afecta la infraestructura, la agricultura, lo cual ha generado una problemática compleja que requiere un análisis multidisciplinario.
Entiéndase la subsidencia del terreno como el hundimiento progresivo de la superficie terrestre causado por procesos geológicos y antrópicos. En la región del Altiplano tamaulipeco, las fallas normales y distensivas generadas por la actividad tectónica facilitan la subsidencia cuando el soporte del suelo se ve comprometido debido a:
Sobreexplotación de acuíferos: El bombeo excesivo provoca la despresurización del suelo.
Estructuras geológicas locales: Las fallas y anticlinales de la Sierra Madre Oriental canalizan tensiones diferenciales. La columna estratigráfica del área incluye:
Formación Guaxcamá: Yesos y anhidritas del Jurásico Superior
Formación El Abra: Calizas arrecifales del Cretácico Medio
Formación Cárdenas: Lutitas y areniscas del Cretácico Superior
Depósitos Cuaternarios: Aluvión y coluvión
El uso de sensores remotos, como el Interferómetro de Apertura Sintética (InSAR), ha revolucionado el monitoreo de subsidencia y deformaciones del terreno, permitiendo detectar variaciones milimétricas en grandes áreas. Imagina que necesitas detectar si un edificio se está hundiendo lentamente o si una montaña está experimentando movimientos imperceptibles al ojo humano. ¿Cómo podrías hacerlo? Aquí es donde entra en juego una de las tecnologías más sorprendentes de nuestro tiempo: el Interferómetro de Apertura Sintética, conocido como InSAR.
El InSAR es como tener un par de ojos extraordinariamente precisos observando la Tierra desde el espacio. Utiliza satélites que emiten ondas de radar hacia la superficie terrestre y captan su rebote. Lo verdaderamente ingenioso es que puede detectar cambios más pequeños que el grosor de un cabello humano en áreas tan grandes como una ciudad entera.
Pensemos en ello como una versión extremadamente precisa del sonar que utilizan los murciélagos. El satélite emite señales de radar que, al rebotar en la superficie terrestre, regresan con información detallada sobre la distancia y la posición de cada punto del terreno. Al comparar mediciones tomadas en diferentes momentos, podemos detectar si un área se está hundiendo, elevando o desplazando lateralmente.
Para poner en perspectiva la sensibilidad de esta tecnología: puede detectar movimientos de hasta 1 milímetro en la superficie terrestre. Es como ser capaz de notar si la Torre Eiffel se ha movido el grosor de una tarjeta de crédito, ¡pero desde el espacio!
En la Sierra Madre Oriental, nos encontramos con un fascinante sistema acuífero dual que refleja la compleja historia geológica de la región. Por un lado, tenemos el acuífero kárstico desarrollado en las calizas de la Formación El Abra, que actúa como una intrincada red de "tuberías naturales" creadas por la disolución de la roca caliza a lo largo de millones de años. Este proceso de disolución ha dado lugar a conductos y cavidades que permiten que el agua fluya rápidamente, como si fueran ríos subterráneos, con velocidades que pueden alcanzar varios metros por minuto. La naturaleza de este acuífero es particularmente relevante cuando hablamos de la formación de grietas, ya que estos conductos pueden colapsar cuando el nivel del agua desciende, creando inestabilidad en la superficie.
En paralelo, encontramos el acuífero fracturado, que podríamos visualizar como una red de grietas y fisuras interconectadas en la roca, similar a un cristal agrietado pero a escala geológica. Este sistema es más complejo en términos de predicción de flujo, ya que la conductividad hidráulica varía significativamente dependiendo de la densidad y conectividad de las fracturas. Cuando estas fracturas se intersectan con los conductos kársticos, pueden crear zonas de debilidad especialmente susceptibles a la deformación y al colapso, particularmente cuando la extracción intensiva de agua subterránea altera las presiones naturales del sistema. Esta interacción entre ambos tipos de acuíferos es crucial para entender por qué ciertas áreas son más propensas a desarrollar grietas que otras.
Las fracturas superficiales y la subsidencia afectan carreteras, viviendas y sistemas de riego, generando costos de reparación elevados y una disminución en la productividad agrícola. Además, el colapso del suelo puede generar zonas anegadas o afectar la recarga natural de los acuíferos.
La gestión sostenible del agua en regiones como Tula, Tamaulipas, enfrenta grandes desafíos debido a la sobreexplotación del acuífero y el riesgo de subsidencia del terreno. Una forma eficaz de comprender y anticipar estos problemas es mediante la modelación matemática. Esta metodología permite relacionar variables clave, como el crecimiento poblacional, el consumo de agua, la extracción de acuíferos y la subsidencia del terreno. A partir de un modelo cuantitativo, es posible predecir escenarios futuros y proponer estrategias de mitigación.
Las variables que consideramos son:
Este modelo busca establecer una conexión entre estas variables y demostrar cómo las decisiones en el presente afectan la estabilidad del suelo a futuro.
El crecimiento poblacional es un factor determinante para calcular la demanda futura de agua. Sabemos que la población no crece de forma ilimitada, sino que enfrenta restricciones ambientales y de recursos. Por ello, utilizamos un modelo logístico que considera la capacidad máxima de carga del municipio (K).
dP/dt = rP(1 - P/K)Esta ecuación describe cómo la población crece rápidamente al principio y luego se estabiliza conforme se acerca al límite de capacidad de carga. Con este crecimiento proyectado, es posible calcular la demanda futura de agua.
La demanda de agua está directamente relacionada con la población y el consumo por persona. Conocer esta relación nos permite proyectar cuánto agua será necesaria en el futuro y cómo esto impactará en los recursos hídricos.
D(t) = P(t) × C
Al relacionar la población con el consumo, podemos calcular cuánta agua será necesaria a lo largo de los años. Esto permite anticipar el impacto en el acuífero y proponer medidas de control.
Ahora bien, visto de un modo sencillo el balance de un acuífero puede inferirse midiendo el nivel piezométrico de dicho acuífero que depende de la diferencia entre la recarga natural y la extracción de agua. Si la extracción supera a la recarga, el nivel piezométrico disminuirá, lo que puede desencadenar subsidencia del terreno.
dN/dt = R - E(t)
Esta ecuación permite evaluar cuánto tiempo tomaría alcanzar niveles críticos de abatimiento del acuífero si no se aplican restricciones de extracción o medidas de recarga artificial.
El hundimiento del terreno (subsidencia) está directamente relacionado con el descenso del nivel piezométrico. A medida que disminuye el soporte del agua en el subsuelo, los poros del suelo se compactan, causando hundimientos.
S(t) = α(N₀ - N(t))
Con las explicaciones anteriores es posible predecir el comportamiento del acuífero en Tula, Tamaulipas, considerando un horizonte de 10 años, donde la población, el consumo de agua y la extracción del acuífero influyen directamente en el nivel piezométrico y la subsidencia. Utilizando la ecuación de crecimiento logístico:
Esta ecuación considera que la población crece rápidamente al inicio, pero luego se estabiliza debido a la capacidad de carga , que representa el límite máximo sostenible de la población en el municipio.
Dado que habitantes, (1.2% anual), y habitantes, la población proyectada para dentro de 10 años se calcula con la solución de la ecuación logística:
utilizando la proyección para los 10 años, obtendríamos que P(10)≈29,045 habitantes, creciendo la población en aproximadamente un 5% para nuestros datos hipotéticos.
Con la información anterior es posible estimar la demanda de agua depende directamente de la población proyectada y del consumo per cápita, considerando un consumo per cápita de 150 litros/día, la demanda para 365 días y para 10 años, se estima sustituyendo los valores:
D(10)=29,045×0.15×365 ≈ 1,590,228 m3/año
La forma de interpretar el balance del nivel piezométrico, como se explico supra líneas:
⇒ ⇒ ⇒ 
Esta ecuación diferencial describe cómo cambia el nivel piezométrico 𝑁(𝑡) en función del tiempo, dependiendo de la diferencia entre la recarga natural 𝑅 y la extracción total del acuífero 𝐸(𝑡). Es decir si la Recarga es mayor que la extracción en el tiempo, el nivel piezométrico subirá, en cambio si la recarga es menor que la extracción en el tiempo el nivel piezométrico disminuirá, indicando sobreexplotación. Para resolver, integramos ambos lados de la ecuación diferencial:
La integral del lado izquierdo es directa, N(t)−N0; En cambio en el lado derecho, si asumimos que es aproximadamente constante (o crece de manera controlada), la integral se simplifica como:
Donde la es el promedio de la extracción total en el período . De esta manera llegamos a la solución general:
Suponemos para nuestro hipotético ejemplo, un nivel inicial del acuífero de 100 metros y una recarga inicial razonable pero simplificada de 5 metros cúbicos por año por persona que multiplica al total de personas en 10 años (27,572 habitantes),
Este resultado hipotético sugiere un descenso extremadamente pronunciado en el nivel piezométrico, lo que indica un caso de sobreexplotación insostenible del acuífero. Este escenario ficticio muestra cómo, sin control, el nivel piezométrico podría descender a niveles críticos, llevando al agotamiento del acuífero.
CONCLUSIONES
Para asegurar la sostenibilidad del acuífero y la integridad de la infraestructura, es fundamental establecer un sistema de monitoreo que combine mediciones piezométricas, tecnología InSAR y control geodésico, junto con una regulación efectiva de la extracción de agua basada en modelos predictivos. Estas medidas, acompañadas de programas de recarga artificial y una planificación territorial que considere las zonas de riesgo, son esenciales para mantener el equilibrio entre el desarrollo socioeconómico y la preservación de los recursos hídricos en la región.
El descenso abrupto del nivel piezométrico sugiere que, de mantenerse las condiciones actuales, el acuífero podría estar altamente comprometido.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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