El misterio sobre uno de los fenómenos oceánicos más cuestionados por fin tiene respuesta gracias a un modelo de la Universidad de Tel Aviv. La explicación podría ayudar a desarrollar herramientas para predecir catástrofes climáticas
Viento, temperatura del agua, profundidad, movimientos tectónicos, viscosidad del líquido… Todos estos elementos han sido considerados durante años para explicar la formación de olas marinas. Investigadores de la Universidad de Tel Aviv han desarrollado un modelo teórico innovador y único en su tipo que arroja luz sobre el misterio. Un misterio que la ciencia moderna lleva 150 años tratando de descifrar, pues el modelo matemático preciso que describe el proceso en su totalidad aún no ha sido completamente entendido y verificado experimentalmente. ¿La respuesta? Las olas se forman por varios elementos, pero la respuesta está sobre todo en el viento… Y aunque su tamaño puede parecer aleatorio, no lo es.
El estudio fue publicado en la prestigiosa revista de divulgación científica Physical Review Letters. El modelo está diseñado para explicar el proceso de formación de ondas y ha sido probado en una serie de experimentos complejos, que se han realizado durante un periodo prolongado de tiempo. Los investigadores encargados del proyecto son el profesor Lev Shemer y la doctora Meital Geva, del Laboratorio de Ondas de Agua en la Escuela de Ingeniería Mecánica Iby, y la Facultad de Ingeniería Aladar Fleischman respectivamente.
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Geva explicó: «El desarrollo de ondas de viento en la superficie del agua es un fenómeno complejo. Una de las razones de la falta de una teoría integral del proceso se debe a la ausencia de resultados experimentales detallados: campo de olas y viento. Las mediciones realizadas en el mar son muy limitadas, principalmente debido a la incapacidad de controlar las condiciones ambientales y la dificultad de realizar experimentos en mar abierto, o incluso cerca de la orilla del mar.
El Laboratorio de Olas de la Escuela de Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tel Aviv tiene una instalación experimental autónoma para examinar la interacción entre el agua y el viento. Esto permite la recopilación de información completa sobre el comportamiento de las ondas de agua en el espacio y el tiempo, bajo diferentes regímenes de viento».
Herramienta para la predicción climática
La formación de olas por el viento es el resultado de una interacción entre el océano y la atmósfera y, por lo tanto, el proceso tiene un efecto decisivo en el paso de masa, cantidad de movimiento y energía en la interfaz con la superficie del agua.
Los investigadores creen que la comprensión de esta interacción permitirá una evaluación de las condiciones ambientales que afectan a la vida marina y la capacidad de predecir el movimiento de los contaminantes en la superficie del agua. Para Geva utilizar las conclusiones del estudio puede dar respuestas en áreas «cada vez más importantes en la era de la crisis climática en la que vivimos». Además agregó estar contento de resolver un gran misterio en la ciencia.
Las olas como melodías
Las ondas mecánicas, incluidas las ondas de agua, se pueden describir mediante un conjunto de frecuencias, al igual que una melodía se puede descomponer en notas musicales y armonías. Su distribución espacial es uniforme. El nuevo modelo propuesto por los investigadores tiene en cuenta todos los armónicos inestables y las limitaciones que se les aplican, incluido el límite de ruptura de los armónicos muy pronunciados, el decaimiento gradual debido al refugio de los armónicos de baja amplitud por ondas más altas y un tiempo de desarrollo espacial. Al hacerlo, la nueva teoría permite describir la situación física con alta confiabilidad, en comparación con los modelos anteriores.
Los investigadores añadieron que la dificultad teórica que existía en el desarrollo de un modelo completo se deriva del hecho de que la superficie del agua consta de formas y patrones dinámicos intrincados que reaccionan entre sí. El campo de onda tridimensional se caracteriza por un alto grado de aleatoriedad y varía en el tiempo y en el espacio. Geva explica: «Este modelo es el único que permite describir el tiempo y el espacio del campo de olas desde un estado de superficie de agua tranquila hasta un estado final fijado en el tiempo. Y, lo más importante, es el primer modelo que es completamente verificado por experimentos y que describe el proceso no solo cualitativamente, sino también cuantitativamente».
El océano es ahora predecible
El problema también implica una variedad de fuerzas mecánicas debidas a la gravedad, la viscosidad y la tensión superficial. También se debe tener en cuenta la transición de energía y cantidad de movimiento entre el aire y el agua, un problema de mecánica de fluidos que no es nada trivial. El problema incrustado en las teorías anteriores, que han sido utilizadas por los investigadores en este campo durante 65 años, se deriva de las muchas suposiciones en las que se basaron y la incapacidad de validarlas cuantitativamente, lo que limitó en gran medida su capacidad de predicción física.
El autor del modelo, Geva, agregó al respecto de la fiabilidad alcanzada que «en este estudio, usamos, por primera vez, ecuaciones precisas y métodos aceptados del campo de la mecánica estadística para analizar los procesos aleatorios y no lineales que ocurren durante la formación de ondas».
