Bolhas de areia. Cientistas encontram explicação física para deslizamentos de terra e vulcões

Uma equipa de cientistas descobriu como dois tipos de areia se comportam como líquidos, o que permite uma melhor compreensão sobre processos geológicos, como deslizamentos de terra e vulcões.

Pela primeira vez, engenheiros demonstraram como “bolhas” de grãos mais leves se podem formar na areia, assim como noutros fluidos, apesar de os materiais granulares terem tendência a misturar-se.

Apesar de os grãos de areia individuais serem sólidos, quando os juntamos têm tendência a comportarem-se como um fluido. É fácil entendermos esta informação se pensarmos em dunas de areia a desmoronarem-se ou areia a fluir dentro de uma ampulheta. Estes são os chamados materiais granulares.

De que forma estes materiais granulares fluem era, até agora, um mistério. Na dinâmica de fluidos, existe um mecanismo de instabilidade chamado Rayleigh-Taylor (RT), que acontece quando um fluido de baixa densidade empurra outro de alta densidade. Mas nada semelhante tinha sido observado num material granular.

“Achamos que a nossa descoberta é transformadora”, afirmou o engenheiro químico Chris Boyce, da Universidade de Columbia, nos Estados Unidos.

“Encontramos um análogo granular de uma das últimas grandes instabilidades mecânicas dos fluidos. Enquanto os análogos de outras grandes instabilidades foram descobertos em fluxos granulares nas últimas décadas, a instabilidade RT escapou à comparação direta”, acrescentou, citado pelo Science Alert.

A equipa descobriu que tanto a vibração quanto o fluxo ascendente de gás através de um material granular podem produzir um processo muito semelhante à instabilidade RT. Este estudo é o primeiro a demonstrar que as “bolhas” de areia mais leve se formam e sobem através da areia mais pesada, quando os dois tipos de areia estão sujeitos à tal vibração vertical ou ao fluxo de gás.

Na prática, da mesma forma que as bolhas de ar e de óleo se elevam na água porque são mais leves e não se misturam com a água, as bolhas de areia leve elevam-se através da areia mais pesada.

Através de modelos experimentais computacionais, os cientistas chegaram à conclusão que os aglomerados de grãos maiores e mais leves permitem que o gás (que, neste caso, é o ar) flua mais facilmente do que os grãos menores e mais pesados. Este processo aumenta a tensão entre a força de arrasto ascendente criada pelo fluxo de gás e as forças de contacto que “empurram” para baixo, criando uma instabilidade semelhante à RT.

De acordo com os cientistas, esta recente descoberta, cujo artigo científico foi publicado na PNAS, pode explicar as formações geológicas e os processos subjacentes aos depósitos minerais e pode ser usada em tecnologias de processamento de poeira nas indústrias de energia, construções e produtos farmacêuticos.

A equipa está especialmente empolgada com o impacto potencial das descobertas nas ciências geológicas, já que as tais instabilidades podem ajudar os cientistas a entender como se formaram as estruturas ao longo da História e prever como se poderão formar no futuro.

ZAP //

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