Un estudio de cuevas es un mapa de todo o parte de un sistema de cuevas , que puede realizarse para cumplir con diferentes estándares de precisión según las condiciones de la cueva y el equipo disponible bajo tierra. El estudio de cuevas y la cartografía , es decir, la creación de un mapa preciso y detallado, es una de las actividades técnicas más comunes que se realizan dentro de una cueva y es una parte fundamental de la espeleología . Los estudios se pueden utilizar para comparar cuevas entre sí por longitud, profundidad y volumen, pueden revelar pistas sobre la espeleogénesis , proporcionar una referencia espacial para otras áreas de estudio científico y ayudar a los visitantes a encontrar rutas.
Tradicionalmente, los estudios de cuevas se producen en forma bidimensional debido a las limitaciones de la impresión, pero dado el entorno tridimensional dentro de una cueva, se utilizan cada vez más técnicas modernas que utilizan diseño asistido por computadora para permitir una representación más realista de un sistema de cuevas.
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El primer plano conocido de una cueva data de 1546 y corresponde a una caverna artificial en toba llamada Stufe di Nerone (Horno de Nerón) en Pozzuoli, cerca de Nápoles , en Italia. La primera cueva natural que se cartografió fue la Baumannshöhle en Alemania , de la que sobrevive un boceto de 1656. [1]
Otro estudio temprano data de antes de 1680 y fue realizado por John Aubrey en Long Hole en Cheddar Gorge . Consiste en una sección de elevación de la cueva. Numerosos estudios de cuevas más se realizaron en los años siguientes, aunque la mayoría son bocetos y tienen una precisión limitada. La primera cueva que es probable que haya sido inspeccionada con precisión con instrumentos es la Grotte de Miremont en Francia . Esta fue inspeccionada por un ingeniero civil en 1765 e incluye numerosas secciones transversales. Édouard-Alfred Martel fue la primera persona en describir técnicas de inspección. Sus inspecciones se hacían con un asistente que caminaba por el pasaje hasta que casi se perdían de vista. Luego, Martel tomaba una brújula que apuntaba a la luz del asistente y medía la distancia acercándose al asistente. Esto equivaldría a una inspección de grado 2 de la BCRA de la actualidad.
La primera cueva cuyo eje central se calculó mediante una computadora fue la cueva del río Fergus en Irlanda , que fue trazada por miembros de la UBSS en 1964. El software se programó en una gran computadora central universitaria y se produjo un gráfico en papel. [2]
Existen muchas variaciones en la metodología de topografía , pero la mayoría se basan en un conjunto similar de pasos que no han cambiado fundamentalmente en 250 años, aunque los instrumentos (brújula y cinta métrica) se han vuelto más pequeños y más precisos. Desde finales de la década de 1990, los instrumentos digitales como los distómetros han comenzado a cambiar el proceso, lo que llevó al advenimiento de la topografía completamente sin papel alrededor de 2007. La principal variación de la metodología normal que se detalla a continuación han sido los dispositivos como los topógrafos LIDAR y SONAR que producen una nube de puntos en lugar de una serie de estaciones vinculadas. La topografía basada en video también existe en forma de prototipo.
Un equipo de estudio comienza en un punto fijo (como la entrada de la cueva) y realiza una serie de mediciones consecutivas de línea de visión entre estaciones. Las estaciones son lugares fijos temporales elegidos principalmente por su fácil acceso y una vista clara a lo largo del pasaje de la cueva. En algunos casos, las estaciones de estudio pueden estar marcadas de forma permanente para crear un punto de referencia fijo al que regresar en una fecha posterior.
Las mediciones tomadas entre las estaciones incluyen:
Junto con el registro de datos en línea recta, se registran detalles de las dimensiones del paso, la forma, los cambios graduales o repentinos en la elevación, la presencia o ausencia de agua quieta o corriente, la ubicación de características notables y el material en el suelo, a menudo por medio de un mapa esquemático.
Posteriormente, el cartógrafo analiza los datos registrados y los convierte en medidas bidimensionales mediante cálculos geométricos . A partir de ellos crea un diagrama de líneas , una representación geométrica a escala del recorrido a través de la cueva.
El cartógrafo dibuja entonces detalles alrededor del plano de líneas, utilizando los datos adicionales de las dimensiones del pasaje, el flujo de agua y la topografía del suelo y las paredes registrados en ese momento, para producir un estudio de cuevas completo. Los estudios de cuevas dibujados en papel se presentan a menudo en vistas de planta y/o perfil bidimensionales , mientras que los estudios por computadora pueden simular tres dimensiones. Aunque están diseñados principalmente para ser funcionales, algunos espeleólogos consideran los estudios de cuevas como una forma de arte. [ ¿Quién? ]
La hidronivelación es una alternativa a la medición de profundidad con clinómetro y cinta métrica que se utiliza desde hace mucho tiempo en Rusia. [3] La técnica se utiliza habitualmente en la construcción de edificios para encontrar dos puntos con la misma altura, como en la nivelación de un suelo. En el caso más sencillo, se utiliza un tubo con ambos extremos abiertos, unido a una tira de madera, y el tubo se llena de agua y se marca la profundidad en cada extremo. En Rusia, la medición de la profundidad de las cuevas mediante hidronivelación comenzó en la década de 1970 y se consideró que era el método más preciso de medición de la profundidad a pesar de las dificultades para utilizar el engorroso equipo de la época. El interés por el método ha revivido tras el descubrimiento de Voronja en el Macizo Arábica en el Cáucaso , actualmente la segunda cueva más profunda del mundo.
El dispositivo de nivel hidrostático utilizado en expediciones recientes a Voronja consiste en un tubo transparente de 50 metros (160 pies) lleno de agua, que se enrolla o se coloca en un carrete. Un guante de goma que actúa como depósito se coloca en un extremo del tubo y una caja de metal con una ventana transparente se coloca en el otro. Un reloj de pulsera digital de buceo con función de medidor de profundidad se sumerge en la caja. Si el guante de goma se coloca en una estación y la caja con el medidor de profundidad se coloca en una más baja, entonces la presión hidrostática entre los dos puntos depende solo de la diferencia de alturas y la densidad del agua, es decir, la ruta del tubo no afecta la presión en la caja. La lectura del medidor de profundidad proporciona el cambio de profundidad aparente entre la estación más alta y la más baja. Los cambios de profundidad son "aparentes" porque los medidores de profundidad están calibrados para agua de mar y el nivel hidrostático está lleno de agua dulce. Por lo tanto, se debe determinar un coeficiente para convertir los cambios de profundidad aparente en cambios de profundidad reales. La suma de las lecturas de pares consecutivos de estaciones proporciona la profundidad total de la cueva. [3]
La precisión, o grado , de un estudio de cuevas depende de la metodología de medición. Un sistema de calificación de estudios común es el creado por la Asociación Británica de Investigación de Cuevas en la década de 1960, que utiliza una escala de seis grados. [4]
El equipo utilizado para realizar prospecciones en cuevas continúa mejorando. Se ha propuesto el uso de computadoras, sistemas de inercia y telémetros electrónicos, pero hasta el momento se han desarrollado pocas aplicaciones prácticas subterráneas.
A pesar de estos avances, los instrumentos defectuosos, las mediciones imprecisas, los errores de registro u otros factores pueden dar como resultado un estudio inexacto, y estos errores suelen ser difíciles de detectar. Algunos topógrafos de cuevas miden cada estación dos veces, registrando una referencia a la estación anterior en la dirección opuesta. Una lectura de brújula con referencia a la estación anterior que difiere en 180 grados y una lectura del clinómetro que es el mismo valor pero con la dirección inversa (positiva en lugar de negativa, por ejemplo) indica que la medición original fue precisa.
Cuando se traza un circuito dentro de una cueva hasta su punto de partida, el gráfico de líneas resultante también debe formar un circuito cerrado. Cualquier espacio entre la primera y la última estación se denomina error de cierre de circuito . Si no se observa ningún error, se puede suponer que el error de cierre de circuito se debe a imprecisiones acumuladas, y el software de topografía de cuevas puede "cerrar el circuito" promediando los posibles errores en todas las estaciones del circuito. También se pueden realizar circuitos para comprobar la precisión del estudio mediante el estudio de la superficie entre varias entradas a la misma cueva.
El uso de una radio de baja frecuencia para cuevas también permite verificar la precisión de la prospección. Una unidad receptora en la superficie puede determinar la profundidad y la ubicación de un transmisor en un pasaje de la cueva midiendo la geometría de sus ondas de radio. Una prospección en la superficie desde el receptor hasta la entrada de la cueva forma un bucle artificial con la prospección subterránea, cuyo error de cierre de bucle puede determinarse.
En el pasado, los espeleólogos se mostraban reacios a volver a dibujar mapas complejos de cuevas tras detectar errores en los estudios. Hoy en día, la cartografía informática puede volver a dibujar automáticamente los mapas de cuevas una vez corregidos los datos.
Existe una gran cantidad de paquetes de topografía disponibles en varias plataformas informáticas, la mayoría de los cuales han sido desarrollados por espeleólogos con conocimientos de programación informática. Muchos de los paquetes funcionan especialmente bien para tareas específicas, por lo que muchos topógrafos de cuevas no elegirán únicamente un producto en lugar de otro para todas las tareas cartográficas.
Un programa popular para producir un estudio de línea central es Survex , que fue desarrollado originalmente por miembros del Cambridge University Caving Club para procesar datos de estudio de expediciones del club a Austria. Fue lanzado al público en 1992. Los datos de la línea central se pueden exportar en varios formatos y los detalles de la cueva se pueden dibujar con varios otros programas como AutoCAD , Adobe Illustrator e Inkscape . Otros programas como 'Tunnel' y Therion tienen capacidades completas de edición de línea central y mapa. Therion en particular, cuando cierra bucles de estudio, deforma los pasajes para que se ajusten a su longitud, lo que significa que no es necesario volver a dibujar pasajes completos. A diferencia de las capacidades de deformación 2D de Therion, CaveWhere deforma los pasajes en 3D. Esto incluye el deformación de planos y bocetos de perfil. CaveWhere también admite el cierre de bucles (usando Survex) y proporciona una interfaz fácil de usar para ingresar y visualizar datos de estudio de cuevas. [5]
Las unidades LiDAR terrestres están aumentando significativamente en precisión y disminuyendo en precio. [ cita requerida ] Varias cuevas han sido "escaneadas" utilizando unidades LiDAR de "tiempo de vuelo" y "cambio de fase". Las diferencias están en las precisiones relativas disponibles para cada una. El Parque Nacional de las Cuevas de Oregón, fue escaneado con LiDAR en agosto de 2011, al igual que el sitio de excavación arqueológica de las Cuevas de Paisley en el sureste de Oregón. [ cita requerida ] Ambos fueron escaneados con un escáner de cambio de fase FARO Focus con una precisión de +/-2 mm. Las Cuevas de Oregón fueron escaneadas desde la entrada pública principal hasta la salida 110 y se inspeccionaron en bucle hasta el punto de inicio. Los datos aún no están disponibles para uso público, pero el Servicio de Parques de EE. UU. y i-TEN Associates en Portland, Oregón, conservan copias. [ cita requerida ]
En los últimos años, en la industria minera se ha utilizado una tecnología de posicionamiento geográfico subterráneo denominada HORTA . La tecnología del sistema de navegación inercial utiliza un giroscopio y un acelerómetro para ayudar a determinar la posición en 3D . [6]
Estos métodos automatizados han permitido aumentar más de cincuenta veces la productividad de las prospecciones subterráneas, además de ofrecer mapas más precisos y con mayor detalle. [6]