Hay una «ley» matemática oculta en las megaondas de arena de playas y desiertos

Las sublimes matemáticas de la naturaleza no dejan de sorprendernos, y podrían ser iguales tanto en la Tierra como en Marte.

Dondequiera que haya arena y una atmósfera, los vientos predominantes pueden azotar los granos en formas ondulantes, agradables a la vista con su repetición calmante.

Ciertas ondas de arena, con longitudes de onda entre 30 centímetros y varios metros, se conocen como megaondas: tienen un tamaño entre las ondas de playa ordinarias y las dunas completas, y las hemos visto no solo en la Tierra, sino incluso en otros planetas como Marte, bien conocido por sus tormentas de polvo que lo abarcan todo.

Aparte de su tamaño, una característica clave de estas ondas de terreno medio es el tamaño del grano involucrado: una superficie de granos gruesos sobre un interior de material mucho más fino. Sin embargo, esta mezcla de granos nunca es la misma, y ​​tampoco lo son los vientos que soplan sobre la arena para crear las ondas en primer lugar.

Ahora, los investigadores han descubierto una característica matemática sorprendente de las megaondas: dividir el diámetro de los granos más gruesos de la mezcla por el diámetro de los granos más pequeños siempre equivale a un número similar —algo que no se había visto antes a lo largo de varias décadas de investigación—.

En el futuro, este número podría usarse para categorizar diferentes tipos de ondas y qué procesos particulares de transporte de granos las formaron, concluyen los autores del estudio.

En las megaondas de los desiertos de arena (abajo), la composición de los granos de arena gruesos y finos (arriba) varía según el viento. Por primera vez, los investigadores han demostrado una relación de tamaño de grano universal oculta en esa composición. Crédito: Hezi Yizhaq y Klaus Kroy.

«Descubrimos que una firma característica del transporte a escala de grano está codificada en las distribuciones de tamaño de grano (GSD) que coevolucionan con megaondas», escriben los investigadores en su artículo publicado. «Nuestra compilación de datos originales y bibliográficos establece firmemente la precisión y solidez de la predicción teórica en una amplia gama de ubicaciones geográficas y condiciones ambientales predominantes».

A medida que los vientos azotan la arena, los granos finos provocan megaondas que levantan los más gruesos. Viajando a diferentes velocidades, los granos gruesos se acumulan en las crestas de las ondas, mientras que los granos finos generalmente se asientan en los canales.

Megaondas terrestres y extraterrestres

Se estudiaron muestras de campos de megaondas en Israel, China, Namibia, India, Israel, Jordania, la Antártida y Nuevo México en los EE.UU. Se agregaron análisis adicionales a partir de observaciones realizadas en Marte y en un túnel de viento de laboratorio.

«Una colección completa de datos terrestres y extraterrestres, que cubre una amplia gama de fuentes geográficas y condiciones ambientales, respalda la precisión y solidez de este hallazgo teórico inesperado», escriben los investigadores.

El transporte bimodal de granos crea delicadas megaondas de tamaño intermedio a través de la clasificación de arena. Crédito: Katharina Tholen et al.

Lo que también distingue a las megaondas es que son más frágiles que las ondas de arena más pequeñas y las dunas más grandes, y más susceptibles a los caprichos de los patrones cambiantes del viento: si el viento se vuelve demasiado fuerte, los mecanismos que crean las megaondas se ven superados.

Los investigadores sugieren que sus cálculos también podrían usarse para predecir cuándo sucederá esto, e incluso para mirar hacia atrás en el tiempo y las condiciones climáticas en el pasado en función del sedimento dejado por megaondas anteriores.

Los hallazgos se aplican incluso más allá de la Tierra: podrían brindarnos una mejor comprensión de cómo se crean las megaondas en planetas como Marte y el tipo de condiciones atmosféricas requeridas para producirlas en lugar de otros tipos de ondas de arena.

«Si pudiéramos utilizar las condiciones atmosféricas predominantes para explicar el origen y la migración de las ondas de arena terrestres y extraterrestres, este sería un paso importante», dice la física teórica Katharina Tholen, de la Universidad de Leipzig. «Entonces podría ser posible evaluar las estructuras de arena que estamos observando actualmente, por ejemplo en Marte o en fósiles y lugares remotos de la Tierra, como archivos complejos de condiciones climáticas pasadas».

Fuente: Universität Leipzig. Edición: MP.