Un estudio de cuevas es un mapa de todo o parte de un sistema de cuevas , que puede producirse para cumplir con diferentes estándares de precisión según las condiciones de la cueva y el equipo disponible bajo tierra. La topografía y cartografía de cuevas , 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 en términos de 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 los límites 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 era el de una caverna artificial de toba llamada Stufe di Nerone (Horno de Nerón) en Pozzuoli , cerca de Nápoles , en Italia. La primera cueva natural cartografiada fue la Baumannshöhle en Alemania , de la que se conserva un boceto de 1656. [1]
Otro estudio temprano data de antes de 1680 y fue realizado por John Aubrey de Long Hole en Cheddar Gorge . Consta de un tramo en alzado de la cueva. En los años siguientes se realizaron muchos otros estudios de cuevas, aunque la mayoría son bocetos y su precisión es limitada. La primera cueva que probablemente haya sido inspeccionada con precisión con instrumentos es la Grotte de Miremont en Francia . Este fue inspeccionado por un ingeniero civil en 1765 e incluye numerosas secciones transversales. Édouard-Alfred Martel fue la primera persona en describir las técnicas topográficas. Sus encuestas se realizaron haciendo que un asistente caminara por el pasillo hasta que casi se perdieron de vista. Luego, Martel tomaría una brújula hacia la luz del asistente y mediría la distancia acercándose al asistente. Esto equivaldría a una encuesta de Grado 2 del BCRA actual.
La primera cueva cuya línea 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 computadora central de gran tamaño de la universidad y se produjo un trazado en papel. [2]
Hay muchas variaciones en la metodología topográfica , pero la mayoría se basa en un conjunto similar de pasos que no han cambiado fundamentalmente en 250 años, aunque los instrumentos (brújula y cinta) se han vuelto más pequeños y precisos. Desde finales de la década de 1990, los instrumentos digitales como los distómetros han comenzado a cambiar el proceso, lo que llevó a la aparición de levantamientos totalmente sin papel alrededor de 2007. La principal variación de la metodología normal que se detalla a continuación han sido dispositivos como los topógrafos LIDAR y SONAR que producen un punto. nube en lugar de una serie de estaciones conectadas. La topografía basada en vídeo también existe en forma de prototipo.
Un equipo de investigación comienza en un punto fijo (como la entrada de la cueva) y mide una serie de mediciones consecutivas de la línea de visión entre estaciones. Las estaciones son ubicaciones fijas temporales elegidas principalmente por su facilidad de acceso y visión clara a lo largo del pasaje de la cueva. En algunos casos, las estaciones topográficas pueden estar marcadas permanentemente para crear un punto de referencia fijo al cual regresar en una fecha posterior.
Las medidas tomadas entre las estaciones incluyen:
Coincidiendo con el registro de datos en línea recta, se registran detalles de las dimensiones del pasaje, la forma, los cambios graduales o repentinos en la elevación, la presencia o ausencia de agua estancada o corriente, la ubicación de elementos notables y el material en el piso, a menudo por medio de un croquis.
Posteriormente, el cartógrafo analiza los datos registrados, convirtiéndolos en medidas bidimensionales mediante cálculos geométricos . A partir de ellos crea un diagrama lineal ; una representación geométrica a escala del camino a través de la cueva.
Luego, el cartógrafo dibuja detalles alrededor del trazado lineal, utilizando los datos adicionales de las dimensiones del pasaje, el flujo de agua y la topografía del piso/pared registrados en ese momento, para producir un estudio completo de la cueva. Los estudios de cuevas dibujados en papel a menudo se presentan en planos y/o vistas de 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. [ ¿OMS? ]
La hidronivelación es una alternativa a la medición de profundidad con clinómetro y cinta que tiene una larga historia de uso en Rusia. [3] La técnica se utiliza habitualmente en la construcción de edificios para encontrar dos puntos con la misma altura, como para nivelar un suelo. En el caso más sencillo, se utiliza un tubo con ambos extremos abiertos, sujeto a un listón de madera, y se llena el tubo con 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 consideraba el medio más preciso para medir la profundidad a pesar de las dificultades que suponía utilizar el engorroso equipo de la época. El interés por este método ha resurgido tras el descubrimiento de Voronja en el macizo de Arábica en el Cáucaso , actualmente la segunda cueva más profunda del mundo.
El dispositivo de hidronivel utilizado en las recientes expediciones a Voronja consta de un tubo transparente de 50 metros (160 pies) lleno de agua, que se enrolla o se coloca en un carrete. En un extremo del tubo se coloca un guante de goma que actúa como depósito y en el otro una caja metálica con una ventana transparente. En la caja se encuentra sumergido un reloj de pulsera digital de buceo con función de profundímetro. Si se coloca el guante de goma en una estación y la caja con el profundímetro en una inferior, entonces la presión hidrostática entre los dos puntos depende sólo de la diferencia de alturas y de la densidad del agua, es decir, del recorrido del El tubo no afecta la presión en la caja. La lectura del medidor de profundidad proporciona el cambio de profundidad aparente entre la estación superior e inferior. Los cambios de profundidad son "aparentes" porque los medidores de profundidad están calibrados para agua de mar y el hidronivel se llena con agua dulce. Por lo tanto, se debe determinar un coeficiente para convertir los cambios de profundidad aparentes en cambios de profundidad reales. La suma de las lecturas de pares consecutivos de estaciones da 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 encuestas común es el creado por la Asociación Británica de Investigación de Cuevas en la década de 1960, que utiliza una escala de seis calificaciones. [4]
El equipo utilizado para realizar un estudio de 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 subterráneas prácticas.
A pesar de estos avances, instrumentos defectuosos, mediciones imprecisas, errores de registro u otros factores aún pueden dar como resultado una encuesta inexacta, y estos errores a menudo son difíciles de detectar. Algunos topógrafos de cuevas miden cada estación dos veces, registrando una visión trasera de la estación anterior en la dirección opuesta. Una lectura de la brújula de referencia que es diferente 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 examina un circuito dentro de una cueva hasta su punto inicial, el gráfico lineal resultante también debe formar un circuito cerrado. Cualquier espacio entre la primera y la última estación se denomina error de cierre de bucle . Si no es evidente ningún error, se puede suponer que el error de cierre del circuito se debe a imprecisiones acumulativas, y el software de estudio de cuevas puede "cerrar el circuito" promediando los posibles errores en todas las estaciones del circuito. También se pueden realizar bucles para probar la precisión del estudio examinando la superficie entre múltiples entradas a la misma cueva.
El uso de una radio caverna de baja frecuencia también puede verificar la precisión del estudio. Una unidad receptora en la superficie puede determinar con precisión la profundidad y ubicación de un transmisor en el pasaje de una cueva midiendo la geometría de sus ondas de radio. Un estudio sobre la superficie desde el receptor hasta la entrada de la cueva forma con el estudio subterráneo un bucle artificial, cuyo error de cierre del bucle puede determinarse.
En el pasado, los espeleólogos se mostraban reacios a volver a dibujar mapas de cuevas complejos después de detectar errores en el estudio. Hoy en día, la cartografía por computadora puede volver a dibujar automáticamente mapas de cuevas después de que se hayan corregido los datos.
Hay una gran cantidad de paquetes topográficos disponibles en varias plataformas informáticas, la mayoría de los cuales han sido desarrollados por espeleólogos con experiencia en programación informática. Muchos de los paquetes funcionan particularmente bien para tareas específicas y, como tal, muchos topógrafos de cuevas no elegirán únicamente un producto sobre 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 Club de Espeleología de la Universidad de Cambridge para procesar datos de estudio de las expediciones del club a Austria. Se lanzó 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 otros programas como AutoCAD , Adobe Illustrator e Inkscape . Otros programas como 'Tunnel' y Therion tienen capacidades completas de edición de mapas y líneas centrales. En particular, Therion, cuando cierra los bucles topográficos, deforma los pasajes para que se ajusten a su longitud, lo que significa que no es necesario volver a dibujar pasajes enteros. A diferencia de las capacidades de deformación 2D de Therion, CaveWhere deforma pasajes en 3D. Esto incluye planos de alabeo 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 estudios de cuevas. [5]
Las unidades LiDAR terrestres están aumentando significativamente en precisión y disminuyendo en precio. [ cita necesaria ] Se han "escaneado" varias cuevas utilizando unidades LiDAR de "tiempo de vuelo" y "cambio de fase". Las diferencias están en las precisiones relativas disponibles para cada uno. 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 sudeste de Oregón. [ cita necesaria ] Ambos fueron escaneados con un escáner de cambio de fase FARO Focus con una precisión de +/- 2 mm. Las Cuevas de Oregón se escanearon 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 tanto el Servicio de Parques de EE. UU. como i-TEN Associates en Portland, Oregon, conservan copias. [ cita necesaria ]
En los últimos años se ha utilizado en la industria minera una tecnología de posicionamiento geográfico subterráneo llamada HORTA . La tecnología del sistema de navegación inercial utiliza un giroscopio y un acelerómetro para ayudar en la determinación de la posición en 3D . [6]
Estos métodos automatizados han multiplicado por más de cincuenta la productividad de los levantamientos subterráneos, con mapas más precisos y detallados también. [6]