Investigadores utilizan las ecuaciones matemáticas para estudiar y predecir las consecuencias de la acumulación sedimentaria en los ríos andaluces

     
    PUBLICADO EN EL DIARIO SUR EL 21.02.08 -
     
    A lo largo de su extenso camino hasta el mar, los ríos van arrastrando distintos materiales. Tierra, restos de plantas o basura son los compañeros de marcha del agua que sigue su curso hasta la desembocadura. Será allí donde emprendan otro viaje, esta vez de mano de una corriente marina, o asentándose en las profundidades y modificando, por tanto, la morfología submarina. El estudio del transporte de estos sedimentos y de los cambios que producen en el litoral es el fin de un grupo de matemáticos de la Universidad de Málaga y geólogos del Centro Oceanográfico de Fuengirola.

    ¿Y qué tienen que ver aquí las matemáticas? Pues en realidad juegan un papel muy importante. Por ejemplo, sirven para ayudar a comprender si el nivel del agua sube, qué repercusiones puede tener en la línea de costa o qué zonas serían más propensas a inundaciones. Todo ello gracias a la simulación por ordenador que los científicos matemáticos hacen a partir de la resolución de ecuaciones con las que son capaces de prever distintos escenarios.

    Si se piensa, las matemáticas están presentes en muchos ámbitos cotidianos de la vida. La predicción meteorológica, por ejemplo, se hace también a partir de una serie de operaciones complejas que anticipan cómo va a ser el fluido atmosférico. Con el proyecto, los investigadores pretenden desarrollar una aplicación informática que simule el proceso por el cual se produce una acumulación de sedimentos en forma de abanico contiguo a la desembocadura de un gran río.


    Predicciones de futuro

    Pero para calcular la fórmula de la ecuación hay que tener en cuenta distintas variables, como la forma de la costa, los caudales de los ríos, la meteorología, o las mareas. De recoger todos estos datos 'in situ' se encargan los geólogos, así como de analizarlos y darles un significado. «Nosotros, los matemáticos, nos ocupamos de desarrollar los algoritmos necesarios e implementarlos para representar visualmente, los movimientos de la sedimentación en el ordenador», explica el investigador principal del proyecto Carlos Parés, perteneciente al Departamento de Análisis Matemático de la Facultad de Ciencias de la UMA.


    La investigación se centra en los ríos de la plataforma continental de Andalucía Oriental. No obstante, los científicos han iniciado su estudio con un ejemplo concreto. El lugar elegido ha sido la desembocadura del Gualdalfeo. Con él experimentarán para, posteriormente, extrapolar los datos a otros ríos.

    La formación de estos deltas submarinos determina en gran medida los cambios morfológicos del litoral y otros aspectos como la fauna y la flora submarina. «Los modelos de simulación matemáticos permitirían a los geólogos predecir la evolución de la formación de los abanicos y cómo afectarán estos aportes sedimentarios a la estructura y estabilidad del litoral», explica Parés.

    El estudio de los materiales llevados al mar por los ríos Adra y Guadalfeo serán claves en el estudio de las variaciones ambientales recientes.

    El Instituto Español de Oceanografía en colaboración con otras instituciones científicas, como la Universidad de Málaga y el Instituto Andaluz de Ciencias de la Tierra, van a realizar una campaña oceanográfica de prospección geofísica en los prodeltas de los ríos Adra y Guadalfeo con el objetivo de estudiar las variaciones ambientales producidas en los últimos 8.500 años en el sur de la Península Ibérica. 

    Málaga, 19 de septiembre de 2008. Científicos del Centro Oceanográfico de Málaga van a participar en la campaña “MOSAICO-0908” que se realizará en los prodeltas de los ríos Adra (Almería) y Guadalfeo (Granada). La campaña geofísica se realizará entre el 22 de septiembre y el 3 de octubre a bordo del Buque Oceanográfico “Odón de Buen” y estará dirigida por el Dr. Luis Miguel Fernández Salas, del Centro Oceanográfico de
    Málaga. Esta campaña está enmarcada en el proyecto de excelencia científica “Modelado, simulación numérica y análisis del transporte de sedimentos en los abanicos submarinos de los ríos de Andalucía Oriental”, financiado por la Junta de Andalucía.
     
    El objetivo principal de "MOSAICO-0908" es conocer las variaciones de los aportes de sedimentos desde los ríos hacia el mar, la forma en la que se han depositado y su relación con el cambio climático producido en los últimos 8.500 años. Comprender y
    conocer su evolución es la clave que permitirá modelizar matemáticamente su comportamiento, y así predecir los cambios ambientales que se producirán en los sistemas litorales.

    Los resultados serán muy útiles para mejorar la gestión integral de los medios fluvio-marinos. Para ello se ha planificado una prospección geofísica frente a las desembocaduras de los ríos Adra y Guadalfeo, que se completarán con otra campaña de toma de muestras de sedimentos en el próximo mes de noviembre.

    En la campaña se utilizará equipamiento de última generación, como una ecosonda multihaz EM3002, un sistema de sísmica de muy alta resolución TOPAS y otro sistema de sísmica de media penetración Geopulse. La ecosonda multihaz permite obtener un mapa, de gran exactitud, de las profundidades del fondo marino. Los sistemas de sísmica proporcionan información sobre cómo se disponen las diferentes capas de  sedimentos a medida que los ríos los van arrojando al mar. Integrando toda esta  información se reconstruye la historia evolutiva del delta.

    El Instituto Español de Oceanografía (IEO) es un organismo público de investigación (OPI), dependiente del Ministerio de Ciencia e Innovación, dedicado a la investigación en ciencias del mar, especialmente en lo relacionado con el conocimiento científico de los océanos, la sostenibilidad de los recursos pesqueros y el medio ambiente marino. El IEO representa a España en la mayoría de los foros científicos y tecnológicos internacionales relacionados con el mar y sus recursos. Cuenta con ocho centros oceanográficos costeros, una estación de biología pesquera, cinco plantas de experimentación de cultivos marinos, 12 estaciones mareográficas, una estación receptora de imágenes de satélites y una flota compuesta por seis buques oceanográficos, entre los que destaca el Cornide de Saavedra, de 1.100 toneladas de desplazamiento y 68 m de eslora.

    Matemáticos españoles presentan un modelo para estudiar las avalanchas submarinas y los tsunamis

    Un equipo de científicos andaluces y franceses ha presentado un modelo matemático que permite estudiar mediante ecuaciones las avalanchas submarinas y algunos tipos de tsunamis, según ha publicado recientemente el Journal of Computational Physics. Los matemáticos ya están aplicando el modelo para analizar desprendimientos de tierra de la isla de Alborán (Almería).

     

    “El modelo que hemos desarrollado puede servir para predecir aquellos tsunamis que se forman tras la caída brusca de sedimentos cerca de la costa”, explica a SINC uno de los autores del trabajo, Enrique D. Fernández Nieto, del Departamento de Matemática Aplicada I de la Universidad de Sevilla. La caída de rocas puede verse favorecida por la existencia de una pendiente abrupta del fondo, por un acúmulo del material, o por un fuerte oleaje que desestabilice la capa de sedimentos y la haga caer.

    El estudio, que ha aparecido en el Journal of Computational Physics, utiliza unas ecuaciones conocidas como de tipo “Savage-Hutter”, bautizadas con los nombres de los dos científicos que las propusieron para estudiar las avalanchas de rocas. “Pero por primera vez planteamos la necesidad de tener en cuenta el acoplamiento entre las dos capas implicadas en los procesos de las avalanchas submarinas: el agua y la roca”. Así lo indica Fernández, que considera que estudiar ese acoplamiento bicapa “es complicado, pero fundamental en la dinámica total, porque los movimientos de las rocas hacen que se mueva el agua, pero también las posibles mareas de agua pueden desplazar el material granular”.

    Como columnas de agua y arena

    Para deducir el modelo, los matemáticos han tenido en cuenta la porosidad de los sedimentos, las fuerzas que interactúan en el proceso y el “término de fricción de tipo Coulomb”, que hace referencia a los parámetros de la ecuación que se oponen al movimiento de la masa de roca al caer.

    Para comprender este concepto Fernández pone el ejemplo de una columna de agua en un recipiente del cual abrimos una compuerta: el líquido se desparrama y converge en una superficie horizontal, constante y quieta. Sin embargo, cuando se realiza el mismo experimento con una columna de granos de arena, el estado final tiene forma de campana. Los términos que producen esa solución final con pendiente –ya no horizontal-, debida a la fricción entre las partículas, es a lo que se refiere el término de “fricción de tipo Coulomb”.

    Además de los ángulos de fricción interna y con el fondo, otros parámetros que valoran los matemáticos son la flotabilidad del material sumergido, la topografía del terreno, el caudal inicial del agua y su altura. Una vez obtenidos todos estos datos, los matemáticos los introducen en un programa informático para poder analizar y visualizar mediante animaciones la evolución de las avalanchas submarinas y los tsunamis.

    Los investigadores han comprobado la eficacia de sus ecuaciones con los datos de un tsunami, muy bien documentado, ocurrido en Papua Nueva Guinea en 1998. En la actualidad, junto a geólogos del Instituto Español de Oceanografía (IEO) y dentro de un proyecto conjunto financiado por la Junta de Andalucía, estudian cuando se produjeron algunos desprendimientos de tierras ocurridos en el pasado en las proximidades de la Isla de Alborán (Almería), así como valorar la posibilidad de que vuelvan a suceder en el futuro en la cuenca marina de Alborán.

    Además de la Universidad de Sevilla, en el estudio han participado científicos de la Universidad de Málaga, de la Escuela Normal Superior de París, de la Universidad Savoie, también en Francia, y del Equipo de Sismología del Instituto de Física du Globe de Paris.

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    Referencia bibliográfica:

    E. D. Fernández-Nieto, F. Bouchut, D. Bresch, M. J. Castro Díaz, A. Mangeney. “A new Savage-Hutter type model for submarine avalanches and generated tsunami Source”. Journal of Computational Physics 227 (16): 7720-7754, 2008

    ANIMACIONES: http://anamat.cie.uma.es/animaciones

    En el apartado “Interacción rápida entre un medio granular y un fluido - Generación de algunos tipos de Tsunamis”, las dos primeras animaciones corresponderían a simulaciones de lo que ocurriría en el caso de un desprendimiento de roca en una ladera cercana a una masa de agua. Dependería del tipo de material:
    CASO 1: Toda la capa de roca llega hasta el fondo y se produce una gran ola.
    CASO 2: El material caído queda retenido en la pendiente, y la parte que se introduce en el agua produce una ola más pequeña.

    Más información:

    - Proyecto de Modelado, Simulación Numérica y Análisis del Transporte de Sedimentos en los Abanicos Submarinos de los Ríos de Andalucía Oriental: http://anamat.cie.uma.es/mosaico

    - Grupo de investigación: http://www.damflow.org

    Fuente: SINC

    Un modelo matemático para predecir los 'tsunamis' y las avalanchas submarinas

    EUROPA PRESS

    MADRID.- Un equipo de científicos españoles y franceses ha presentado un modelo que estudia y puede predecir 'tsunamis' y avalanchas submarinas mediante ecuaciones matemáticas, según informa el Servicio de Información y Noticias Científicas (SINC).

    El texto, publicado en 'Journal of Computational Physics', explica que las llamadas ecuaciones 'Savage-Hutter' permiten plantear la necesidad de tener en cuenta el acoplamiento entre las dos capas implicadas en los procesos de las avalanchas submarinas: el agua y la roca.

    "Estudiar el acoplamiento bicapa es complicado pero fundamental en la dinámica total, porque los movimientos de las rocas hacen que se mueva el agua, pero también las posibles mareas de agua pueden desplazar el material granular", comenta el profesor de Matemática Aplicada de la Universidad de Sevilla y autor del trabajo, Enrique Fernández Nieto.

    Según los científicos, estos fenómenos se ven favorecidos tras la caída de rocas por la existencia de una pendiente abrupta del fondo, por un acúmulo de material, o por un fuerte oleaje que desestabilice la capa de sedimentos y la haga caer.

    Para deducir el modelo, los matemáticos han tenido en cuenta la porosidad de los sedimentos, las fuerzas que interactúan en el proceso y el "término de fricción de tipo Coulomb", que hace referencia a los parámetros de la ecuación que se oponen al movimiento de la masa de roca al caer.

    En este sentido, Fernández pone el ejemplo de una columna de agua en un recipiente del cual se abre una compuerta. "El líquido se desparrama y converge en una superficie horizontal, constante y quieta. Sin embargo, cuando se realiza el mismo experimento con una columna de granos de arena, el estado final tiene forma de campana. Los términos que producen esa solución final con pendiente -ya no horizontal-, debida a la fricción entre las partículas, es a lo que se refiere el término de 'fricción de tipo Coulomb'", añade.

    Los matemáticos han comprobado la eficacia de sus ecuaciones con los datos del 'tsunami' de Papúa Nueva Guinea en 1998. En la actualidad, el Instituto Español de Oceanografía (IEO), dentro de un proyecto conjunto financiado por la Junta de Andalucía, está aplicando el modelo para analizar desprendimientos de tierra de la isla de Alborán en Almería.

    Además de la Universidad de Sevilla, han participado en el estudio científicos de la Universidad de Málaga, de la Escuela Normal Superior de París, de la Universidad francesa de Savoie, y del Equipo de Sismología del Instituto de Física 'du Globe' de París.

    Cómo predecir el efecto de un 'tsunami'

    Científicos españoles diseñan un modelo matemático para calcular el comportamiento de las olas gigantes

    PEDRO CACERES

    MADRID.- El funesto tsunami que asoló el sudeste asiático a finales de 2004 ha agudizado el temor hacia estos fenómenos geológicos. Aquel terrible suceso también ha impulsado la investigación sobre las causas y las consecuencias de los maremotos, un área de estudio que no deja de ofrecer novedades.

    La última de ellas es la que ofrece en las páginas de la revista Journal of Computational Physics un equipo de científicos españoles y franceses, que han presentado un modelo matemático que por medio de ecuaciones permite estudiar las avalanchas submarinas y ciertos tipos de tsunamis. Los autores están aplicando ya la herramienta matemática para analizar desprendimientos ocurridos en el pasado en la isla de Alborán, frente a las costas de Almería, que generaron olas gigantes.

    Lo primero que aclara a EL MUNDO Enrique Fernández Nieto, profesor de Matemática Aplicada de la Universidad de Sevilla, es que su investigación se centra en un tipo de tsunamis, aquellos producidos por «deslizamientos de sedimentos submarinos o por corrimientos de tierra ocurridos en superficie y que impactan sobre el agua».

    El maremoto de 2004 no fue uno de ellos, ya que se originó por un movimiento del fondo marino causado por el deslizamiento de las placas continentales. Otros tsunamis se deben a erupciones volcánicas bajo el mar. Pero otros sí se producen por deslizamientos de sedimentos, como el que ocurrió en Papúa-Nueva Guinea en 1998 y que ha sido bien estudiado.

    Prevenir los efectos de fenómenos parecidos es lo que ha impulsado la investigación. Según Fernández Nieto, su modelo sirve para saber «qué va pasar» y calcular la velocidad, el tipo de onda y la altura a la que llegaría a la costa una ola en el caso de producirse un desprendimiento tanto del lecho marino como de la tierra firme.

    Los investigadores aclaran que no pueden decir «cuándo va a ocurrir», pero sí adelantar qué es lo que pasaría si sucediera, con la lógica ventaja en prevención de riesgos que ello supone.

    De hecho, el equipo de matemáticos de las universidades de Sevilla y Málaga ha trabajado junto a geólogos del Instituto Español de Oceanografía para trabajar sobre zonas susceptibles de sufrir estos fenómenos. Se trata de aquellas áreas costeras con «pendiente abrupta y que tienen un río cercano con gran aporte de sedimento». Conocidos los riesgos, se podría actuar incluso para llevar a cabo pequeñas voladuras controladas para evitar males mayores.

    elmundo.es

    Vídeo:

    Vea la simulación animada de un 'tsunami' en la sección de Ciencia.

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