9.5: Ripplers Eolios y Dunas Eolias

Aprendiste antes que cuando una corriente de agua fluye sobre un lecho de arena suelta, si la corriente es lo suficientemente fuerte como para mover parte del sedimento varios tipos de características geométricas, llamadas formas de lecho, son moldeadas por el flujo. Lo mismo ocurre con los flujos de aire sobre sedimentos sueltos. Y de hecho, al igual que en los flujos de agua, se forman dos tipos diferentes de formas de lecho, ondulaciones y dunas, a escalas muy diferentes. Una inestabilidad dinámica de algún tipo, por la cual una superficie de arena plana es inestable a pequeñas perturbaciones, está involucrada en ambos casos, agua y viento. La dinámica detrás de estas inestabilidades es igual de misteriosa en el caso del viento como en el caso del agua. Ni siquiera se sabe con certeza si las ondas subacuosas y subaéreas son el mismo tipo de característica dinámica, y si las dunas subacuosas y subaéreas son el mismo tipo de característica dinámica.

Aquí tienes otro experimento en casa para que pruebes. (¡Te prometo que este será el último experimento en casa que propongo este semestre!) Sería fácil construir un túnel de viento doméstico. (Ver Figura 9-2 anterior.) Simplemente clava cuatro tablas de pino anchas juntas para hacer un conducto de varios pies de largo, y coloca el extremo a favor del viento para que pase a un agujero en una caja grande. En la otra pared de la caja, monte un ventilador de ventana. Pon una capa de arena en el conducto, enciende el ventilador, y tienes transporte eólico. (Ayudaría a mejorar el diseño de tres maneras: poner un par de ventanas de plexiglás en el conducto para que puedas ver cómo se mueve la arena; hacer que la superficie superior del conducto sea removible para que puedas llegar a la arena y fotografiarla fácilmente; y disponer una tabla de aletas contra el lado del viento del ventilador para controlar el viento velocidad.)

Aumente gradualmente la velocidad del viento sobre una superficie de arena plana en su conducto hasta que los granos de arena apenas comiencen a moverse. Muy poco después de eso, entra la saltación completamente desarrollada. Si entonces disminuyes gradualmente la velocidad del viento nuevamente, encontrarías que la velocidad mínima del viento necesaria para mantener la saltación ya existente es mucho menor que la velocidad del viento necesaria para iniciar la saltación. Un físico llamaría a esto un efecto de histéresis. (¿Recuerdas un ejemplo anterior de histéresis en este curso?) Estas dos velocidades del viento representan lo que se llama el umbral de salación y el umbral de fluido, respectivamente.

Vuelva a subir el viento hasta que haya saltación. Tendría que esperar solo unos minutos hasta que la superficie de arena originalmente plana se moldee en una serie sorprendentemente regular de crestas y canales redondeados transversales al viento llamados ondas de viento u ondas eólicas. El espaciamiento típico de las ondas de viento es del orden de varios centímetros, aunque se hacen más grandes en sedimentos mal ordenados y/o más gruesos. Se desplazan muy lentamente en la dirección a favor del viento, por el movimiento del sedimento hacia arriba por los flancos del viento y la deposición de ese sedimento en los flancos a favor del viento.

Hay una tendencia a que el tamaño de partícula sea ligeramente más grueso en las crestas de las ondas y ligeramente más fino en los canales. Hace mucho tiempo R.A. Bagnold, pionero en el estudio del transporte eólico de sedimentos, ideó una demostración espectacularmente visual 422 de este efecto al hacer ondas de viento en una arena completamente mezclada de dos colores diferentes en un túnel de viento: a medida que se desarrollan las ondas, la superficie del lecho se resuelve en franjas alternas de los dos colores diferentes justo ante los ojos!

Las dunas eolias no son tan fáciles de hacer en túneles experimentales de viento, porque su escala mínima es demasiado grande. Casi todo lo que sabemos de las dunas es de estudios en el campo. Uno de los grandes problemas en el estudio de las dunas eolias es que no hay muchos lugares en el mundo caracterizados por vientos realmente constantes: obviamente la velocidad del viento varía con el tiempo, pero en la mayoría de los lugares la dirección del viento cambia sustancialmente también. Nadie sabe realmente cómo se ve el caso de referencia de las dunas formadas por un viento constante sobre una superficie de arena llena de extensión efectivamente infinita.

Las dunas de Eolias toman muchas formas diferentes, y no existe una clasificación generalmente aceptada. Se lee sobre dunas lineales, dunas longitudinales, dunas crescenticas, dunas seif, dunas oblicuas, dunas barchan, dunas estelares y muchas otras. Creo que una forma bastante satisfactoria pero simplificada de clasificar las dunas es reconocer tres tipos de dunas formadas en lechos llenos de arena dependiendo de la orientación relativa a un viento dominante en movimiento de arena:

• dunas transversales, orientadas normales al viento
• dunas longitudinales (también llamadas dunas seif), orientadas paralelas al viento
• dunas oblicuas, orientadas oblicuamente al viento.

Ni siquiera está claro si estos tres tipos básicos son dinámicamente diferentes entre sí o no. Las dunas formadas por vientos que soplan desde varias direcciones sin una dirección dominante de movimiento de arena se llaman dunas estelares. Las dunas estelares se encuentran donde los caminos de transporte de arena convergen para formar un “fregadero” de arena o área de almacenamiento de arena. Finalmente, las dunas formadas en áreas donde no hay suficiente arena para evitar que los abrevaderos sean pisoteados por sustrato inmóvil toman una forma característica de media luna se llaman dunas de barchan. Hay una transición continua en la geometría de dunas barchan a dunas transversales a medida que el grosor de la arena aumenta en relación con las dimensiones de las dunas, de modo que cada vez menos canales exponen sustrato inmóvil.

Por supuesto, las dunas se encuentran no sólo en los desiertos. Las dunas costeras son comunes a lo largo de muchas costas donde los vientos terrestres recogen la arena de la playa y la llevan hacia el interior para formar cinturones de dunas, estrechas o anchas. El requisito previo para cualquier área de dunas de arena es una fuente de arena. En los desiertos esa fuente podría ser sedimento fluvial recién depositado donde un río finalmente pierde toda su agua por infiltración en el lecho del río, o simplemente una zona donde la arena del lecho rocoso de piedra arenisca es liberada por la intemperie lenta.

Si el suministro de arena es abundante y el transporte se encuentra consistentemente en una dirección alejada de la fuente, enormes áreas de desiertos pueden cubrirse con arena móvil. Tales áreas suelen llamarse pintorescamente mares de arena. Los mares de arena son especialmente prominentes en el norte de África y la península arábiga.

Lecturas

Allen, P.A., 1997, Procesos de la Superficie Terrestre. Blackwell Science, 404 p. (Capítulo 10)

Bagnold, R.A., 1941, La física de la arena soplada y las dunas del desierto. Chapman & Hall, 265 p.

Bloom, A.L., 1998, Geomorfología; Un análisis sistemático de accidentes geográficos cenozoicos tardíos, tercera edición. Prentice Hall, 482 p. (Capítulo 13)

Easterbrook, D.J., 1999, Procesos superficiales y accidentes geográficos, Segunda Edición. Prentice Hall, 546 p. (Capítulo 17)

Greeley, R., 1985, El viento como proceso geológico, en la Tierra, Marte, Venus y Titán. Cambridge University Press, 333 p.

Pye, K., y Tsoar, H, 1990, Eolian Sand and Dunes. Unwin Hyman,