Dunas de areia “se comunicam” entre si

Descoberta ajuda a entender a migração de dunas, que aumenta a desertificação e pode enterrar estradas

Dunas: interação conhecida em mais detalhes agora. Crédito: Max Pixel

Dunas de areia são seres inanimados, mas isso não as impede de “comunicar-se” umas com as outras. Uma equipe da Universidade de Cambridge (Reino Unido) descobriu que, à medida que se movem, as dunas de areia interagem e repelem seus vizinhos a jusante (abaixo em relação ao observador). O estudo foi apresentado na revista “Physical Review Letters“.

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 (acima em relação ao observador), que empurram a duna a jusante. Os resultados são fundamentais para o estudo da migração de dunas em longo prazo, que ameaça os canais de transporte, aumenta a desertificação e pode enterrar infraestruturas, como estradas.

Quando uma pilha de areia é exposta ao vento ou ao fluxo d’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 em geral aparecem em grandes grupos, formando padrões impressionantes conhecidos como campos ou corredores das dunas.

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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 havia sido entendido é se e como as dunas dentro de um campo interagem entre si.

Física desconhecida 

“Há 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, doutoranda em Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica de Cambridge e primeira autora 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 no longo prazo.

As calhas cheias de água são ferramentas comuns para estudar o movimento das dunas de areia em um ambiente de 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, período em que as câmeras de alta velocidade permitem rastrear o fluxo de partículas individuais nas dunas.

Interação inesperada

Bacik não pretendia estudar a interação entre duas dunas: “Originariamente, 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 dunas, elas 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 BP Institute for Multifhase Flow. “No entanto, não foi isso que observamos.”

De início, a duna da frente se moveu mais rapidamente 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.

Padrões diferentes

Crucialmente, o padrão de fluxo nas 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, será possível observar se as medidas para desviar a migração de dunas são eficazes ou não.