Remolino de arena

Un remolino de arena o tolvanera es un torbellino fuerte, bien formado y de vida relativamente corta, que va desde pequeño (medio metro de ancho y unos pocos metros de alto) hasta grande (más de 10 m de ancho y más de 1 km de alto). El movimiento vertical principal es hacia arriba. Los remolinos de polvo suelen ser inofensivos, pero en raras ocasiones pueden crecer lo suficiente como para representar una amenaza tanto para las personas como para la propiedad.

Son comparables a los tornados en que ambos son un fenómeno meteorológico que involucra una columna de viento giratoria orientada verticalmente. La mayoría de los tornados están asociados con una circulación principal más grande, el mesociclón en la parte posterior de una tormenta supercélula. Los remolinos de polvo se forman como una corriente ascendente arremolinada en condiciones soleadas durante el buen tiempo, y rara vez se acercan a la intensidad de un tornado.

Formación

Los remolinos de polvo se forman cuando una bolsa de aire caliente cerca de la superficie se eleva rápidamente a través del aire más frío sobre ella, formando una corriente ascendente. Si las condiciones son las adecuadas, la corriente ascendente puede comenzar a girar. A medida que el aire sube rápidamente, la columna de aire caliente se estira verticalmente, moviendo así la masa más cerca del eje de rotación, lo que provoca la intensificación del efecto de giro por la conservación del momento angular. El flujo secundario en el remolino de polvo hace que otro aire caliente se acelere horizontalmente hacia el fondo del vórtice recién formado. A medida que más aire caliente se precipita hacia el vórtice en desarrollo para reemplazar el aire que asciende, el efecto giratorio se intensifica aún más y se automantiene.Una tolvanera, completamente formada, es una chimenea en forma de embudo a través de la cual se mueve el aire caliente, tanto hacia arriba como en círculos. A medida que el aire caliente sube, se enfría, pierde su flotabilidad y eventualmente deja de subir. A medida que asciende, desplaza el aire que desciende fuera del núcleo del vórtice. Este aire frío que regresa actúa como un equilibrio contra la pared exterior de aire caliente que gira y mantiene estable el sistema.

El efecto de giro, junto con la fricción de la superficie, generalmente producirá un impulso hacia adelante. La tolvanera puede sostenerse si se mueve sobre fuentes cercanas de aire caliente en la superficie.

A medida que el aire caliente disponible cerca de la superficie se canaliza hacia arriba por la tolvanera, eventualmente se aspira el aire más frío circundante. Una vez que esto ocurre, el efecto es dramático y la tolvanera se disipa en segundos. Por lo general, esto ocurre cuando la tolvanera se mueve lentamente (agotamiento) o comienza a ingresar a un terreno donde las temperaturas de la superficie son más frías.

Ciertas condiciones aumentan la probabilidad de formación de remolinos de polvo.

• Terreno plano y estéril, desierto o asfalto: las condiciones planas aumentan la probabilidad de que el "combustible" de aire caliente sea casi constante. Las condiciones de polvo o arena harán que las partículas queden atrapadas en el vórtice, lo que hará que el remolino de polvo sea fácilmente visible, pero no son necesarias para la formación del vórtice.
• Cielos despejados o condiciones ligeramente nubladas: la superficie necesita absorber cantidades significativas de energía solar para calentar el aire cerca de la superficie y crear condiciones ideales de remolino de polvo.
• Viento ligero o sin viento y temperatura atmosférica fresca: el factor subyacente para la sustentabilidad de una tolvanera es la diferencia extrema de temperatura entre el aire cercano a la superficie y la atmósfera. Las condiciones de viento desestabilizarán el efecto giratorio de una tolvanera.

Intensidad y duración

En la Tierra, muchas tolvaneras suelen ser pequeñas y débiles, a menudo de menos de 0,9 m (3 pies) de diámetro, con vientos máximos promedio de 70 km/h (45 millas por hora), y a menudo se disipan en menos de un minuto después de formarse. En raras ocasiones, una tolvanera puede crecer muy grande e intensa, a veces alcanzando un diámetro de hasta 90 m (300 pies) con vientos superiores a 100 km/h (60 mph) y puede durar más de 20 minutos antes de disiparse.. Debido a su pequeño diámetro, la fuerza de Coriolis no es significativa en el remolino de polvo en sí mismo, por lo que, aunque son menos comunes, ocurren remolinos de polvo con rotación anticiclónica.

Riesgos

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Los remolinos de polvo generalmente no causan lesiones, pero los remolinos de polvo severos y raros han causado daños e incluso muertes en el pasado. Una de estas tolvaneras golpeó el Recinto Ferial del Condado de Coconino en Flagstaff, Arizona, el 14 de septiembre de 2000, causando grandes daños a varias carpas, puestos y casetas temporales, así como a algunas estructuras permanentes del recinto ferial. Se reportaron varios heridos, pero no hubo víctimas fatales. Según el grado de daño que dejó, se estima que la tolvanera produjo vientos de hasta 75 mph (120 km/h), lo que equivale a un tornado EF-0. El 19 de mayo de 2003, una tolvanera levantó el techo de un edificio de dos pisos en el Líbano, Maine, lo que provocó su derrumbe y la muerte de un hombre que se encontraba dentro.En East El Paso, Texas, en 2010, tres niños en una casa de salto inflable fueron recogidos por un torbellino y los levantó más de 10 pies (3 m), viajaron sobre una cerca y aterrizaron en un patio trasero a tres casas de distancia. En Commerce City, Colorado, en 2018, una poderosa tolvanera arrojó al aire dos orinales portátiles. Nadie resultó herido en el incidente. En 2019, una gran tolvanera en el condado de Yucheng, provincia de Henan, China, mató a 2 niños e hirió a 18 niños y 2 adultos cuando se levantó un castillo hinchable en el aire.

Los remolinos de polvo han estado implicados en alrededor de 100 accidentes aéreos. Si bien muchos incidentes han sido simples problemas de rodaje, algunos han tenido consecuencias fatales. Los remolinos de polvo también se consideran peligros importantes entre los paracaidistas y los pilotos de parapente, ya que pueden hacer que un paracaídas o un parapente colapsen con poca o ninguna advertencia, en altitudes consideradas demasiado bajas para cortar, y contribuir a lesiones graves o la muerte de los paracaidistas.

Actividades eléctricas

Los remolinos de polvo, incluso los pequeños (en la Tierra), pueden producir ruido de radio y campos eléctricos superiores a 10.000 voltios por metro. Un remolino de polvo recoge pequeñas partículas de suciedad y polvo. A medida que las partículas giran, se cargan eléctricamente por contacto o carga por fricción (triboelectrificación). Las partículas cargadas que giran también crean un campo magnético que fluctúa entre 3 y 30 veces por segundo.

Estos campos eléctricos pueden ayudar a los vórtices a levantar material del suelo y llevarlo a la atmósfera. Los experimentos de campo indican que una tolvanera puede levantar 1 gramo de polvo por segundo de cada metro cuadrado (10 lb/s de cada acre) de suelo sobre el que pasa. Un remolino de polvo grande que mide unos 100 metros (330 pies) de ancho en su base puede levantar unas 15 toneladas métricas (17 toneladas cortas) de polvo en el aire en 30 minutos. Las gigantescas tormentas de polvo que barren los desiertos del mundo aportan el 8% del polvo mineral en la atmósfera cada año durante el puñado de tormentas que ocurren. En comparación, los torbellinos de polvo significativamente más pequeños que giran a través de los desiertos durante el verano levantan aproximadamente tres veces más polvo, lo que tiene un mayor impacto combinado en el contenido de polvo de la atmósfera. Cuando esto ocurre, a menudo se les llamapilares de arena.

Diablos de polvo marcianos

Los remolinos de polvo también ocurren en Marte (ver huellas de remolinos de polvo) y fueron fotografiados por primera vez por los orbitadores Viking en la década de 1970. En 1997, el módulo de aterrizaje Mars Pathfinder detectó una tolvanera que pasaba sobre él. En la primera imagen a continuación, fotografiada por el Mars Global Surveyor, la larga raya oscura está formada por una columna en movimiento de remolino de la atmósfera marciana. El mismo remolino de polvo (la mancha negra) está trepando por la pared del cráter. Las rayas de la derecha son dunas de arena en el suelo del cráter.

Los remolinos de polvo marcianos pueden ser hasta cincuenta veces más anchos y diez veces más altos que los remolinos de polvo terrestres, y los grandes pueden representar una amenaza para la tecnología terrestre enviada a Marte. El 7 de noviembre de 2016, la Mars Orbiter Mission en el hemisferio sur marciano capturó imágenes de cinco remolinos de polvo con alturas de 0,5 a 1,9 km en una sola observación.

Los miembros de la misión que monitoreaban el rover Spirit en Marte informaron el 12 de marzo de 2005 que un encuentro afortunado con un remolino de polvo había limpiado los paneles solares de ese robot. Los niveles de potencia aumentaron drásticamente y se anticipó que se ampliaría el trabajo científico diario. Un fenómeno similar (paneles solares limpiados misteriosamente del polvo acumulado) se había observado previamente con el rover Opportunity, y también se sospechaba que los remolinos de polvo eran la causa. Se cree ampliamente que la actividad eléctrica asociada con los remolinos de polvo genera rayos en Marte, pero esto aún no se ha detectado de manera concluyente.Diablos de polvo en Marte

Animación compilada a partir de fotografías adquiridas por el rover

Spirit. El contador en la esquina inferior izquierda indica el tiempo en segundos después de que se tomó la primera foto en la secuencia. En los fotogramas finales, se ve un rastro en la superficie marciana. Otros tres remolinos de polvo también aparecen en el fondo.

Animación recopilada a partir de fotografías adquiridas por el rover

Curiosity (9 de agosto de 2020)

Animación recopilada a partir de fotografías adquiridas por el rover

Perseverance (18 de junio de 2021)

Remolinos de polvo arremolinándose en el cráter Jezero vistos por el rover

Perseverance (20 de julio de 2021)

1:16El diablo de polvo de la serpiente en Marte - video (01:16)

Nombres Alternativos

En Australia, un Dust Devil también se conoce como "Willy-willy".

En Irlanda, los Dust Devils se conocen como "Shee-gaoithe" o "Fairy wind".

Fenómenos relacionados

Torbellino de nieve, similar a un remolino de polvo, visto en Mount Royal en Montreal, Canadá

Diablo del carbón en Mongolia

Un diablo de ceniza. El incendio estaba en las cordilleras de Schell Creek y Antelope Mountain.

Los remolinos o remolinos de fuego, a veces llamados diablos de fuego o tornados de fuego, se pueden ver durante incendios intensos en estructuras de edificios combustibles o, más comúnmente, en incendios forestales o de matorrales. Un torbellino de fuego es una formación en forma de vórtice de gases ardientes que se liberan del material combustible. La génesis del vórtice es probablemente similar a la de un remolino de polvo. A diferencia de la tolvanera, es improbable que la altura alcanzada por el vórtice de gas de fuego sea mayor que la altura visible de las llamas verticales debido a la turbulencia en los gases circundantes que inhiben la creación de una capa límite estable entre los gases giratorios/ascendentes. con respecto a los gases circundantes.

Las cenizas calientes debajo de la ceniza recién depositada en áreas quemadas recientemente pueden generar a veces numerosos remolinos de polvo. El peso más ligero y el color más oscuro de la ceniza pueden crear remolinos de polvo que son visibles a cientos de pies en el aire.

Los remolinos de ceniza se forman de manera similar a los remolinos de polvo y, a menudo, se ven en días inestables en áreas con cicatrices de quemaduras de incendios recientes.

Los diablos de vapor son fenómenos que se observan a menudo en el vapor que sale de las centrales eléctricas.

Las mismas condiciones pueden producir un torbellino de nieve, aunque el calentamiento diferencial es más difícil en áreas cubiertas de nieve.

Los demonios del carbón son comunes en la ciudad carbonífera de Tsagaan Khad en la provincia de Gobi del Sur, Mongolia. Ocurren cuando los remolinos de polvo recogen grandes cantidades de carbón almacenado. Su color oscuro los hace parecerse a algunos tornados.