agosto 3, 2021

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Las colinas están vivas con el flujo de la física.

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Las montañas parecen sólidas. Pero eso podría ser solo un espejismo. En escalas de tiempo extremadamente largas, los paisajes naturales se arrastran y fluyen como arroyos viscosos.

Hasta hace poco, la mayoría de los científicos habrían dicho que cosas como cavar animales, árboles que caen, terremotos y rayos eran responsables de deformar gran parte del terreno del mundo. Pero nuevos experimentos que involucran disparar rayos láser de ultra precisión en montones de arena sugieren que la fluencia es una parte inherente de cualquier entorno y ocurriría incluso en ausencia de cualquier otra acción.

“Todo se mueve todo el tiempo”, dijo Nakul Deshpande, candidato a doctorado en geofísica en la Universidad de Pensilvania. “No es solo una analogía. Es real, eso es lo que está pasando. “

Deshpande, que estudia ciencias del paisaje, recientemente examinó detenidamente la fluidez (el proceso geológico, no música de radiohead.) Los investigadores saben desde hace mucho tiempo que el suelo suelto y desgastado se mueve de manera persistente, cayendo y cambiando a una velocidad de pulgadas por año.

Pero siempre ha sido difícil obtener buenos datos de fluidez. Los marcadores enterrados en las laderas cambiarán a lo largo de las décadas, pero aislar las causas exactas de tales cambios es casi imposible.

En el laboratorio, Desphande y sus colegas colocaron grandes montones piramidales de arena en una mesa antivibración, apagaron todas las luces y mantuvieron la temperatura y la humedad constantes. Dirigieron un láser hacia la pila para que los rayos de luz se reflejaran e interfirieran entre sí, creando un patrón de puntos en un detector.

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Al buscar pequeños cambios en el patrón, pudieron observar delicados movimientos de los granos de arena a escalas de millonésimas de metro. Los materiales como la arena tienen lo que se llama un ángulo de reposo natural: si los lados de una pila son más empinados que un cierto ángulo, sus granos se inclinarán hacia abajo en deslizamientos de tierra en miniatura.

Deshpande y sus colegas instalaron sus pirámides de arena debajo del ángulo de reposo, lo que significa que, en teoría, deberían simplemente sentarse allí. Sin embargo, sus frotis con láser mostraron que casi dos semanas después de que se derramó la pila, los granos de arena todavía se movían levemente a una velocidad equivalente a centímetros por año, más o menos exactamente lo que se observa con fluidez en el campo. Tus descubrimientos aparecieron Miércoles en la revista Nature Communications.

Los resultados fueron sorprendentes, incluso para los miembros del equipo. “Aunque pensé que podría suceder, todavía da miedo”, dijo Douglas Jerolmack, geofísico y asesor de Deshpande.

Sin embargo, un laboratorio no está completamente desconectado de su entorno y los investigadores no podían estar seguros de que una aeronave no hubiera perturbado de alguna manera su experimento. Para confirmar sus corazonadas, también ejecutaron simulaciones por computadora con granos de arena virtuales sometidos únicamente a las fuerzas de la gravedad y la fricción y vieron los mismos movimientos infinitesimales que la pila del mundo real.

Para estudiar más a fondo qué influye en la fluidez, el equipo introdujo pequeños cambios en sus montículos de arena. Por ejemplo, calentaron las pilas, lo que expandió térmicamente los granos y aumentó la tasa de deslizamiento.

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Nathalie Vriend, geofísica de la Universidad de Cambridge que no participó en el nuevo estudio, no creía que la fluidez pudiera ocurrir en ausencia de perturbaciones externas. Pero después de realizar algunos de sus propios experimentos y escuchar a Deshpande presentar sus resultados en una conferencia en marzo, aceptó la idea.

“Recuerdo escuchar y decir: ‘Este es un trabajo realmente genial’”, dijo. “Como experimentalista, aprecio cuando la gente encuentra nuevas técnicas para medir algo que antes estaba oculto”.

Aunque estuvo de acuerdo en que los resultados experimentales son interesantes e innovadores, Anne Voigtländer, geomorfóloga del Centro Alemán de Investigación en Geociencias GFZ, no estaba segura de si aún podrían realizarse fuera de un entorno de laboratorio controlado. “No creo que esté en una etapa en la que pueda aplicarlo”, dijo.

Averiguar cómo confirmar los resultados del equipo en el mundo real “es una cuestión abierta”, dijo Deshpande.

Pero él y el Dr. Jerolmack sienten que han abierto nuevas vías para la investigación de los procesos geofísicos y han demostrado que las suposiciones básicas pueden no ser tan sólidas como se creía anteriormente.

“No puedo caminar por las colinas sin ver las cosas de manera diferente”, dijo Deshpande. “Ahora sé que hay cosas detrás del velo tal como las veo”.

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