Los científicos de Cambridge han utilizado modelos de laboratorio reducidos para mostrar cómo las dunas de arena se mueven a través de un paisaje, revelando las condiciones que determinan si atravesarán obstáculos en su camino, como tuberías o paredes, o se detendrán en seco.
El experimento del equipo, que presentaba obstáculos de diferentes tamaños y formas, muestra que los obstáculos grandes son los más efectivos para detener la migración de una duna, especialmente cuando tienen forma de cresta, como una pared, en lugar deliso y cilíndrico, como una tubería.
El modelo, publicado en Fluidos de revisión física , es el primero en describir las interacciones entre las dunas de arena y los obstáculos.
Al analizar cómo se desvían las corrientes en presencia de un obstáculo, también pudieron desarrollar una herramienta eficiente basada en datos que tiene como objetivo pronosticar cómo interactuará una duna con su entorno.
La investigación podría ayudar en el diseño de barreras más efectivas que puedan, por ejemplo, evitar que las dunas de arena invadan las tierras agrícolas. También podría usarse para proteger las dunas de arena y sus ecosistemas únicos de daños.
"Las dunas de arena en movimiento impactan a las personas y sus medios de vida directamente; en todo el mundo y en una variedad de entornos", dijo el autor principal Karol Bacik, quien realizó los experimentos como estudiante de doctorado en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de Cambridge DAMTP. "Al revelar la física detrás de las interacciones duna-obstáculo, este trabajo nos da los principios rectores que necesitamos para desviar o detener las dunas, mitigando los daños".
A medida que los desiertos continúan expandiéndose, las dunas de arena representan un riesgo cada vez mayor para el entorno construido: se tragan carreteras y casas enteras a medida que envuelven la tierra. De manera similar, las dunas en el lecho marino pueden bloquear las rutas de navegación e incluso comprometer la seguridad decables y tuberías submarinos.
Pero en ciertos lugares, en lugar de detener el movimiento de la duna de arena, puede ser preferible que una duna se mueva a través de un obstáculo lo más rápido posible. Tome las tuberías, por ejemplo, que pueden dañarse si se entierran bajo el peso de una estacionaria.duna durante demasiado tiempo.
El trabajo de Bacik muestra cómo se deben seleccionar obstáculos de diseño variable para que se ajusten al resultado deseado, "Si desea que la duna pase, haga que el obstáculo sea lo más suave y redondeado posible; si desea detenerlo, hágalo lo más afiladocomo sea posible ", dijo Bacik.
La investigación es parte de una serie de experimentos Nathalie Vriend, que trabaja conjuntamente en el BP Institute for Multiphase Flow de Cambridge, el Departamento de Ciencias de la Tierra y DAMTP, ha estado dirigiendo experimentos para comprender por qué las dunas de arena se mueven como lo hacen."La arena es fascinante: vierte un poco de tu mano y fluye como un líquido ... luego, cuando aterriza, forma un montón sólido", dijo. "Pero tíralo al aire y sopla como un gas. Esla capacidad de transformarse entre estados como este hace que sea un verdadero desafío modelar cómo se mueve la arena ".
El equipo hizo un tanque en forma de anillo para contener sus dunas de arena, que pueden viajar en circuitos, casi como un 'tiovivo'. Al sumergir las dunas en agua y perturbar el flujo con paletas, pudieronpara reconstruir cómo las dunas se mueven por las corrientes de agua. Luego colocan obstáculos de diferentes tamaños y formas en el camino de las dunas en movimiento para observar su efecto.
"Podemos ver evidencia de dunas de arena moviéndose justo frente a nosotros, pero lo fascinante es que su movimiento se debe al flujo oculto de corrientes de agua o patrones de viento", dijo Bacik, "No se pueden ver las colas rizadasde turbulencia hasta que utilice una técnica de visualización ... y solo entonces, una vez que haya realizado un análisis de fluidos, podrá comprender realmente por qué las dunas de arena se mueven como lo hacen ".
El objetivo final de los investigadores es modelar los movimientos de las dunas de arena en paisajes tridimensionales más complejos y realistas, además de explorar las dunas arrastradas por el viento que se encuentran en los desiertos. Idealmente, les gustaría poder señalar una ubicación enun mapa, ingresa información sobre el clima, las corrientes de aire o agua, y predice si una duna pasará por encima de un obstáculo específico. Aunque estas simulaciones numéricas serían más complejas, sus nuevos experimentos sirven como un punto de referencia de validación importante para la exploración continua.
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Materiales proporcionado por Universidad de Cambridge . El texto original de esta historia tiene licencia bajo a Licencia Creative Commons . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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