Cómo la fiebre del oro cambió las mareas en la bahía de San Francisco

En la pasada entrada vimos lo complicado que puede ser el cálculo de las variables armónicas de las mareas en una región en particular sin unas buenas observaciones de datos. En esta ocasión vamos a ver las dificultades que puede haber para entender las variaciones de la marea en un puerto aún teniendo un buen registro de datos. La bahía de San Francisco tiene la serie de tiempo de nivel del mar más antigua de todo el Pacífico Americano, sin embargo hasta hace poco no se ha resuelto uno de esos pequeños misterios de la ciencia que la hace tan entretenida.

Los primeros datos del nivel del mar en San Francisco son de 1850, mucho antes de cualquier ciudad del pacífico americano a pesar de que la colonización fue anterior en otras regiones con puertos importantes, como Lima en Perú. Incluso conociendo la indiferencia hispana por la ciencia, no deja de sorprender que un pueblo tan marinero no tuviese interés en mediciones del nivel del mar en los puertos de su territorio.

Las mediciones de nivel del mar de San Francisco mostraban unas variaciones en dos constituyentes de las mareas anómalas respecto de otros puertos cercanos, en concreto en las variables K1 y M2 que está relacionadas con la influencia de la luna. (Aquí los diferentes constituyentes de la marea en San Francisco).

De arriba a abajo: Descarga del rio Sacramento-SanJoaquín en mtros cúbicos por segundo. Admitancia de la M2. Puede observarse la influencia de la descarga en la admitancia. La tendencia clara que se observa hasta los años 80 era una de las cosas del registro de nivel del mar sin explicación. De Rodriguez-Padilla & Ortiz, 2017

Entre las influencias por las que se puede producir estos cambios están las variaciones en los aportes de agua desde los ríos o cambios en la temperatura de agua de mar. En la siguiente animación, pueden ver cómo éstas dos variables puede afectar al nivel del mar.

Si medimos el nivel del mar justo debajo del famoso puente de San Francisco, vemos cómo la presencia de agua proveniente de la descarga de los ríos hace que suba el nivel del mar, ya que el agua dulce (o fresca) es más boyante que el agua de mar y flota sobre ésta. Por otra parte, el aumento de temperatura en el agua de mar hace que ésta disminuya su densidad “expandiéndose” y registrando un mayor nivel del mar. Aunque lo cierto es que en San Francisco la presencia de agua cálida suele estar relacionada con cambios en la circulación marina que, igualmente, producen una subida en el nivel del mar.

Si combinamos estos dos factores, podemos ver cómo un mar con temperaturas cálidas y alta descarga de los ríos producen los niveles de mar más elevados. Éstas, por ejemplo, son las condiciones típicas que produce el fenómeno de El Niño en esta región. Al contrario, los niveles de mar más bajos se producen durante eventos de La Niña, cuando el agua está más fría y generalmente existen condiciones de sequía. De hecho, en la siguiente gráfica puede verse muy claramente cómo el nivel del mar subió durante muchos de los eventos de El Niño.

Asteriscos rojos, años Niño (Nino3.4>1). Azul, nivel del mar medio en SF. Elaboración propia.

Sin embargo, por mucho que se especuló sobre cómo estas variaciones podrían estar detrás de las anomalías del registro de nivel del mar en San Francisco, nunca se pudo confirmar. En un reciente estudio, al Dr. Modesto Ortiz y a su estudiante de maestría en CICESE Isaac Rodríguez Padilla, se les ocurrió incluir una nueva variable; el sedimento. Revisando los mapas de batimetría de la bocana y el canal de entrada de la bahía observaron cómo había ido cambiando a lo largo del siglo XX. Para entender estos cambios necesitaron investigar la historia de la región y se encontraron con algunos hechos que sin duda influyeron en la disposición del sedimento.

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El 24 de enero de 1848, James Marshall dirigía la construcción de un molino de agua en Coloma, California, cuando encontró una pepita de oro. Por más que intentó guardarlo en secreto, le fue imposible. Al poco tiempo la noticia se había esparcido por todo el mundo y durante los siguientes años más de 300000 personas llegaron de diferentes partes del continente americano en busca de fortuna.

El molino de agua de J Marshall

Los primeros buscadores de oro utilizaban técnicas bastante básicas, pero la búsqueda se fue tecnificando y unos años más tarde ya utilizaban las mismas técnicas que utilizaron los romanos dos milenios antes, sólo que con material más sofisticado; desviaban cursos de agua para estrellarlos con gran presión sobre las laderas de las montañas o incluso el desvío del río entero.

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Las principales zonas de minería estaban en las laderas de Sierra Nevada (imagen izquierda) y la extracción de oro produjo una enorme erosión que incrementó enormemente el aporte de sedimentos en la bahía de San Francisco. En la parte del canal se formó una serie de olas de sedimentos que aumentaron la rugosidad del terreno y en consecuencia cambió la velocidad (técnicamente la admitancia) a la que los flujos de marea discurrían hacia dentro y hacia fuera de la bahía. En la animación de abajo pueden ver un resumen de cómo la actividad humana influyó en el sedimento de la bahía.

La misma fiebre del oro terminó produciendo un incremento poblacional que cada vez requería más recursos para mantenerse. El incremento de la población hizo necesaria la creación de embalses para surtir de agua a la recién instalada civilización. En 1933 el Proyecto de Agua del Valle Central (Central Valley Water Project), comenzó la construcción de embalses en los principales ríos que llegan a la bahía. Pero los embalses no sólo reducen la llegada de agua, sino también de sedimento. Así, la disminución de la erosión por el fin de la fiebre del oro hacia 1880 y el aumento de la retención de sedimentos por los embalses, hizo disminuir paulatinamente la rugosidad en el canal de la bahía de San Francisco.

Simultáneamente, el incremento del calado de los barcos que llegaban a puerto hizo necesario el dragado de canales para que los barcos no se quedaran encallados en el abanico fluvial que se forma de forma natural a la salida de la bahía. En 1922 se dragó hasta los 12 metros, en 1932 hasta los 14 metros, en el 1942 hasta los 15 metros y actualmente ronda los 17 metros.  En la imagen de la derecha pueden ver los mapas de batimetría de 1901, 1957 y 2013.

Cuando Modesto e Isaac introdujeron estos cambios en sus modelos numéricos, los resultados empezaron a parecerse mucho más a las observaciones. La historia de San Francisco había quedado escrita en el registro de nivel del mar de su puerto y fueron dos mexicanos quienes primero supieron leerlo.

De Rodriguez-Padilla & Ortiz, 2017

San Francisco en 1878. Ya una gran ciudad. Click para ver la imagen en grande.

Referencias
Rodríguez-Padilla & Ortiz, 2017 On the secular changes in the tidal constituents in San Francisco Bay. Journal of Geophysical Research

Fotos de wikipedia, daguerrotipos e ilustraciones de la Library of the Congres
https://en.wikipedia.org/wiki/California_Gold_Rush