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Cecilia GarraffoJuan Carlos GilGastón GiribetFrancis VillatoroBorja Tosargravedad hidrodinámica estalactitas estalagmitassistema acoplado estalactita estalagmitaquímica física estalactitas estalagmitasJuan Carlos GilShortBaigetsGoldsteinKolmogorovteorema PiThe Drinking StrawEspañaArgentinaWikipediacarbono-14carbono-12carbono-13Gastón GiribetJuan CarlosNéstor EduardoH2CO3IUPACShapes of Ideal StalagmitesFrancis VillatoroHarvardKumrun Baffacarbono 14carbono 12carbono 13SerbiaCueva de Ceres MosniaFigura 16
Química Física geometría estalactitas
Ep530: Estalagmitas; Deepmind; Entrelazamiento y Gravedad; Gravitones; Halloween
30 de octubre de 202513 momentos
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Juan Carlos Gil explica cómo la gravedad y la hidrodinámica interactúan en la formación de estalactitas y estalagmitas, generando un sistema complejo que rompe la simetría entre ambos elementos.
…análisis, porque al tener una nueva cosa con escalas. Pero curiosamente tienes que meter en tu mente de físico, permíteme Gastón, el hecho de que ha habido un cambio químico y ambos van a competir ahí por formar las estructuras y aquí el cambio químico es muy Relevante y además de todo lo que hemos dicho, tenemos la gravedad, la hidrodinámica y bueno, pues se forma ahí un lío que desmorona completamente la posible naive simetría entre estalactitas y estalagmitas. Esto es un sistema acoplado, efectivamente, la estalactita es la madre de la estalagmita, pero su química física es diferente. Tan es así que el modelado teórico De las estalagmitas, las del suelo, no se había resuelto analíticamente, mientras que el de las estalactitas os había dicho que sí. En 1965 Herbert Franke propuso un modelo, un modelo para las estalagmitas que describe su crecimiento, suponiendo una tasa…
Significado #1 · Palabras #2
Francis Villatoro introduce el artículo que va a presentar Juan Carlos, titulado 'Shapes of Ideal Stalagmites', que trata sobre la forma de las estalagmitas y estalactitas.
Habla: Francis VillatoroSignificado #17formas de las estalagmitas idealartículo shapes of ideal stalagmitesestalactitas y estalagmitas formas…mis colegas, y que entiendo que hay cosas que hacen daño, pero hay otras que también tienen un punto cuando dice que la gente es muy conservadora en ciencia. Sí, cierto. Juan Carlos, ¿tú quieres opinar algo o pasamos directamente a tu tema? Bastante lo he ya. Bueno, pues vamos a pasar al artículo que nos va a contar Juan Carlos, que se titula Shapes of Ideal Stalagmites, algo así, formas: la forma o las formas de la estalagmita ideal. El artículo discute tanto estalagmitas como estalactitas; la forma aplica en ambos casos y muchos de los ejemplos en realidad son estalactitas. Bueno, se centra en estas lagmitas, ahora os lo cuento. Primero quería, dime: y no, digo que es un artículo en Pinas y que se publicó muy recientemente. Los autores, el autor principal es Piotr Smizap, que como es polaco yo no sé pronunciarlo, y está también Anthony Ladd y Matej Lipar y Dean Pekarovic; y bueno, es…
Juan Carlos Gil explica la relación entre la presencia de estalactitas y la actividad biológica en planetas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #13estalactitas actividad biológica planetariadióxido carbono ácido carbónico formacióncarbonato calcio bicarbonato solubilidadnomenclatura iupac hidroxinodocarbonato calcioatmósfera de cuevas presión dióxido carbonoestalactitas precipitación carbonato calciodesgasificación dióxido carbono cuevaequilibrio disociación bicarbonato estalactitas…de bar, que viene a ser 25 o 250 veces más que en la atmósfera, a pesar de que ya estamos a 430 partes por millón y nos empeñamos fuerte en seguir subiéndola. Cuando el agua de lluvia cae sobre el suelo, se filtra y alcanza este dióxido de carbono biogénico. estoy diciendo que en planetas donde no haya vida no debería haber estalactitas. Es sorprendente cuando veo la estalactita colgando, bueno, pues puedes recordar que es como una especie de huella fósil pétrea del hecho de que tenemos actividad biológica. Entonces cuando el agua de lluvia se cuela y disuelve, perdón, y se lleva por delante este dióxido de carbono, forma ácido carbónico; es la primera reacción que ocurre, H2CO3, aumenta claro el pH, es un ácido débil, pero es suficiente para disolver la caliza del subsuelo. La caliza es carbonato de calcio. Se genera bicarbonato de calcio o hidroxinodocarbonato de calcio en nomenclatura IUPAC que sí es soluble; carbonato de calcio es muy poco soluble. Y es este bicarbonato el que se ve arrastrado por el agua y está por ahí disuelto, y este agua cargada de bicarbonato puede entrar en una Cueva, encuentra una atmósfera; las cuevas tienen atmósfera. Si estuviese en el vacío no habría stalagmitas tampoco; encuentra una atmósfera. La presión parcial del dióxido de carbono es mucho menor, típicamente entre una milésima y una centésima de bar, 10 veces inferior a la del suelo y entonces se produce una desgasificación; el dióxido de carbono se libera en la cueva, con lo cual el equilibrio de la disociación del bicarbonato se desplace hacia la izquierda y por tanto el carbonato de calcio precipita en forma sólida y esto es lo que forman las estalactitas. Decía que el subsuelo tiene caliza, la caliza es una roca, una roca sedimentaria, ¿recordáis? La roca era un conjunto de minerales, bueno, es fundamentalmente carbonato de calcio pero tiene otras impurezas. Sin embargo, al precipitar en el interior de las…
Juan Carlos Gil explica las características de las estalactitas, definiéndolas como espeleotemas que cuelgan del techo de las cuevas y describiendo su formación a partir de una única gota de agua.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #8 · Palabras #5estalactitas espeleotemas gooteoformación estalactitas gota de aguacalcita reguero paredes estalactitastubito capilar agua goteandothe drinking straw españa argentina…cosa diferente porque recuerda esa forma y tú tienes que ponerte allí y mirar, a ver, ¿lo veo o no lo veo? Como con las nubes. Y decir que sí, si no quedas mal. Sí, sí, tienes que decir que sí, que lo ves, claro. Bueno, pero a nadie se le escapa que los dos. espeleotemas más conocidos son estalactitas y estalagmitas. Las estalactitas, del griego estalactos, que significa gootear, son esos, los espeleotemas que cuelgan del techo. Las que están en la imagen que hemos utilizado hoy para el programa. Las estalactitas nacen de una única gota que al caer deja tras de sí un fino reguero de calcita por el mecanismo químico que os he comentado y este reguero forma un tubito, un tubo hueco con unos pocos milímetros de diámetro en las paredes y en este tubo capilar es por donde sigue fluyendo el agua y sigue goteando y se va precipitando en su extremo. Por eso a veces se forman estalactitas larguísimas y muy finas. A esta configuración se le llama The Drinking Straw. Pajita en España, bombilla en Argentina y lo he buscado en Wikipedia y vamos, cada país tiene un nombre para Este objeto. Debe ser el que más términos agrupa. O sea, Gastón, ¿le llamáis bombilla tanto a lo que utilizáis para el mate como a la pajita? No, la pajita es pajita, pero al menos en Buenos Aires, no sé, qué sé yo, llamamos las cosas distinto, no sé, yo…
Juan Carlos Gil explica cómo Short, Baigets y Goldstein desarrollaron un modelo que considera la frontera entre el líquido y el sólido como parte del problema para entender el crecimiento de las estalactitas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #5 · Palabras #3estalactitas crecimiento miles añosobstrucción flujo agua estalactitascambio composición afecta estalactitasmovimiento tierra altera crecimiento estalactitasmodelo frontera libre short baigets goldsteincrecimiento estalactitas flujo agua reacción químicaformas ideales estacionarias estalactitasley geometría simple estalactitasestalactita perfil axisimétricoley kolmogorov flujo turbulentoradio estalactita potencia 4 3…Aires, pajita es pajita, y bombilla es la del mate. No hay otra. Exactamente, yo recordaba la bombilla del mate, pero como ha dicho eso Juan Carlos. Sí, pero puede ser, puede ser que en algún otro lado. Yo también. Si hay alguien de Mendoza que me corrige. Bueno, pues estábamos viendo cómo crecieron las estalactitas y de esta forma por el interior del tubito, pues se puede crecer muchísimo tiempo, miles de años. Bueno, eventualmente aquello se tiende a obstruir, un cambio en el flujo de agua o el cambio de la composición, o se mueve físicamente por un movimiento de tierra, y entonces se produce un cambio en el régimen del crecimiento y el agua empieza a fluir por el exterior. Esta láctima pasa de ser hueca a maciza y entonces sí empieza a tomar la forma cónica más típica porque esta estrechita de pajita solamente se forma dependiendo de cuando se atore en los primeros miles de años. Bueno, este proceso que os he contado está resuelto teóricamente. En 2005, una serie de trabajos por Short, Baigets y Goldstein desarrollaron un modelo de frontera libre. Esto significa que la frontera entre el líquido y el sólido forma parte del problema; no está fija, sino que se mueve y hay que resolverlo. Combinaron los mecanismos del flujo de agua, la reacción química de precipitación y cómo va creciendo la estalactita y demostraron que bajo condiciones constantes, mientras no cambie el flujo, no se mueva aquello, no haya aire soplando dentro de la cueva; pues las estalactitas acaban alcanzando formas ideales, estacionarias, universales, cuya ley sigue una geometría muy simple, muy simple. El perfil de la estalactita es, por supuesto, axisimétrica y depende del radio al centro, la distancia al eje, elevada a la potencia a 4 tercios, tal cual R elevado a 4 tercios. Esto describe fenomenal la gran mayoría de las formas reales observadas en cuevas y también de experimentos que se han hecho haciendo crecer estalactitas en laboratorios. Que cuando preparaba esta charla me recordó a la ley de los cuatro tercios famosa del flujo turbulento de Kolmogorov, ¿verdad? Observada empíricamente por Lewis Fry Richardson y su cascada de energías que me la sé especialmente bien porque hace unos años en Naukas, Bilbao, di una charla sobre Lewis Fry Richardson que se llamaba Los remolinos grandes tienen remolinos pequeños, ¿os…
Juan Carlos Gil continúa explicando los procesos químicos involucrados en la formación de estalactitas, mencionando un balance entre ácido carbónico y dióxido de carbono.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #7 · Palabras #4ley de los cuatro tercios estalactitasestalactitas estalagmitas formas no especularesformación estalactitas hielo equivalentecaída del agua dióxido de carbonoagua menos ácida carbonato calcioestalactitas etapa química limitanteestalactitas balance ácido carbónicoprecipitación carbonato de calcio estalactitasteorema pi escala estalactitas…núcleo, un punto de nucleación y cristaliza, o en la turbulencia, pues es una competencia entre el avance del flujo y la disipación de energía o de precipitación química y se forma, bueno, lo has explicado mejor tú que yo, una suerte de patrón autosemejante. En distintos medios, y el hielo en particular es equivalente completamente al de las estalactitas No en las estalagmitas, y es lo curioso de este artículo, pero las estalactitas siguen esa ley de los cuatro tercios posiblemente por una relación, llamala, universal Es súper divertido, muy llamativo Y decía, efectivamente, las estalactitas y las estalagmitas, si las miráis, no tienen formas especulares, no es lo mismo, no ocurre lo mismo En estalactitas es fácil, cuatro tercios, está resuelto, pero en estalagmitas pasa otra cosa, la gota se desprende de una estalagmita y cae Y ahí sufre Un proceso durante el aire y la caída que marca un punto de transición, ya es distinto. Durante esta caída se pierde dióxido de carbono, el agua se vuelve menos ácida, está más saturada en carbonato de calcio y mientras que en las estalactitas la etapa química limitante de las que os hablaba antes muy rápidamente, salvo que seáis químicos supongo. ¿Que no lo habréis aprendido? Bueno, era en estalactitas el balance entre ácido carbónico y dióxido de carbono. En las estalactitas, la etapa relevante es la precipitación de carbonato de calcio y que, pensando en las mismas coordenadas que antes, con el teorema Pi, buscar las cosas de escala, ahora. Hay una nueva escala, que es o bien la energía con la que la gota cae al piso, que sería la inversa de la otra escala que podemos pensar, que es la altura desde donde cayó y eso también te cambia todo el análisis, porque al tener una nueva cosa con escalas.…
Juan Carlos Gil explica cómo la gravedad y la hidrodinámica interactúan en la formación de estalactitas y estalagmitas, generando un sistema complejo que rompe la simetría entre ambos elementos.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #1 · Palabras #2gravedad hidrodinámica estalactitas estalagmitassistema acoplado estalactita estalagmitaquímica física estalactitas estalagmitas…análisis, porque al tener una nueva cosa con escalas. Pero curiosamente tienes que meter en tu mente de físico, permíteme Gastón, el hecho de que ha habido un cambio químico y ambos van a competir ahí por formar las estructuras y aquí el cambio químico es muy Relevante y además de todo lo que hemos dicho, tenemos la gravedad, la hidrodinámica y bueno, pues se forma ahí un lío que desmorona completamente la posible naive simetría entre estalactitas y estalagmitas. Esto es un sistema acoplado, efectivamente, la estalactita es la madre de la estalagmita, pero su química física es diferente. Tan es así que el modelado teórico De las estalagmitas, las del suelo, no se había resuelto analíticamente, mientras que el de las estalactitas os había dicho que sí. En 1965 Herbert Franke propuso un modelo, un modelo para las estalagmitas que describe su crecimiento, suponiendo una tasa…
Gastón Giribet explica cómo las formaciones cristalinas, como estalactitas y estalagmitas, comparten ecuaciones con fenómenos aparentemente dispares como la mirror symmetry.
Habla: Gastón GiribetSignificado #19estalactitas estalagmitas mirror symmetryecuación redondeo cubo metalformaciones cristalinas universalidades ecuaciones…la ecuación Bueno, una de las ecuaciones de Mirror Symmetry, que Baffa una vez fue a una charla sobre física de materiales y vio que estos frentes de solidificación de estos paraboloides tenían la misma forma y de hecho se puso a estudiar la formación de. Este tipo de formaciones, de estalactitas, estalagmitas, bordes en un cristal que se solidifica por ejemplo cuando uno tiene un cubo de metal, como vamos a tener un cubo de metal y lo empezás a derretir, obviamente la parte punteaguda deja de serlo, empieza a volverse roma, empieza a redondearse, pero ¿de qué manera se redondea?, ¿cuál es la función de ese redondeo? La ecuación que rige eso, de manera curiosa, es la misma ecuación que aparece en el contexto de la mirror symmetry. Entonces, un poco hablando de universalidades, cuán escurridizos pueden ser los lugares donde la misma ecuación se mete. ¿Cuántos laburos distintos tiene la misma ecuación? Decía Benoit Mandelbrot que la naturaleza es fractal, a menudo nos encontramos leyes a unas escalas que aparecen a escalas completamente distintas. Y no deja de ser, en fin, bueno, chulo, bonito, sobre todo…
Juan Carlos Gil continúa hablando sobre la formación de estalagmitas, señalando que el modelo numérico solo explica las columnares, mientras que en cuevas reales existen otras formas como secciones planas circulares o cónicas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #16estalagmitas columnares modelo numéricosecciones planas circulares cuevas realesformas cónicas estalagmitas estalactitas…leyes a unas escalas que aparecen a escalas completamente distintas. Y no deja de ser, en fin, bueno, chulo, bonito, sobre todo encontrarte por primera vez con esas coincidencias autosemejantes. Decía que el modelo se había explorado numéricamente y se Habían encontrado las estalagmitas columnares. Sin embargo, si os vais a cuevas, veréis que no todas las estalagmitas son columnares. A menudo hay estalagmitas que parecen que las han cortado perfectamente la parte de arriba y tiene una sección plana circular perfecta o incluso hay otras cónicas que sí que recuerdan bastante a las estalactitas y eso no se había encontrado según el modelo numérico. Bueno, pues es en este contexto en el que aparece el artículo titulado La forma de las estalagmitas ideales, que decía Francis, publicado hace nada el 16 de octubre en los Proceedings of the National Academy of Sciences, el PNAS. Los autores, también me voy a…
Juan Carlos Gil explica cómo la formación de estalagmitas puntiagudas está relacionada con una simetría similar a la de las estalactitas invertidas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #9 · Palabras #17estalagmitas puntiagudas simetríaestalactitas invertidas formación estalagmitasimetría estalactitas estalagmitas…está producida, no está controlada por la deposición del carbonato, como ocurre en el resto de las estalagmitas que son más tranquilas, sino por la conversión, el otro paso que os comentaba al principio, la conversión de ácido carbónico en dióxido de carbono. ¿Y qué ocurría eso? ¿Dónde ocurría eso? Que os lo conté al principio, habéis hecho, habéis estado escuchando. En las estalactitas, así que estas sí, estas estalagmitas sí que podrían llamarse estalactitas invertidas de alguna forma. Aquí sí que tenemos esta simetría, se forman las estalagmitas más esbeltas y puntiagudas. Entonces los autores cogieron una serie de especímenes de estalagmitas de la cueva de Postjona en Eslovenia que se habían extraído anteriormente, no van ellos con el martillo, se las cargan, no, se habían extraído para hacer estudios paleoclimáticos,…
Juan Carlos Gil explica que las estalactitas y estalagmitas actúan como un registro de la química que ocurre en la superficie y subsuelo, incluyendo un efecto llamado defracción isotópica del carbono.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #2 · Palabras #11estalactitas estalagmitas registro químicodefracción isotópica carbono superficie cuevaisótopos carbono 12 y 13…naturales del clima pasado a lo largo de miles y decenas de miles de años, semejante a los núcleos de hielo del subsuelo que se extraen ahí a grandes profundidades o de alguna forma los anillos de los árboles, aunque esto es claro a mucho menor escala. Las estalamitas y las estalamitas con el proceso que he contado en la cara del programa pues suponen un registro de la química que ocurre en la parte superior, en la superficie y en el subsuelo por encima de la cueva y en particular hay un efecto que se llama defraccionación isotópica del carbono que hace cambiar cómo se deposita las pequeñas diferencias en la forma en la que se depositan los distintos isótopos del carbono, el 12 y el 13. Porque tienen ligerísimas diferencias en cómo se precipita el carbonato De calcio y cómo se libera el dióxido de carbono. En función de su masa, pequeñísimas diferencias en la masa provocan esas diferencias que comentas. Exacto, y aparecen, luego lo comento. El carbono 14, que nos suena a todos, es radiactivo; bueno, esa es una…
Juan Carlos Gil explica que el carbono-12 y carbono-13 son relevantes para entender el comportamiento químico del carbono en las estalactitas, aunque su fracción es muy pequeña.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #12 · Palabras #7carbono 12 carbono 13 estalactitasfracción pequeña carbono 12 carbono 13comportamiento químico carbonocarbono 14 formación estalagmitabalance carbono 12 carbono 13 formaciónfigura 16 desplazamiento carbono 13estalactita cueva de ceres mosnia…comento. El carbono 14, que nos suena a todos, es radiactivo; bueno, esa es una de sus utilidades. Podría servir para datar las espeleotemas, pero solamente en las razonablemente recientes porque llega a unos 40.000 años y no recuerdo mal, era subida media. Pero vamos, que no sirve para ver dinámicas, que es la gracia que va a tener el carbono 12 y carbono 13 porque su fracción es muy pequeña del orden estrazas, del orden de 10 a la menos 12 y por tanto no es relevante para el comportamiento químico del carbono. O sea, el carbono 14 de alguna forma nos puede informar de cuándo se formó una estalagmita, mientras que el balance entre carbono 12 y carbono 13 nos podría informar de alguna forma de cómo se formó. Esto se ve en la figura 16, que compara el desplazamiento del carbono 13, es decir, la diferencia respecto del carbono 12 en tanto por mil, medido en una estalactita concreta que han sacado de Serbia, en la cueva de Ceres Mosnia y con las predicciones del modelo. Y bueno, la solución del modelo de este artículo es la línea roja; reproduce muy bien, está ajustada, como no, el radio, el caudal, etc. Reproduce perfectamente el desplazamiento constante que se ve hasta un radio de unos 9 centímetros, mientras que los…
Juan Carlos Gil reflexiona sobre un artículo científico que combina química, física y geometría para analizar estalactitas, destacando la belleza de las cuevas con espeleotemas.
Habla: Juan Carlos GilSignificado #3 · Palabras #1química física geometría estalactitasbelleza de las cuevas espeleotemasbalances químicos leyes físicas ecuaciones matemáticas…ya servir a una aplicación práctica relevante la forma geométrica afecta al registro isotópico y por tanto hay que tener en cuenta la morfología de la estalagmita para hacer el análisis paleoclimático. Y como hago a menudo, además, he elegido este artículo por un par de conexiones personales. La primera es que me fascina este tipo de problemas donde se rejuntan la química, la física y la geometría He hablado de balances químicos, de leyes físicas y de ecuaciones matemáticas, todas en una misma coctelera y cómo la naturaleza utiliza esas facetas que nosotros mismos de la realidad para resolver problemas o para hacer belleza porque no dejan de ser bien bonitas las cuevas jalonadas de espeleotemas. Y la segunda, si queréis un toque nostálgico, de joven, yo hacía espeleología, de hecho estuve federado varios años, sobre todo en lo que me tocaba cerca, no me podía ir a Eslovenia, a Gastón. En la Sierra Norte de Madrid hay una zona que se llama un karst,…
Gastón Giribet explica que la luz no posee niveles de energía discretos y plantea un escenario hipotético donde seres vivos dentro de una cavidad láser experimentarían colores como niveles de energía específicos. A continuación, se dirige a Juan Carlos para responder a una pregunta sobre la composición del agua en estalactitas y estalagmitas.
Habla: Gastón GiribetSignificado #10luz niveles energía discretacavidad láser bichitos coloresestalactitas estalagmitas composición aguadesgasificación vuelo pérdida dióxido carbonoestalactitas estalagmitas descomposición ácido carbónicoprecipitación carbonato calcio estalagmitacambio ph agua estalactita vuelo…pero su propensión a interactuar, su camino libre medio es tan grande que puede recorrer todo el universo de Hubble entonces se pueden hacer esas preguntas y sí, en efecto, pero eso no es una cosa que le pasa al universo en el futuro remoto hoy mismo la Luz no tiene ningún nivel de energía discreto. Hay partículas cuadricas, se debe a que si nosotros viviésemos en un universo que es una cavidad, si nosotros fuésemos bichitos adentro de un láser, tendríamos una sensación distinta; solo frente a unos niveles de energía de colores serían posibles. Muy bien, Gastón; una pregunta para Juan Carlos: Néstor Eduardo pregunta, ¿se ha comparado la composición del agua que entra a la estalactita con la que cae hacia la estalagmita? Si entiendo bien la pregunta, sí, y lo he contado en la descripción, a lo mejor de forma un poquito apresurada. En el vuelo se pierde más dióxido de carbono y también un poquito de calcio disuelto; se pierde, por tanto, cambia su pH y eso hace lo de que la estalactita estaba limitado por la descomposición en la estalagmita, en la etapa límite de la descomposición del ácido carbónico, mientras que la estalagmita era la precipitación de carbonato de calcio. O sea, sí, durante el vuelo se produce la desgasificación y se pierde el dióxido de carbono que a la postre resulta ser clave para la formación de la estalagmita con un mecanismo distinto a la estalagmita. Un poquito juego de palabras; es como un tabalengas. Sí, y Zebra te pregunta: ¿Habrán considerado en el escurrir del fluido algo como el camino de mínima acción? En este caso, ¿seguir el camino ya trazado por otra anterior? Es la pregunta, ¿eh?…