Las dunas de arena pueden 'comunicarse' entre sí

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dunas de aran en el Parque Nacional de Doñana

Las dunas de arena generalmente aparecen en grandes grupos

Aunque son objetos inanimados, las dunas de arena pueden 'comunicarse' entre sí. Un equipo de la Universidad de Cambridge descubrió que a medida que avanzan río abajo, las dunas de arena interactúan y repelen a sus vecinas.

Utilizando una 'pista de carreras' experimental de dunas, los investigadores observaron que dos dunas idénticas comienzan muy juntas, pero con el tiempo se van separando cada vez más. Esta interacción está controlada por remolinos turbulentos de la duna aguas arriba, que empujan la duna aguas abajo.

Los resultados, publicados en la revista Physical Review Letters, son clave para el estudio de la migración de dunas a largo plazo, que amenazan los canales de transporte marítimo, aumentan la desertificación y pueden enterrar infraestructuras como carreteras.

Cuando un montón de arena se expone al viento o al flujo de agua, forma una duna y comienza a moverse río abajo con el flujo. Las dunas de arena, ya sea en los desiertos, en el fondo de los ríos o en los fondos marinos, rara vez ocurren de forma aislada y, en su lugar, generalmente aparecen en grandes grupos, formando llamativos patrones conocidos como campos de dunas o corredores.

Es bien sabido que las dunas de arena activas migran. En términos generales, la velocidad de una duna es inversa a su tamaño: las dunas más pequeñas se mueven más rápido y las dunas más grandes se mueven más lentamente. Lo que no se ha entendido es si interactúan entre sí las dunas dentro de un campo.

Vídeo: Usando cámaras de alta velocidad, los investigadores pueden rastrear los movimientos de las dunas de arena en un experimento de canal circular.

"Existen diferentes teorías sobre la interacción de las dunas: una es que las dunas de diferentes tamaños colisionarán y seguirán colisionando, hasta que formen una duna gigante, aunque este fenómeno aún no se ha observado en la naturaleza", dijo Karol Bacik, Ph.D. candidato en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge, y primer autor del artículo.

"Otra teoría es que las dunas podrían chocar e intercambiar masa, algo así como bolas de billar rebotando entre sí, hasta que tengan el mismo tamaño y se muevan a la misma velocidad, pero necesitamos validar estas teorías experimentalmente".

Ahora, Bacik y sus colegas de Cambridge han mostrado resultados que cuestionan estas explicaciones. "Hemos descubierto física que nunca antes había sido parte del modelo", dijo la Dra. Nathalie Vriend, quien dirigió la investigación.

movimiento de una duna de arena

La mayor parte del trabajo en modelar el comportamiento de las dunas de arena se realiza numéricamente, pero Vriend y los miembros de su laboratorio diseñaron y construyeron una instalación experimental única que les permite observar su comportamiento a largo plazo. Los canales llenos de agua son herramientas comunes para estudiar el movimiento de las dunas de arena en un entorno de laboratorio, pero las dunas solo se pueden observar hasta que llegan al final del tanque. En cambio, los investigadores de Cambridge han construido un canal circular para que las dunas se puedan observar durante horas mientras el canal gira, mientras que las cámaras de alta velocidad les permiten rastrear el flujo de partículas individuales en las dunas.

Bacik no tenía la intención original de estudiar la interacción entre dos dunas: "Originalmente, puse varias dunas en el tanque solo para acelerar la recopilación de datos, pero no esperábamos ver cómo comenzaron a interactuar entre sí", dijo.

Vídeo: El canal circular permite a los investigadores estudiar los movimientos a largo plazo de las dunas de arena.

Las dos dunas comenzaron con el mismo volumen y en la misma forma. Cuando el flujo comenzó a moverse a través de las dos dunas, comenzaron a moverse. "Como sabemos que la velocidad de una duna está relacionada con su altura, esperábamos que las dos dunas se movieran a la misma velocidad", dijo Vriend, quien trabaja en el Instituto BP para Flujo Multifásico. "Sin embargo, esto no es lo que observamos".

Inicialmente, la duna delantera se movió más rápido que la duna trasera, pero a medida que continuó el experimento, la duna delantera comenzó a disminuir, hasta que las dos dunas se movieron casi a la misma velocidad.

De manera crucial, se observó que el patrón de flujo a través de las dos dunas era diferente: el flujo es desviado por la duna frontal, generando 'remolinos' en la duna trasera y alejándola. "La duna delantera genera el patrón de turbulencia que vemos en la duna trasera", dijo Vriend. "La estructura de flujo detrás de la duna delantera es como una estela detrás de un bote y afecta las propiedades de la próxima duna".

A medida que el experimento continuó, las dunas se separaron cada vez más, hasta que formaron un equilibrio en los lados opuestos del canal circular, quedando separadas 180 grados.

El siguiente paso para la investigación es encontrar evidencia cuantitativa de migración de dunas a gran escala y compleja en desiertos, utilizando observaciones e imágenes satelitales. Al rastrear grupos de dunas durante largos períodos, podemos observar son efectivas o no si las medidas para desviar la migración de las dunas.

Artículo científico: Wake induced long range repulsion of aqueous dunes

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