¿Podría una burbuja gigantesca hundir un barco?

Desde hace décadas los científicos han tratado de encontrar explicaciones rigurosas a las supuestamente misteriosas desapariciones tanto de embarcaciones como de aviones en distintas partes del mundo. Quizá la región más célebre sea la conocida como el triángulo de las Bermudas, una vasta extensión de más de 1,5 millones de kilómetros cuadrados, comprendida entre las islas Bermudas, Puerto Rico y Miami, donde se han dado un buen número de supuestos “incidentes inexplicables” y que han sido tratados y difundidos ampliamente, sobre todo gracias al cine, contribuyendo más aún, si cabe, a la confusión de la opinión pública, siempre proclive a la creencia en lo misterioso e inexplicable.

En 1982 Richard D. McIver fue uno de los primeros en proponer que el hundimiento de barcos podría deberse a la liberación de burbujas de metano desde el fondo marino, las cuales, al ascender hacia la superficie del océano, provocarían la catástrofe. McIver no sólo sugirió que estas emisiones gaseosas eran las responsables de los naufragios; también especulaba con que el gas, al llegar a la superficie, sería emitido a la atmósfera, dañando los motores de aviones que volasen bajo y pudiendo hacer que éstos se precipitasen al mar.

Los geólogos marinos conocen hace tiempo la presencia de hidratos de gas metano en el lecho oceánico. Estos hidratos consisten en bolsas de gas metano que llegan a erupcionar en el caso de que tenga lugar alguna clase de perturbación o caída repentina de la presión, lo que puede suceder durante un deslizamiento submarino. A este respecto, las prospecciones con sonar llevadas a cabo en el Mar del Norte, concretamente en el lugar conocido como Witch’s Hole (el agujero de la bruja), han detectado grandes cantidades de hidratos de metano e incluso los restos de un barco hundido precisamente en esta localización.

Las causas atribuidas al hundimiento, tal y como hizo en su momento McIver, suponen que la interacción de estas burbujas de metano con el barco produjeron una pérdida de flotabilidad del mismo como consecuencia de la reducción en la densidad media del agua. La explicación es muy sencilla: si disponemos de una mezcla de agua y gas, obviamente la densidad promedio de la misma será menor que la del agua pura y mayor que la del gas puro, y como la flotabilidad del barco crece directamente con la densidad del fluido en el que se encuentra inmerso (principio de Arquímedes), entonces aquélla debe reducirse proporcionalmente cuanto más gas se encuentre disuelto en el agua.

Hasta la fecha no se han observado demasiadas de estas erupciones de gas metano y, por tanto, no se sabe si dichas emisiones consisten, principalmente, en una gran cantidad de burbujas de tamaño relativamente pequeño, tan sólo unas pocas de dimensiones mucho mayores, o quizá una combinación de ambas posibilidades. El caso más célebre en el que se sabe que sucedió algo similar fue el acaecido en 1986 durante la catástrofe del lago Nyos, en Camerún, y que costó la vida de casi 2.000 personas y 6.000 animales. El culpable: la emisión a la atmósfera de una enorme nube de dióxido de carbono liberada desde el fondo del lago, de unos 200 metros de profundidad.

Volviendo al caso concreto del hundimiento de barcos, diversos autores han tratado de arrojar luz sobre las posibilidades reales de que las burbujas emitidas desde el fondo del océano sean las causantes de semejantes desastres. Así, por ejemplo, Michael A. Hueschen ha llevado a cabo experimentos en tanques de laboratorio y ha analizado el caso concreto en el que se emite un gran número de burbujas de mucho menor tamaño que la embarcación desde el fondo del recipiente. Sus simulaciones han demostrado que las burbujas, al ascender, generan unas corrientes circulantes de agua que dan lugar a una fuerza ascensional vertical, una especie de fuerza de arrastre que aumenta proporcionalmente con la densidad del agua (más precisamente, la mezcla de agua y gas en forma de burbujas), el área de la superficie transversal del barco y el cuadrado de su velocidad con respecto al fluido en el que flota. Esta fuerza ascensional está dirigida hacia arriba, con lo que se suma consecuentemente al empuje de Arquímedes. Los análisis numéricos de Hueschen demuestran que el valor de la fuerza ascensional ronda el 30% del valor del empuje de Arquímedes y la suma de ambas supera al peso del barco y, por tanto, éste se mantiene a flote en todo momento, sin hundirse. En el caso de que se eliminasen las corrientes circulantes de agua (mediante confinamiento del barco en una especie de cápsula cilíndrica) el barco se hundía sin remedio.

Pero la situación más interesante, sin duda, es la considerada por May y Monaghan. En efecto, ambos investigadores se plantearon la hipótesis de una única burbuja que se elevase desde el fondo oceánico y la posibilidad de que semejante monstruo de las profundidades fuese capaz de hacer que el navío se precipitase hacia el abismo marino. May y Monaghan llevaron a cabo una investigación análoga a la efectuada por Hueschen para el caso anterior de muchas burbujas, excepto que ahora las producidas con el nuevo montaje experimental presentaban tamaños comparables a las dimensiones de la embarcación amenazada. Hay que tener presente que una burbuja esférica de metano que ascendiese desde unos 150 metros de profundidad podría duplicar su diámetro al llegar a la superficie (éste es un problema elemental de termodinámica y mecánica de fluidos, al alcance de cualquier estudiante de primer curso universitario).

En los experimentos llevados a cabo por May y Monaghan se puede observar que a medida que la burbuja se aproxima a la superficie del mar, se forma una especie de montículo de agua sobre la pared de aquélla. La lámina de agua que forma este montículo va haciéndose paulatinamente más delgada hasta que se producen, simétricamente dispuestas en cada extremo de la burbuja, sendas depresiones. Estas depresiones se forman a partir del agua que fluye hacia abajo desde la parte más alta de la burbuja. A medida que el montículo incrementa su altura, el agua fluye cada vez más rápidamente, lo que da cuenta del aumento de la profundidad de las citadas depresiones, hasta que la burbuja finalmente se rompe.

Un barco que estuviese situado justamente con su centro en la cresta de la burbuja (su punto más alto) permanecerá en esa posición hasta que la pared de agua justo por encima de la burbuja sea demasiado delgada como para poder soportar su peso. En este preciso momento, la burbuja se romperá y el barco experimentará una caída libre vertical, oscilando arriba y abajo, pero sin hundirse.

Sin embargo, cuando la situación de la embarcación con respecto a la burbuja sea tal que aquélla se halle entre las dos depresiones que se forman en cada uno de los dos extremos de la burbuja en contacto con la superficie del mar, el hundimiento es inevitable. El barco comienza a deslizar hacia abajo por encima de la superficie de agua que cubre la pared de la burbuja, a modo de carrito en una montaña rusa. En su descenso, llega a caer hasta el fondo de una de las depresiones, encontrándose allí con un muro de agua que le hace volcar. Al mismo tiempo, los remolinos de agua de alta velocidad que tienen lugar en los extremos de la burbuja cuando ésta se rompe arrastran a la embarcación hasta el fondo, donde su fatal destino ha quedado sellado para siempre.

 Bibliografía complementaria:

David Deming Can a Single Bubble Sink a Ship?, Journal of Scientific Exploration 18 (2004) 307-312.

D. A. May and J. J. Monaghan Can a single bubble sink a ship?, American Journal of Physics 71 (2003) 842-849.

Michael A. Hueschen Can bubbles sink ships?, American Journal of Physics 78 (2010) 139-141.

Este artículo participa en la edición XL del Carnaval de la Física, organizado por el blog Cuantos y Cuerdas