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20 de Octubre de 2020
Física

Consiguen explicar el fenómeno de las «aguas muertas»

Barcos que se enlentecen o que incluso acaban detenidos sin razón aparente: el fenómeno de las aguas muertas ha sido un enigma durante años. Ahora, un trabajo afirma haber esclarecido su origen.

La estructura del golfo de Ambracia (imagen), donde en el año 31 a.C. la flota de Marco Antonio y Cleopatra fue derrotada por la de Octavio en la batalla naval de Accio, podría favorecer la formación de aguas muertas. [NASA]

En el año 31 antes de nuestra era, durante la guerra civil que vivió la República romana tras el asesinato de Julio César, la flota de Marco Antonio y Cleopatra fue derrotada por la de Octavio en la batalla naval de Accio. Ocurrida en el golfo de Ambracia, al noroeste de Grecia, en ella el ejército de Octavio habría logrado la victoria debido a un avance anormalmente lento de la flota enemiga. ¿Qué impidió que los barcos de Marco Antonio y Cleopatra alcanzaran la velocidad suficiente para embestir a los de Octavio?

Según una leyenda referida por Plinio el Viejo, las rémoras, peces succionadores, se adhirieron a los cascos de las naves y las frenaron. Sin embargo, para Germain Rousseaux y sus colaboradores de la Universidad de Poitiers, aquel desenlace pudo deberse a un fenómeno que desde hace años intriga a los investigadores: las llamadas «aguas muertas». En un trabajo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, Rousseaux y su grupo afirman haber dilucidado su origen.

El explorador noruego Fridtjof Nansen describió el fenómeno de las aguas muertas en 1893, cuando su barco se vio frenado de manera inexplicable durante una expedición al norte de Siberia. Poco después, en 1904, el físico y oceanógrafo Vagn Walfrid Ekman se propuso estudiar el proceso a partir de experimentos de laboratorio.

Ekman concluyó que, cuando un barco atraviesa una zona marítima estratificada (es decir, formada por capas de diferente densidad debido a su salinidad o temperatura), se forman ondas bajo la superficie en la interfaz entre dos capas; típicamente, entre una de agua dulce y otra de agua salada. Tales situaciones pueden darse, por ejemplo, en un fiordo o en el océano Ártico debido a la fusión de un glaciar o de una masa de hielo. Como resultado, esas olas submarinas generan un arrastre que puede llegar a frenar el barco.

Tanto los experimentos de Ekman como otros posteriores habían observado dos tipos de procesos, que Rousseaux y sus colaboradores han bautizado ahora como «arrastre de Nansen» y «arrastre de Ekman». En el primero, el barco tiende a alcanzar una velocidad constante. En el segundo, la velocidad de la nave termina oscilando: un fenómeno de resistencia dinámica para el que hasta ahora no se conocía una explicación clara. Dicho régimen nunca se da en mar abierto, sino que solo se produce en configuraciones con confinamiento lateral, como las que pueden darse en canales fluviales o en la entrada a un puerto.

El problema reside en que, a la hora de estudiar el fenómeno en el laboratorio, ambos regímenes resultan difíciles de disociar. A tal fin, Rousseaux y sus colaboradores examinaron el movimiento de un barco modelo que avanzaba sobre agua estratificada con diferentes condiciones y, al mismo tiempo, efectuaron un análisis matemático del proceso. Gracias a ello, los autores han conseguido demostrar que el régimen de Ekman se halla relacionado con la formación de un frente de ondas de presión variable bajo la nave. «Ese frente aparece por la combinación de la estratificación, la contención lateral y la aceleración inicial de un barco que parte con velocidad nula o baja. Se comporta como una cinta transportadora abollada sobre la que se mueve la nave», explica Rousseaux.

Los autores también han demostrado que el régimen de Ekman constituye un fenómeno transitorio que acaba por amortiguarse, de modo que el avance del barco tiende de manera gradual al régimen de Nansen. Así pues, mientras se encuentre en la zona estratificada que da lugar al fenómeno de las aguas muertas, la velocidad de la nave disminuirá hasta estabilizarse en la velocidad límite que impone el régimen de Nansen.

¿Y qué hay de la batalla de Accio? La entrada al golfo de Ambracia es poco profunda y en ella se acumulan grandes cantidades de agua dulce debido a la desembocadura cercana de varios ríos. Como consecuencia, ofrece unas condiciones favorables para la formación de aguas muertas: una trampa marina que habría impedido que la flota de Cleopatra y Marco Antonio escapase del bloqueo de los barcos de Octavio.

Théo Torcq

Referencia: «The dual nature of the dead-water phenomenology: Nansen versus Ekman wave-making drags», Johan Fourdrinoy et al. en Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 117, págs. 16770-16775, julio de 2020.

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