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Duna de areia na configuração experimental do canal. Crédito: University of Cambridge
Mesmo sendo objetos inanimados, as dunas de areia podem "se comunicar" umas com as outras. Uma equipe da Universidade de Cambridge descobriu que, à medida que se movem, as dunas de areia interagem e repelem seus vizinhos a jusante.
Usando uma pista experimental de dunas, os pesquisadores observaram que duas dunas idênticas começam juntas, mas com o tempo elas se distanciam cada vez mais. Essa interação é controlada por redemoinhos turbulentos da duna a montante, que empurram a duna a jusante. Os resultados, relatados na revista Physical Review Letters , são fundamentais para o estudo da migração de dunas a longo prazo, que ameaça os canais de transporte, aumenta a desertificação e pode enterrar infraestruturas, como rodovias.
Quando uma pilha de areia é exposta ao vento ou ao fluxo de água , forma uma duna e começa a se mover a jusante com o fluxo. As dunas de areia, seja nos desertos, no fundo dos rios ou no fundo do mar, raramente ocorrem isoladamente e geralmente aparecem em grandes grupos, formando padrões impressionantes conhecidos como campos ou corredores das dunas.
É sabido que as dunas de areia ativas migram. De um modo geral, a velocidade de uma duna é inversa ao seu tamanho: dunas menores se movem mais rapidamente e dunas maiores se movem mais lentamente. O que não foi entendido é se e como as dunas dentro de um campo interagem entre si.
Usando câmeras de alta velocidade, os pesquisadores são capazes de rastrear os movimentos das dunas de areia em um experimento de calha circular. Crédito: University of Cambridge
"Existem diferentes teorias sobre a interação das dunas: uma é que dunas de tamanhos diferentes colidem e continuam colidindo até formar uma duna gigante, embora esse fenômeno ainda não tenha sido observado na natureza", disse Karol Bacik, Ph.D . candidato no Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge e primeiro autor do artigo. "Outra teoria é que as dunas podem colidir e trocar massa, como bolas de bilhar quicando umas nas outras, até que tenham o mesmo tamanho e se movam na mesma velocidade, mas precisamos validar essas teorias experimentalmente".
Agora, Bacik e seus colegas de Cambridge mostraram resultados que questionam essas explicações. "Descobrimos a física que não fazia parte do modelo antes", disse Nathalie Vriend, que liderou a pesquisa.
A maior parte do trabalho de modelagem do comportamento das dunas é feita numericamente, mas Vriend e os membros de seu laboratório projetaram e construíram uma instalação experimental única, que lhes permite observar seu comportamento a longo prazo. Calhas cheias de água são ferramentas comuns para estudar o movimento de dunas de areia em um laboratório, mas as dunas só podem ser observadas até que cheguem ao final do tanque. Em vez disso, os pesquisadores de Cambridge construíram uma calha circular para que as dunas possam ser observadas por horas enquanto a calha gira, enquanto as câmeras de alta velocidade permitem rastrear o fluxo de partículas individuais nas dunas.
Bacik não pretendia estudar a interação entre duas dunas: "Originalmente, eu coloquei várias dunas no tanque apenas para acelerar a coleta de dados, mas não esperávamos ver como elas começaram a interagir umas com as outras". disse.
As duas dunas começaram com o mesmo volume e na mesma forma. Quando o fluxo começou a se mover pelas duas dunas, eles começaram a se mover. "Como sabemos que a velocidade de uma duna está relacionada à sua altura, esperávamos que as duas se movessem na mesma velocidade", disse Vriend, que trabalha no Instituto BP para Fluxo Multifásico. "No entanto, não foi isso que observamos".
Inicialmente, a duna da frente se moveu mais rápido que a duna de trás, mas, à medida que o experimento continuou, a duna da frente começou a desacelerar, até as duas se moverem quase na mesma velocidade.
Fundamentalmente, o padrão de fluxo entre as duas dunas foi observado como diferente: o fluxo é desviado pela duna frontal, gerando 'redemoinhos' na duna traseira e empurrando-a para longe. "A duna frontal gera o padrão de turbulência que vemos na duna traseira", disse Vriend. "A estrutura de fluxo atrás da duna da frente é como uma esteira atrás de um barco e afeta as propriedades da próxima duna."
À medida que o experimento continuou, as dunas se distanciaram cada vez mais, até formarem um equilíbrio em lados opostos da calha circular, mantendo-se afastadas a 180 graus.
O próximo passo da pesquisa é encontrar evidências quantitativas da migração de dunas em larga escala e complexa nos desertos, usando observações e imagens de satélite. Ao rastrear aglomerados de dunas por longos períodos, podemos observar se as medidas para desviar a migração de dunas são eficazes ou não.
Explorar mais
Mais informações: Repulsão de dunas aquosas induzida por Wake, Physical Review Letters (2020). journals.aps.org/prl/accepted/… 89362b45368045733790
Informações do periódico: Cartas de Revisão Física
Fornecido por University of Cambridge
Fonte: ´Physics News / pela Universidade de Cambridge / 04-02-2020
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HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica,
Astrobiologia e Climatologia).
Membro da Society for Science and the Public
(SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and
Space Administration) e ESA (European Space Agency).
Participa do
projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao
Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela
NASA.A partir de 2019, tornou-se membro
da Sociedade Astronômica Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and Atmospheric
Administration (NOAA) e U.S Department of State.
e-mail: heliocabral@coseno.com.br
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