{"id":427856,"date":"2022-03-23T18:14:11","date_gmt":"2022-03-23T21:14:11","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=427856"},"modified":"2022-03-25T13:53:22","modified_gmt":"2022-03-25T16:53:22","slug":"el-desplazamiento-de-los-barjanes","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-desplazamiento-de-los-barjanes\/","title":{"rendered":"El desplazamiento de los barjanes"},"content":{"rendered":"

M\u00e1s all\u00e1 de su belleza, los campos de dunas cautivan a los cient\u00edficos por su comportamiento, que constituye un desaf\u00edo a la intuici\u00f3n. Por ejemplo, un viento que sopla intensamente durante un largo per\u00edodo puede hacer que los m\u00e9danos ganen altura en lugar de erosionarlos y disminuir su tama\u00f1o, tal como se podr\u00eda imaginar. Para conocer mejor c\u00f3mo estos sinuosos mont\u00edculos de arena se trasladan e interact\u00faan unos con otros, el ingeniero mec\u00e1nico Erick Franklin, de la Universidad de Campinas (Unicamp), concibi\u00f3 un peque\u00f1o dispositivo de laboratorio que procura reproducir la din\u00e1mica natural de algunos tipos de dunas y determinar las propiedades de su desplazamiento y su evoluci\u00f3n.<\/p>\n

Este sistema artificial consta de un canal de acr\u00edlico de 5 metros de largo por 16 cent\u00edmetros (cm) de ancho y 5 cm de altura. En su interior, los investigadores suelen depositar dos mont\u00edculos de gr\u00e1nulos esf\u00e9ricos de vidrio o cer\u00e1mica, con un formato y un peso espec\u00edficos. Cada duna en miniatura posee unas 100.000 part\u00edculas de un mismo color, diferente al tono del mont\u00edculo vecino. Esta diferenciaci\u00f3n facilita el rastreo del movimiento de los gr\u00e1nulos. Mediante el uso de c\u00e1maras de video de alta resoluci\u00f3n, Franklin y sus colaboradores registran el desplazamiento de las esferas, arrastradas por una corriente de agua a velocidad regulable, y luego lo analizan en c\u00e1mara lenta con la ayuda de programas de computaci\u00f3n.<\/p>\n

Con el uso de esta estrategia, el grupo elabor\u00f3 un mapa que muestra c\u00f3mo migra cada grano de arena de una colina a otra e identific\u00f3 cinco modelos de interacci\u00f3n entre dos dunas de tipo barj\u00e1n, aquellas con forma de media luna, habituales en los desiertos, en el lecho de los r\u00edos y mares e incluso en la superficie de otros planetas, como Marte. En otro experimento, los investigadores comprobaron que el movimiento del fluido, en el caso del agua, es capaz de separar granos de dimensiones diferentes, inicialmente mezclados, generando barjanes estratificados, lo que influye en la interpretaci\u00f3n de los hallazgos geol\u00f3gicos. En las dunas estratificadas, cada capa est\u00e1 formada por granos de tama\u00f1o homog\u00e9neo y diferente al hallado en otros estratos.<\/p>\n

Experto en mec\u00e1nica de fluidos y transporte de materiales granulares, Franklin comenz\u00f3 a instalar en 2012 un sistema artificial de m\u00e9danos en su laboratorio de la Unicamp. Le fascinan las formas que adoptan en la naturaleza estas monta\u00f1as de arena m\u00f3viles, y pretend\u00eda entender c\u00f3mo evolucionan con el tiempo, algo que no siempre es posible rastrear mediante mediciones directas en la naturaleza.<\/p>\n

Las dunas e\u00f3licas, esculpidas por la acci\u00f3n del viento, tales como las que pueden encontrarse en el Parque Nacional de Len\u00e7\u00f3is Maranhenses, en Brasil, o en el desierto del Sahara, en \u00c1frica, tardan decenas de a\u00f1os en formarse y desplazarse y solo en las \u00faltimas dos o tres d\u00e9cadas han empezado a ser monitoreadas regularmente mediante im\u00e1genes a\u00e9reas o satelitales. En Marte, donde los vientos son m\u00e1s escasos, la formaci\u00f3n de los barjanes puede llevar milenios y los cient\u00edficos dependen de las simulaciones por computadora para estimar su comportamiento. Incluso en condiciones especiales de laboratorio, como en un t\u00fanel de viento, un barj\u00e1n no se forma en menos de un a\u00f1o.<\/p>\n

En la naturaleza, las dunas esculpidas por el viento tardan d\u00e9cadas en formarse y desplazarse<\/p><\/blockquote>\n

Ante estas limitaciones y partiendo del principio ya establecido de que las dunas constituyen el resultado del transporte de un material granular por un fluido (el agua en las acu\u00e1ticas y el viento en las terrestres), Franklin resolvi\u00f3 trabajar en el laboratorio, bajo condiciones controladas, con los m\u00e9danos que se forman bajo el agua, cuya evoluci\u00f3n es extremadamente r\u00e1pida. Con menores dimensiones que los barjanes de origen e\u00f3lico, que pueden alcanzar algunas decenas de metros de altura, las dunas subacu\u00e1ticas no superan los 10 cm, apareciendo y desplaz\u00e1ndose en cuesti\u00f3n de minutos. En la naturaleza, tanto en tierra como en el agua, los barjanes chocan, se fusionan o sus extremos se superponen, formando corredores de dunas. \u201cLo que cambia son las escalas de tama\u00f1o y de tiempo\u201d, dice el investigador, para quien los mecanismos f\u00edsicos principales que rigen la formaci\u00f3n de las dunas terrestres o subacu\u00e1ticas ser\u00edan muy similares.<\/p>\n

Franklin y un alumno de doctorado, el ingeniero mec\u00e1nico Willian Righi Assis, comenzaron las pruebas utilizando la composici\u00f3n m\u00e1s sencilla posible \u2013dos pilas de granos en el canal de agua\u2013 y realizaron alrededor de 150 experimentos. Para ello variaron el tama\u00f1o inicial de los pares de m\u00e9danos, la posici\u00f3n de cada uno al inicio de las pruebas, la velocidad del agua y las caracter\u00edsticas (di\u00e1metro, densidad y rugosidad de la superficie) de cada gr\u00e1nulo. En un art\u00edculo publicado en septiembre de 2020 en la revista Geophysical Research Letters<\/em>, describieron las cinco formas principales de interacci\u00f3n entre los barjanes: persecuci\u00f3n, fusi\u00f3n, intercambio, fragmentaci\u00f3n y persecuci\u00f3n y fragmentaci\u00f3n e intercambio.<\/p>\n

Tal como sus nombres los indican, las tres primeras interacciones son simples y las dos \u00faltimas, mixtas. En la persecuci\u00f3n, ambas dunas se desplazan en un mismo sentido sin que una alcance a la otra. En la fusi\u00f3n, el material de la duna situada aguas arriba o asuso (m\u00e1s cerca del origen del flujo de agua) se mezcla con el de la duna ubicada aguas abajo o ayuso (m\u00e1s alejada del flujo h\u00eddrico), dando lugar a una \u00fanica duna. En el intercambio, las part\u00edculas de una duna asuso se incorporan a las del mont\u00edculo vecino, que a su vez, libera parte de su material para generar una nueva duna. En la fragmentaci\u00f3n-persecuci\u00f3n, la duna aguas arriba persigue a la que se encuentra aguas abajo, que se fragmenta en dos. En el caso de la fragmentaci\u00f3n-intercambio, el proceso es m\u00e1s complejo. La duna ubicada ayuso en la corriente empieza a dividirse antes de que la otra, ubicada aguas arriba le d\u00e9 alcance y se fusione con parte de ella. Al igual que en la interacci\u00f3n anterior, tambi\u00e9n estada acaba dando origen a tres m\u00e9danos, uno de ellos formada por la mezcla de los gr\u00e1nulos de los dos mont\u00edculos iniciales (obs\u00e9rvense las im\u00e1genes<\/em>).<\/p>\n

Con base en los resultados de los experimentos, Franklin y Assis trazaron una especie de mapa que, a partir de las condiciones iniciales, permite estimar el tipo de interacci\u00f3n que se establecer\u00e1 entre dos barjanes. Seg\u00fan los investigadores, al menos te\u00f3ricamente, esto podr\u00eda aplicarse a dunas de cualquier tama\u00f1o y en una escala de tiempo indistinta. \u201cEl mapa permite calcular las interacciones entre barjanes tanto en la Tierra como en Marte\u201d, dice Franklin, quien supone que estas conclusiones ser\u00e1n \u00fatiles para el desarrollo de modelos de evoluci\u00f3n de las dunas m\u00e1s sofisticados, que podr\u00edan ayudar a contrarrestar el avance del proceso de desertificaci\u00f3n, o a la preservaci\u00f3n de las dunas amenazadas por la actividad humana.<\/p>\n

En los experimentos descritos en julio de 2021 en la revista JGR Earth Surface<\/em>, Assis y Franklin repitieron las pruebas con barjanes empleando gr\u00e1nulos con un esquema de colores diferente. En este caso utilizaron en cada duna una mezcla de part\u00edculas blancas (el 97 % del total) y negras (el 3 %) evaluando el desplazamiento individual de estas \u00faltimas. Un an\u00e1lisis estad\u00edstico de las trayectorias de los granos negros les permiti\u00f3 deducir el recorrido de los dem\u00e1s. De esa forma determinaron cu\u00e1ntos granos llegan o salen de cada duna en los diferentes tipos de interacciones. Estos datos, sumados al \u201cmapa de interacciones\u201d, permitir\u00e1n calcular, aproximadamente, la cantidad de arena que intercambian las dunas e\u00f3licas en la Tierra o en Marte.<\/p>\n

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George Steinmetz \/ Getty Images<\/span><\/a> Las dunas naturales, como las de Len\u00e7\u00f3is Maranhenses, pueden configurarse como crestas de arena interconectadas de tipo barj\u00e1nGeorge Steinmetz \/ Getty Images<\/span><\/p><\/div>\n

\u201cEl grupo de la Unicamp est\u00e1 realizando un muy buen trabajo de medici\u00f3n exhaustiva de las dunas subacu\u00e1ticas, descifrando la transferencia de masa a nivel de part\u00edculas\u201d, comenta el f\u00edsico Hans Herrmann, de la Universidad Federal de Cear\u00e1 (UFC), experto en modelado de dunas por computadora. Sin embargo, no concuerda con que los cinco tipos de interacci\u00f3n de los barjanes subacu\u00e1ticos puedan aplicarse a las dunas e\u00f3licas. Para \u00e9l, no pueden ignorarse las propiedades diferentes del fluido (agua o aire) en el que se mueven los gr\u00e1nulos. En el agua, las part\u00edculas generalmente ruedan sobre el lecho, mientras que en el aire se desplazan principalmente a grandes saltos dice el f\u00edsico. Adem\u00e1s, sostiene, la diferencia entre el tama\u00f1o del grano y la dimensi\u00f3n de la duna es menor en el agua que en tierra firme, y ello podr\u00eda alterar el modelo evolutivo de las dunas e\u00f3licas.<\/p>\n

\u201cNo todo lo que se ha observado que ocurre con las dunas subacu\u00e1ticas puede aplicarse a las e\u00f3licas\u201d, dice Eric Parteli, f\u00edsico de la Universidad de Duisburgo-Essen, en Alemania, quien trabaja con modelos geomorfol\u00f3gicos para combatir la desertificaci\u00f3n. Con todo, \u00e9l afirma que el comportamiento de las que se forman bajo el agua puede ser de utilidad para estudiar el impacto de los cambios en la direcci\u00f3n del flujo en el formato de las dunas. \u201cSi los experimentos del grupo de Campinas incorporan alteraciones en la trayectoria del fluido, acaso ayuden a dar respuesta a las dudas sobre las dunas de Marte\u201d, dice.<\/p>\n

Como la mayor\u00eda de los experimentos y simulaciones por computadora asumen que las dunas est\u00e1n formadas por un \u00fanico tipo de granos (un grano \u201cmedio\u201d), Franklin y otros dos alumnos suyos de doctorado, los ecuatorianos Carlos \u00c1lvarez y Fernando C\u00fa\u00f1ez, decidieron explorar lo que ocurrir\u00eda bajo condiciones m\u00e1s parecidas a las naturales. Para ello mezclaron part\u00edculas de dos tama\u00f1os y densidades distintas en los montones y repitieron los experimentos.<\/p>\n

Los resultados, divulgados en la edici\u00f3n de mayo de 2021 de la revista Physics of Fluids<\/em>, revelaron que la corriente de agua separa los granos y genera barjanes estratificados. Contrariamente a lo esperado, las part\u00edculas m\u00e1s pesadas tienden a ubicarse por encima de las m\u00e1s livianas, algo que a\u00fan no hab\u00eda podido observarse en laboratorio. Franklin supone que este proceso de separaci\u00f3n es una explicaci\u00f3n adicional (adem\u00e1s de otras teor\u00edas existentes) para la formaci\u00f3n de las dunas estratificadas que se observan en el polo norte marciano.<\/p>\n

La estratificaci\u00f3n tambi\u00e9n puede ser importante para entender el origen de las rocas sedimentarias formadas a partir del soterramiento de campos de m\u00e9danos que existieron hace cientos de miles de a\u00f1os. \u201cLos distintos tipos de dunas dejan patrones geom\u00e9tricos de estratificaciones dis\u00edmiles\u201d, explica el ge\u00f3logo Paulo Giannini, del Instituto de Geociencias de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IGc-USP). \u201cAl medir la inclinaci\u00f3n de los estratos, puede inferirse hacia d\u00f3nde se desplaz\u00f3 una duna antigua y, por ende, la direcci\u00f3n del viento o de la corriente de agua en el pasado\u201d.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nModelado de flujos granulares densos: experimentos, simulaciones num\u00e9ricas y an\u00e1lisis de estabilidad (n\u00ba 18\/14981-7<\/a>); Modalidad<\/strong> Joven Investigador; Investigador responsable<\/strong> Erick de Moraes Franklin (Unicamp); Inversi\u00f3n<\/strong> R$ 1.983.410,31<\/p>\n

Art\u00edculos cient\u00edficos<\/strong>
\nASSIS, W. R. y FRANKLIN, E. M. Morphodynamics of barchan-barchan interactions investigated at the grain scale<\/a>. JGR Earth Surface<\/strong>. 19 jul. 2021.
\nASSIS, W. R. y FRANKLIN, E. M. A comprehensive picture for binary interactions of subaqueous barchans<\/a>. Geophysical Research<\/strong>. Letters. 23 sept. 2020<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Experimentos sugieren que los m\u00e9danos en forma de medialuna pueden desplazarse e interactuar de cinco maneras distintas","protected":false},"author":14,"featured_media":427474,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[304,308,309],"coauthors":[103],"class_list":["post-427856","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-ciencia-es","tag-fisica-es","tag-geografia-es","tag-geologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/427856","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/14"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=427856"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/427856\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":428905,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/427856\/revisions\/428905"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/427474"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=427856"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=427856"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=427856"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=427856"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}