Intrusión de corrientes gravitatorias

El término intrusión de corriente de gravedad denota el fenómeno de mecánica de fluidos en el cual un fluido se introduce con un movimiento predominantemente horizontal en un fluido estratificado separado, típicamente a lo largo de un plano de flotabilidad neutra. Este comportamiento distingue la diferencia entre intrusiones de corriente de gravedad y corrientes de gravedad , ya que las intrusiones no están restringidas por una superficie límite bien definida. ^{[ 1 ]} Al igual que con las corrientes de gravedad , el flujo de intrusión es impulsado dentro de un campo de gravedad por diferencias de densidad típicamente lo suficientemente pequeñas como para permitir la aproximación de Boussinesq .

La diferencia de densidad impulsora entre fluidos que produce el movimiento de intrusión podría deberse simplemente a la composición química. Sin embargo, las variaciones también pueden ser causadas por diferencias en las temperaturas respectivas de los fluidos, concentraciones de materia disuelta y por materia particulada suspendida en los flujos. ^{[ 2 ]} Ejemplos de intrusiones de suspensión de partículas incluyen efluentes de ríos cargados de sedimentos dentro de los océanos, intrusiones de tanques de sedimentación de aguas residuales de "cortocircuito" ^{[ 3 ]} y flujos de corrientes de turbidez sobre piscinas hipersalinas del Mediterráneo. ^{[ 4 ]} También existen ejemplos de intrusiones de partículas causadas por la propagación lateral de térmicas o plumas a lo largo de planos de flotabilidad neutra; como intrusiones que contienen sedimentos metalíferos formados a partir de chimeneas hidrotermales oceánicas profundas. ^{[ 5 ]} O intrusiones igualmente cargadas de cristales formadas por plumas dentro de cámaras magmáticas volcánicas. ^{[ 6 ]} Posiblemente la más llamativa de todas las intrusiones gravitacionales, es la corriente de gravedad atmosférica generada por una gran erupción volcánica "plineana". En ese caso, el "paraguas" que sobresale del volcán es un ejemplo de una intrusión que se introduce lateralmente en la troposfera estratificada .

El trabajo que analizaba las corrientes de gravedad que se propagaban dentro de un único huésped de fluido fue ampliado para considerar intrusiones dentro de fluidos fuertemente estratificados por Hoyler y Huppert en 1980. ^{[ 7 ]} Desde entonces ha habido otros avances analíticos y experimentales significativos para comprender específicamente las intrusiones cargadas de partículas por investigadores como Bonnecaze, et al., (1993, 1995, 1996), Rimoldi et al. (1996) y Rooij, et al. (1999). Hasta 2012, el análisis analítico riguroso más reciente, diseñado para determinar la velocidad de propagación de una intrusión de extensión clásica, fue realizado por Flynn y Linden. ^{[ 8 ]} La experimentación práctica en intrusiones ha empleado típicamente un intercambio de esclusas para estudiar la dinámica de la intrusión.

La estructura básica de una intrusión gravitatoria es similar a la de una corriente clásica, con una "cabeza" aproximadamente elíptica seguida de una cola que se extiende con el aumento de la longitud de la corriente. Es en la mitad posterior de la cabeza de la intrusión donde tiene lugar la mayor parte de la mezcla con los fluidos circundantes. ^{[ 9 ]} Al igual que las corrientes gravitatorias, las intrusiones muestran las mismas fases de "deslizamiento", "autosimilar" y "viscosa" que las corrientes gravitatorias durante su propagación. ^{[ 3 ]}