Beach and Coastal Structure Impacts of Infragravity Waves During the Late December 2023 Swells in Southern California

El océano rara vez está quieto, incluso cuando la superficie parece tranquila. Aunque la mayoría de la gente piensa en las olas como los rodillos rítmicos impulsados por el viento que rompen en la playa, el mar también contiene un movimiento oculto y más lento que se desplaza bajo la superficie. Los científicos llaman a estas ondas largas y rodantes "ondas infragravitatorias". A diferencia de las familiares olas del viento que rompen cada pocos segundos, estas olas más lentas pueden tardar desde unos pocos minutos hasta media hora en pasar por un solo punto. A menudo son invisibles al ojo humano porque no parecen agua rompiendo; en su lugar, actúan como un suelo que sube y baja lentamente, elevando toda la superficie del océano. Cuando una tormenta masiva envía un fuerte oleaje hacia la costa, estas olas lentas pueden quedar atrapadas en bahías y puertos, acumulando energía como el agua en una bañera que es sacudida. Esta energía puede elevar repentinamente el nivel del agua mucho más de lo esperado, permitiendo que las olas del viento, más rápidas y rompientes, viajen sobre este suelo elevado y lleguen mucho tierra adentro, causando inundaciones y erosión que los pronósticos estándar podrían pasar por alto.

A finales de diciembre de 2023, una poderosa tormenta en el Pacífico Norte envió un oleaje masivo hacia el sur de California, creando un caso de prueba perfecto para comprender cómo se comportan estas olas ocultas. Un equipo de investigadores, que incluía a científicos del Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU. y de la Universidad del Sur de California, se propuso investigar por qué esta tormenta específica causó un daño tan dramático e inesperado a lo largo del canal de Santa Bárbara. Querían saber si las olas lentas de largo periodo eran responsables de convertir una gran tormenta en un desastre localizado. Al combinar datos de boyas en alta mar, mareógrafos, metraje de video y simulaciones computacionales detalladas, el equipo reconstruyó la historia de cómo la energía del océano profundo viajó hacia el puerto, amplificada por la forma de la costa, y resultó en una ola errática y repentina que inundó una calle y remodeló la playa.

La tormenta, que azotó del 28 al 31 de diciembre de 2023, fue parte de un patrón meteorológico más amplio asociado con las condiciones de El Niño. Si bien las olas eran grandes, no fueron las más grandes jamás registradas en el océano abierto frente a la costa de California. Sin embargo, una vez que el oleaje alcanzó la compleja geografía del canal de Santa Bárbara, la situación cambió. El canal es una cuenca larga y curva protegida por islas y puntos de tierra, lo que hace que las olas se doblen, se reflejen y se enfoquen en áreas específicas. Los investigadores descubrieron que, si bien las olas del océano abierto eran significativas, el verdadero peligro provino de lo que sucedió después. A medida que las olas de la tormenta entraban en el canal, generaron un fuerte pulso de energía infragravitatoria. Esta energía no llegó como una sola ola, sino como una oscilación rítmica y sostenida del nivel del agua que duró horas.

La evidencia más sorprendente de este fenómeno ocurrió en la ciudad de Ventura en la mañana del 28 de diciembre. Alrededor de las 10:50 AM, justo cuando la marea estaba alta, una enorme "ola de intrusión" (sneaker wave) surgió repentinamente sobre la playa y un muro de contención de concreto bajo. No fue una ola típica rompiendo; fue un avance de agua repentino y poderoso que inundó un estacionamiento cercano y una calle, alcanzando profundidades de aproximadamente un metro sobre la superficie de la carretera. Videos de testigos presenciales y encuestas posteriores a la tormenta mostraron que el agua salpicó hasta una altura de 5.5 metros sobre el nivel normal del agua. Los investigadores señalaron que este evento fue altamente localizado; aunque toda la costa fue azotada, este punto específico fue golpeado con una fuerza que parecía desproporcionada respecto a la altura de la ola en mar abierto. La cronología de este evento coincidió con un periodo de intensa energía de baja frecuencia en el puerto, lo que sugiere que las olas lentas habían acumulado suficiente impulso para elevar el nivel del agua, permitiendo que las olas de la tormenta viajaran sobre el muro de contención con efectos devastadores.

Para entender cómo sucedió esto, el equipo analizó los datos de los mareógrafos tanto en los puertos de Santa Bárbara como de Ventura. Utilizaron un método que descompone el movimiento del agua en diferentes velocidades, revelando que los puertos estaban vibrando con ritmos naturales específicos. Es similar a cómo una nota específica puede hacer que un vaso se rompa, pero en este caso, el océano estaba resonando con las ondas lentas y largas. El análisis mostró que los puertos estaban amplificando ondas con periodos entre 16 y 21 minutos. Cuando la energía de la tormenta coincidió con estos ritmos naturales, el nivel del agua en el puerto comenzó a oscilar con una intensidad creciente. En Ventura, esta amplificación creó un "punto caliente" donde el agua era empujada constantemente más arriba y más arriba, preparando el escenario para la ola de intrusión.

El daño físico en el terreno confirmó el poder de estas interacciones. Después de la tormenta, los investigadores inspeccionaron la costa y encontraron que la playa había retrocedido unos 25 metros en algunas áreas, con un acantilado de arena empinado de dos metros de altura tallado en las dunas. Esta erosión no fue causada solo por las olas del viento rompiendo; fue impulsada por los niveles de agua altos y sostenidos causados por las ondas infragravitatorias, que mantuvieron el agua contra las dunas durante períodos más largos, lavando la arena que de otro modo habría estado a salvo. El daño se extendió también a las estructuras del puerto. El rompeolas exterior, un muro de rocas grandes diseñado para proteger el puerto, sufrió daños significos. Grandes piedras fueron desplazadas y la pendiente de la estructura se volvió peligrosamente empinada. Los investigadores observaron que, si bien las ondas infragravitatorias por sí mismas no destrozaron las rocas, elevaron el nivel del agua lo suficiente como para permitir que las olas de la tormenta, más pequeñas y rápidas, golpearan partes del muro que suelen estar seguras, desgastándolas con el tiempo.

Utilizando un modelo computacional sofisticado, el equipo simuló la tormenta para ver cómo interactuaban las olas con la forma del puerto. Probaron olas de diferentes longitudes para ver cuáles causarían más problemas. El modelo confirmó que el canal de Santa Bárbara tiene modos de resonancia específicos, o frecuencias naturales, que pueden atrapar y amplificar las ondas largas. Cuando simularon las condiciones reales del 28 de diciembre, el modelo mostró que las olas con un periodo de aproximadamente 120 segundos estaban concentrando la energía justo en la ubicación de la ola de intrusión. Esta simulación sugirió que la ola de intrusión fue el resultado de una "tormenta perfecta" de condiciones: una marea alta, un fuerte oleaje de tormenta y un ritmo específico de onda larga amplificada que enfocó la energía en ese tramo particular de la costa.

El estudio también destacó que no todas las partes de la costa reaccionan de la misma manera. Mientras que el canal de Santa Bárbara experimentó condiciones récord, áreas cercanas como la bahía de Santa Mónica se libraron en gran medida de lo peor debido a que la forma de la costa y la dirección de las olas las protegieron. Este hallazgo es crucial para la seguridad costera. Sugiere que los eventos de olas extremas no son uniformes; una tormenta que es peligrosa en un puerto puede ser inofensiva en otro situado a pocos kilómetros de distancia. Los investigadores enfatizaron que confiar únicamente en la altura de las olas en el océano abierto no es suficiente para predecir los peligros costeros. Las ondas lentas y de largo periodo pueden transformar una tormenta manejable en un desastre local al elevar el nivel del agua y permitir que las olas lleguen más tierra adentro de lo que cualquiera esperaría.

En última instancia, esta investigación proporciona una imagen más clara de cómo las comunidades costeras pueden ser vulnerables a fuerzas que no siempre pueden ver. Las ondas infragravitatorias actuaron como un amplificador oculto, convirtiendo un fuerte oleaje en una inundación y un evento de erosión localizada. Al identificar los ritmos específicos que causan la resonancia de los puertos, los científicos pueden predecir mejor cuándo y dónde podrían ocurrir estas peligrosas condiciones. El trabajo no pretende haber resuelto el problema de la erosión costera, pero ofrece una pieza vital del rompecabezas: comprender que los ritmos lentos y profundos del océano pueden ser tan destructivos como las visibles y rompientes olas. Para los residentes de Ventura y otros pueblos costeros, esto significa que los planes de seguridad futuros deben tener en cuenta estas ondas de largo periodo, asegurando que los muros de contención y las playas estén diseñados para resistir no solo la altura de la tormenta, sino el suelo ascendente y oculto del océano debajo de ella.