Papers en primera persona: “Sumergirse” en ríos submarinos gracias a simulaciones computacionales

El paper fue publicado el 12 de marzo de 2021 en Nature Communications. El paper fue publicado el 12 de marzo de 2021 en Nature Communications.

Santiago Zúñiga es uno de los autores del paper sobre corrientes submarinas que se publicó en la revista Nature Communications. En este artículo responde cinco preguntas sobre el trabajo que realizó en equipo con especialistas en mecánica de fluidos.

Fecha de publicación: 12/03/2021

“Anatomy of subcritical submarine flows with a lutocline and an intermediate destruction layer” es el título del artículo (o paper) que se publicó el 12 de marzo en el journal Nature Communications. El estudiante de Doctorado en Ciencias de la Ingeniería Santiago Zúñiga responde aquí cinco preguntas de la sección “Papers en primera persona” del Área de Comunicación Institucional y Prensa del Instituto Balseiro para explicar de qué se trata esta investigación.

Zúñiga es egresado de Ingeniería Mecánica (2016) y de la Maestría en Ingeniería (2018) de Balseiro. En la actualidad es becario doctoral de CONICET en el departamento de Mecánica Computacional del CAB. La dirección de su tesis de doctorado está a cargo del Dr. Ing. Mariano Cantero, del Instituto Balseiro, y la co-dirección es realizada por el Dr. Sivaramakrishnan Balachandar, de la Universidad de Florida, Estados Unidos. Los tres firman el paper junto a Jorge Salinas, Mrugesh Shringarpure, Juan Fedele y David Hoyal.

Nacido en Neuquén Capital, creció en la ciudad de Allen, Río Negro. Tiene 29 años. “Desde muy pequeño me interesó la ingeniería y la ciencia, y estudiar en el IB siempre fue un sueño por su renombre. Cuando tuve la oportunidad de rendir el examen de ingreso no lo dudé”, cuenta a modo de presentación. Aún le quedan dos años para finalizar su carrera de doctorado.

-El paper está firmado por 7 investigadores, de Argentina y Estados Unidos, del Balseiro, de la Universidad de Florida y de la empresa ExxonMobil. ¿En qué consiste tu aporte? ¿Podés contar a grandes rasgos cuáles fueron tus tareas?

-El estudio de las corrientes de turbidez por parte del grupo lleva ya muchos años. Por su parte mi director de tesis, Mariano Cantero, comenzó a estudiarlas a mediados de los 2000, en su doctorado y posdoctorado. Jorge Salinas, que fue también estudiante de maestría y doctorado de Mariano Cantero, continuó ese camino en su doctorado y posdoctorado en Estados Unidos, terminando de contestar algunas preguntas que había dejado Mariano sin responder y encontrando nuevas inquietudes. Para el paper publicado, el aporte de los colaboradores que firman el trabajo fue invaluable. En lo personal, comencé mi doctorado hace unos años, en una dirección un tanto distinta y luego me uní a este grupo que ya estaba formado y encaminado. Me dediqué a generar herramientas computacionales nuevas y a modificar algunas ya existentes, finalmente aportando una de las tres simulaciones que aparecen en el trabajo publicado y colaborando con la interpretación de estos nuevos resultados.

-¿Podrías explicar, de la manera más sencilla que puedas en qué consiste el trabajo que uds. demostraron con simulaciones computacionales sobre los mecanismos que explican la “anatomía” de estas corrientes de turbidez subcríticas y esta capa “intermedia” que plantean en su trabajo?

-Primero es importante explicar en qué consiste una corriente de turbidez. Creo que la forma más práctica que se me ocurre es pedirles que se imaginen una avalancha de nieve que avanza por un cauce como si fuera un río. Ahora imaginen que esa avalancha está bajo el océano, que la nieve es materia orgánica y sedimentos, y que mide hasta 1000 km de largo viajando a 50 km/h. Detrás del frente energético, lo que normalmente asociarían a una avalancha, se encuentra un “cuerpo” más estable, que se puede comparar a un “río submarino”. Para el tipo de corrientes que estudiamos en el paper, este cuerpo puede avanzar por cientos de kilómetros sin crecer en altura ni depositar el material que transporta. El por qué de este comportamiento es lo que se buscó responder en el trabajo. En esta zona se pueden definir tres capas distintas entre sí: en primer lugar, una capa inferior, cercana al fondo del océano, altamente turbulenta (“desordenada”) encargada de transportar el material; una capa superior sin turbulencia, que actúa como una “tapa” impidiendo que el flujo de disipe y así pueda recorrer cientos de kilómetros. Finalmente, entre estas dos existe una capa intermedia, encargada de destruir la turbulencia de la capa inferior y separarla de la capa superior. La existencia de esta capa y los mecanismos con los que destruye la turbulencia del fondo resultan muy contraintuitivos para los que trabajamos en el tema, es como si les dijera que una bolita rueda hacia arriba en una pendiente, es completamente al revés de lo que conocemos. El entendimiento de estos mecanismos es uno de los grandes aportes del trabajo que publicamos. Para obtener estos resultados, realizamos simulaciones usando miles de procesadores en paralelo, en la supercomputadora de la Universidad de Florida, USA.

-¿Podrías contar de forma simple, para un público general, qué es la lutoclina y para qué puede servir el conocimiento generado en este paper a futuro?

-La lutoclina es la capa superior que mencioné anteriormente, que actúa como una “tapa” entre la corriente, cargada de material, y el agua ambiente “limpia” del océano. La existencia de esta capa, en el tipo de corrientes de turbidez que estudiamos, permite que el flujo avance por cientos de kilómetros de distancia sin depositar el material que transporta y sin crecer mucho en altura. La existencia de esta capa no sería posible sin la capa intermedia que planteamos en el paper. Lo que motiva el estudio de las corrientes de turbidez son los depósitos que generan, ya que material orgánico que transportan y luego depositan es lo que, en unos cuantos millones de años, formará reservorios de petróleo y gas. Estudiar los mecanismos por los que se forman estos depósitos es fundamental para entender la formación de los reservorios, lo que a su vez es de utilidad para poder localizarlos y realizar la extracción de los hidrocarburos.

-¿Qué es lo que más te gustó de hacer este trabajo?

-Creo que trabajar en ciencia de punta siempre es muy apasionante, sin importar el tema. En lo particular, el estudio de flujos geofísicos es algo que me interesa mucho, y trabajar con colegas cuyo conocimiento en el tema está siempre en la vanguardia es realmente muy gratificante. Poder aportar un granito de arena al entendimiento de un fenómeno tan complejo e interesante como las corrientes de turbidez me llena de satisfacción. Aún quedan muchas preguntas para responder en el ámbito de las corrientes de turbidez. Algunas de las más inmediatas que buscamos responder en el grupo son: ¿qué sucede si ocurre un cambio abrupto de pendiente en el fondo? ¿Cuál es el efecto de tener sedimentos de distintos tamaños siendo transportados? ¿Cómo interactúa la corriente con el lecho oceánico y que estructuras (dunas, etc.) forma? Además de las simulaciones computacionales de gran tamaño que venimos haciendo, yo estoy trabajando en implementar herramientas de machine learning e inteligencia artificial, un tema que me interesa mucho, para llevar nuestro trabajo aún más a la vanguardia de la investigación.

-¿Querés agregar algo más?

-Quería agradecer a mi familia que siempre me apoyó.

Por Laura García Oviedo / Área de Comunicación del Instituto Balseiro

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