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Mundo Ciencia

El secreto de las estalagmitas: una gota de agua al caer

Audio 13:47
La gruta de Clamouse, al sur de Francia.
La gruta de Clamouse, al sur de Francia. © Wikimedia Creative Commons
Por: Ivonne Sánchez

Un grupo de científicos estudiaron tres grutas al sur de Francia para comprender mejor cómo es que estas formaciones geológicas, las estalagmitas, en el suelo se van construyendo, lentamente, a lo largo de los siglos. El secreto está en la gota de agua al caer y sobre todo en la pequeña desviación que tiene al caer y en su impacto. El equipo logró captar la imagen  de la gota en el momento del impacto y también lograron comprender dicha desviación gracias a la aerodinámica de los microfluídos. Un hallazgo mundial, los resultados fueron publicados en la revista científica Proceedings of the Royal Society A.

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¿Sabe qué es una estalagmita? ¿Y una estalactita? Las estalactitas son las formaciones que están en el techo de una cavidad mientras que las estalagmitas son las que se encuentran en el suelo.

Otra de las grutas estudiadas.
Otra de las grutas estudiadas. © ULiège / Parmentier

Un grupo de científicos quiso estudiar el proceso de formación de estas concreciones minerales milenarias y en particular el de las estalagmitas. Por qué algunas son gruesas, otras más delgadas y sus formas caprichosas. ¿Hay algún modelo matemático que puede explicar su lenta construcción?

Una gota de agua es es el elemento básico para la formación de las estalactitas y de las estalagmitas. En el caso de las estalagmitas, la clave está en la gota de agua que cae, en su trayectoria y en el splash al caer. Es este splash el que determina la forma de la estalagmita.

Estas investigaciones se llevaron a cabo por la BRGM (Bureau de Recherches Géologiques et Minières, la oficina de investigaciones geológicas y mineras de Francia, en colaboración con la Universidad de Liège de Bélgica (ULiège) y las  universidades francesas de Montpellier y de Burdeos.

Escuche aquí el reportaje de RFI en una gruta mítica, la gruta de Padirac.

Los estudios se llevaron a cabo en tres cuevas al sur de Francia, la de Aven d'Orgnac, la de Salamnadre y la Clamouse. Las tres son atracciones turísticas de la región.

El equipo logró filmar la trayectoria de una gota de agua al caer sobre una estalagmita.
El equipo logró filmar la trayectoria de una gota de agua al caer sobre una estalagmita. © BRGM - Jean Christophe Maréchal

La investigación consistió en filmar las gotas que caen sobre las estalagmitas. Jean Christophe Maréchal es uno de los autores principales del estudio. Él trabaja como hidrogeólogo de la BRGM y es director de investigación de la unidad “Cambio climático y recursos de agua” de este organismo. Él explica qué fue lo que hicieron: “Filmamos las gotas de agua, cómo caen, su tamaño, su velocidad, para comprender la influencia de la caída de la gota de agua  en la forma de la estalagmita. Dentro de la comunidad de espeólogos se intuía que había una relación entre la caída de la gota y la forma de la estalagmita,  pero no se había identificado el fenómeno en sí y sobre todo no se había podido explicar la razón del fenómeno”.

El estudio de la trayectoria de las gotas de agua que caen en una gruta busca determinar la relación entre el ancho de las estalagmitas y la geometría de las cavidades subterráneas.
El estudio de la trayectoria de las gotas de agua que caen en una gruta busca determinar la relación entre el ancho de las estalagmitas y la geometría de las cavidades subterráneas. © BRGM - Jean Christophe Maréchal

El equipo logró filmar en alta resolución y a alta frecuencia, logrando captar hasta 5 mil imágenes por segundo de la caída de una gota de agua, desde la cavidad superior hasta cuando cae. Jean Christophe Maréchal: “Pudimos captar el momento exacto del contacto entre la gota y la superficie de la estalagmita, lo que llamamos el splash. ¡Es la primera vez en el mundo que podemos obtener imágenes de este tipo! “

Instalación dentro de la gruta para estudiar este fenómeno.
Instalación dentro de la gruta para estudiar este fenómeno. © BRGM - Jean Christophe Maréchal

Una gota de agua no cae derechita

A diferencia de lo que se pudiera pensar, una gota de agua que proviene de una estalactita o de la bóveda de una cavidad no cae de manera vertical en el mismo lugar sobre la estalagmita, es algo mucho más aleatorio, con micro desviaciones.

La investigación logró captar esa desviación, en ocasiones la gota puede desviarse de hasta 10 centímetros. Los científicos lograron hacer la correlación entre dicha dispersión, su valor y el diámetro de la estalagmita.

Imágenes captadas en el momento en el que cae la gota sobre la estalagmita.
Imágenes captadas en el momento en el que cae la gota sobre la estalagmita. © BRGM - Jean Christophe Maréchal

Los científicos observaron que mientras más alta sea la cavidad, es decir, mientras más grande sea la distancia recorrida por la gota de agua, más grande será la dispersión de la gota en el momento del impacto, y por ende, más grande será el diámetro de la estalagmita abajo.

Aquí en este artículo puede ver el video de la gota de agua al caer en cámara lenta.

Aqui puede ver el video.

Ilustración que muestra la trayectoria desviada de una gota de agua que parte de la misma estalactita. Esta micro desviación determina la forma futura de la estalagmita.
Ilustración que muestra la trayectoria desviada de una gota de agua que parte de la misma estalactita. Esta micro desviación determina la forma futura de la estalagmita. © DeltaOfZ illustration / ULiège Université

Hallazgo mundial: los micro vórtices de las gotas de agua al caer

En este estudio, los científicos hicieron un importante hallazgo a nivel mundial sobre el porqué se desvía una gota de agua al caer, por qué no cae exactamente en el mismo lugar. Jean Christophe Maréchal: “La explicación de la dispersión de la gota está ligada a micro vórtices de aire producidos por la caída de la gota. Hasta ahora la comunidad científica creía que esta dispersión podía estar ligada a corrientes de aire en las grutas, pero no es así. También llevamos a cabo experimentos en laboratorio, donde podemos controlar los movimientos  de aire y la dispersión de la caída de la gota fue la misma, sin circulación de aire”.

Pero, ¿qué es un micro vórtice?

Jean Christophe Maréchal: “La gota de agua, cuando cae, desplaza el aire que está a su alrededor y en esta caída se forman remolinos, micro torbellinos que van a generar fuerzas de manera aleatoria sobre la gota, contrafuerzas, y éstas son las que van a desviar la caída de la gota. Y es éso lo que pudimos explicar con modelos aerodinámicos de micro fluidos, el porqué de dicha dispersión de la gota. Ese es el resultado mayor científico de este estudio."

Los resultados de este estudio fueron publicados en la revista científica Proceedings of the Royal Society A y permiten comprender mejor la formación de estalactitas y estalagmitas, pero también saber más sobre la historia climática del planeta.

Escuche aquí el programa sobre Edouard Alfred Martel, padre de la espeleología moderna.

Entrevistados: Jean Christophe Maréchal e Iván Caballero, ambos hidrogeólogos de la BRGM, la oficina de investigaciones geológicas y mineras de Francia.

 

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