Un estudio publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias muestra que el movimiento de gotas de lluvia sobre laderas de tierra seca provoca una erosión mayor de la que se había estimado hasta ahora (publicada).
Los autores indican que, tras el impacto inicial, las gotas no solo salpican el suelo, sino que pueden seguir rodando y formar lo que llaman “bolas de arena”, capaces de movilizar hasta diez veces más sedimento que la salpicadura primaria.
La investigación se desencadenó a partir de observaciones de campo en la Ruta de la Sorge en Ecublens, Suiza, donde los investigadores vieron gotas que descendían por la ladera recogiendo granos de arena. Tras documentar el fenómeno con cámaras, llevaron el estudio al laboratorio para examinar con detalle cómo cambian la forma y el comportamiento de las gotas en estas condiciones.
Los detalles de la investigación
En laboratorio recrearon la situación con una rampa de 1,2 metros cubierta de arena de silicato seca e inclinada a 30 grados. Este montaje permitió registrar con precisión la evolución morfológica y dinámica de las gotas mientras rodaban por la pendiente. Las observaciones muestran que, al descender, las gotas aceleran y aumentan su capacidad para arrastrar sedimento.
Según los autores, “durante la etapa inicial de rodadura, las gotas aceleran y elevan la tasa de arrastre de sedimentos. Conforme se incrementa la fuerza centrífuga, la gota pierde su forma redondeada, y la interacción entre el líquido y los granos desplazados culmina en la creación de bolas de arena”.
El estudio identifica dos morfologías principales de estas bolas de arena: tipo cacahuete y tipo rosquilla. Las bolas de tipo cacahuete se forman a velocidades menores y acumulan granos principalmente en la superficie; su masa puede estabilizarse, aumentar en una fase ulterior o fragmentarse, lo que altera su velocidad. Al alcanzar una superficie plana al final de la pendiente, tienden a desintegrarse rápidamente.
Por su parte, las estructuras en forma de rosquilla presentan mayor densidad y opacidad porque los granos quedan encapsulados dentro del anillo de líquido. Los investigadores se sorprendieron al observar rosquillas formadas bajo condiciones experimentales distintas a las que suelen producirse en gotas puras: la mezcla de agua y glicerol utilizada favoreció su aparición a velocidades menores que las registradas en campo.
El equipo describe que “las rosquillas completamente desarrolladas continúan acelerando (por encima de 1 m/s) hasta que, en ocasiones, se rompen. Esta rotura sucede cuando la tracción centrífuga excede la cohesión capilar, dando lugar a fragmentos de bolas de arena que continúan rodando por la pendiente”.
Comparado con la salpicadura inicial, el arrastre provocado por estas bolas de arena incrementa notablemente la cantidad de suelo movilizado; en los experimentos este efecto alcanzó hasta diez veces la remoción provocada por el impacto directo de la gota.
Estos hallazgos pueden afectar los modelos de erosión del suelo, que se usan para planificación de conservación, gestión territorial y evaluación ambiental. Al evidenciar un componente de arrastre posterior al impacto, el estudio sugiere que los modelos deberían incorporar datos empíricos sobre este mecanismo para estimar mejor la pérdida de suelo y los sectores de mayor riesgo.
Además de la geotecnia y la ingeniería ambiental, el fenómeno tiene posibles aplicaciones en procesos de granulación en ciencia de materiales, biotecnología, industrias farmacéutica y alimentaria, y en la física de la nieve, donde la autoorganización de gotas y partículas puede ser relevante.
Los autores resaltan la eficiencia energética del proceso: ajustando condiciones iniciales de la gota, la mezcla de líquido y partículas se autoorganiza hasta un estado crítico, lo que sugiere un método de granulación de baja energía con aplicaciones industriales.
El análisis muestra que la formación y el comportamiento de las bolas de arena dependen de variables como la pendiente, la composición del líquido y el tipo de partículas. La ruptura de las rosquillas, al superar la cohesión capilar, introduce nuevos fenómenos en la dinámica no lineal de sistemas granulares y fluidos.
Mediante cámaras de alta resolución y seguimiento avanzado, el equipo reconstruyó las fases completas del ciclo de una gota —desde el impacto hasta la desintegración— y concluyó que tanto la cantidad como la forma de movilización del suelo modifican la comprensión de la erosión.
El hallazgo de que las gotas pueden reorganizarse en estructuras híbridas por acción de la gravedad, la centrifugación y la interacción con partículas amplía la perspectiva sobre los mecanismos erosivos y su posible traducción a procesos naturales e industriales.
