“El tsunami de 2004 en Sumatra no fue de tipo solitón” gana el premio al mejor artículo en física de fluidos de 2008

El 26 de diciembre de 2004 a las 01:58 AM hora peninsular española se inició un terremoto submarino con una escala entre 9.1 y 9.3, con epicentro en la costa oeste de Sumatra, Indonesia, que provocó el mayor tsunami conocido en los últimos tiempos. En las costas del Océano Índico fallecieron más de 225.000 personas en 11 países, con olas que inundaron la costa de hasta 30 metros de altura. El magistral físico y divulgador Manuel García Velarde (quien fue mi profesor de física de primer curso en la UNED, años há) afirmó en su momento que dicho tsunami era el ejemplo de un tipo de onda no lineal llamada “solitón disipativo” en su charla al el XIII Premio DuPont de la Ciencia, titulada “Sin fluidos no hay vida y nadie es perfecto.” Ciertamente, nadie es perfecto.

El tsunami de 2004 en Sumatra no fue un ejemplo de onda de tipo solitón. Nos lo aclara a la perfección el artículo de Adrian Constantin y Robin S. Johnson que ha ganado el premio al mejor artículo en Física de Fluidos de 2008 concedido por el británico Institute of Physics (IOP). Es un premio simbólico que ha valorado no sólo el contenido técnico sino también lo bien preparado e ilustrado que está el artículo de A. Constantin, R.S. Johnson, “Propagation of very long water waves, with vorticity, over variable depth, with applications to tsunamis,” Fluid Dynamics Research 40: 175-211, 2008 . Gracias al premio el artículo es de acceso gratuito durante todo el año 2009. Si te atreves a leerlo, ánimo, las primeras 7 páginas de son de fácil lectura incluso si no sabes física de fluidos. El desarrollo asintótico que se presenta en las 30 restantes requiere que domines los métodos asintóticos en física de fluidos.

Adrian Constantin (izquierda) y Robin S. Johnson (derecha) en el Workshop "Wave Motion" en feb. 2009.
Adrian Constantin (izquierda) y Robin S. Johnson (derecha) en el Workshop "Wave Motion" en feb. 2009.

Por cierto, al artículo está muy bien ilustrado, como demustra la Plate 1 que repito aquí (recortada) para quienes no quieran leer más. Por cierto, las Plates del artículo probablemente habrán influido también en el premio.

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Tsunami de 26 de diciembre de 2004 aproximándose a la playa Hat Ray Leah en las costa de Krabi, Tailandia. (C) Scanpix.

El terromoto en el fondo del mar, en aguas poco profundas, provoca que se genere una onda oceánica de pequeña amplitud y gran longitud de onda (muy ancha) que genera un frente que se propaga hacia la costa. En el tsunami de Sumatra el frente tenía forma elíptica, unos 100-200 km de ancho y unos 1300 km de largo. En el artículo los autores estudian el frente aproximamadmente plano que se aproximó a la costa de Sumatra y Tailandia. El otro frente se adentró en el océano Índico. Desde la costa, primero se vieron 6 frentes de onda que se aproximaban a las playas de Hat Ray Leh en el sur de Tailandia (ver la foto de arriba). Olas de unos 10 m. Pequeñas olas que precedieron a la llegada de la gran ola (se ven muy en la foto de abajo). La presencia de estas pequeñas olas en la parte delantera de la gran ola va en contra de la teoría de que el tsunami sea un solitón, ya que en dicho caso, las posibles pequeñas olas tendrían que ir detrás de la gran ola y no antes de ella (según la teoría de solitones disipativos). Una breve introducción a los solitones en general y como tsunamis en particular.

Tsunami del 26 de diciembre de 2004 aproximándose a la isla de Koh Jum, cerca de la costa de Tailandia.
Tsunami del 26 de diciembre de 2004 aproximándose a la isla de Koh Jum, cerca de la costa de Tailandia.

La evidencia apunta a que la teoría lineal de la propagación de ondas de superficie de gran longitud en el océano permite describir el comportamiento del tsunami. El artículo técnico presenta el análisis matemático de este problema desde dicho enfoque, ondas de longitud muy grandes, efectos no lineales muy débiles y una variación de la profundidad del mar suave. El movimiento está controlado por efectos lineales hasta que la onda llega a la costa, cuando ya tiene varios metros de altura, comparable a la profundidad del fondo, momento en el que entran en acción los efectos no lineales y se genera la característica cresta de la olas. En este momento la velocidad de las olas alcanza entre 40 y 50 km/h.

El estudio considera que la evolución de la onda tsunami está controlado por la dispersión. Los autores del estudio utilizan las ecuaciones de fluidos de Euler (sin fricción o pérdidas de energía) en dos dimensiones (corte transversal), sin tener en cuenta los efectos de la tensión superficial, teniendo en cuenta la variación del fondo (profundidad del agua). Lo más interesante del artículo es la incorporación del movimiento del fluido bajo la superficie mediante la adición de una contribución debida a la vorticidad que permite explicar, por ejemplo, como se ha generado la perturbación inicial que generó el tsunami. También es sorprendente que el análisis muestra que conforme el tsunami se acerca a la costa desde mar profundo su comportamiento es esencialmente no dispersivo, lo que se esperaría si fueran de tipo solitón, dominado por los efectos no lineales débiles, siendo la dispersión importante sólo en el frente de la onda (que suaviza).

Sin entrar en detalles técnicos, la clave del desarrollo asintótico (aproximado) que se presenta en el artículo es la elección correcta del parámetro pequeño utilizado. La ventaja de este tipo de análisis respecto al ataque directo del problema mediante simulacioens por ordenador usando métodos numéricos es que permite comprender más fácilmente cómo afectan cada uno de los términos físicos que afectan al problema. Por ejemplo, se ha demostrado que el número de olas pequeñas “delante” de la gran ola depende críticamente de la forma de la ola inicial generada por el terremoto. La importancia de la contribución de la variación de la profundidad también se nos muestra muy clara en este análisis.

En resumen, un artículo que, de no recibir el premio, en su segunda edición, pasaría desapercibido para todos, excepto los lectores habituales de Fluid Dynamics Research. Yo no me encuentro entre ellos. Journal of Fluid Mechanics y Physics of Fluids ya tienen demasiadas páginas al año como para que mis ojos se puedan recrear en artículos de fluidos en otras revistas, salvo el Annual Review, claro está. La prensa rosa es lectura obligada.

7 Comentarios

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pipepipe

lolamento por lo susecido es una gran tragedia
pero es una pregunta nada q ver
pero la cancion q usaron en ese video del tsunami que cancion es me pueden decir porfavor gracias

iraira

gracias por poner el link del artículo porque ahora que nadaba preparando mi clase de oceanografía, abordaré el tema de ondas de largo periodo entre las que se
encuentran los Tsunamis, creo que será un buen artículo para que lean los alumnos de física..
gracias

emulenewsemulenews

Muchas gracias a tí, Ira, por el comentario. Siempre es un placer saber que lo uno escribe no cae en saco roto. Una de las ideas motoras de este blog es que alguna de las cosas que cuento sea aprovechada por docentes que como yo aprovechan la divulgación para motivar a sus alumnos.

candelacandela

que horrible que tantas personas se queden sin hogar por culpa de la naturaleza

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