Verter aceite en el agua agitada para calmarla, ¿funciona y si es así cómo?

Question

Cerca de donde vivo, los pescadores locales suelen llevar latas de aceite de ricino para calmar el agua alrededor de sus barcos, si creen que va a hacer mal tiempo.

Afirman que este método para calmar el mar funciona, (posiblemente porque le funcionó a sus padres, y a los padres de sus padres.....).

¿Tiene esta idea una base factual, o es un cuento chino/superstición? El departamento de física de mi universidad local está realizando actualmente pruebas en el mar sobre el proceso, así que parece que se lo toman bastante en serio.

¿Tenemos alguna prueba de que funcione, incluso como posible efecto beneficioso frente a eventos ambientales adversos graves, como las fugas de los petroleros?

¿Existe alguna teoría sobre el mecanismo implicado?

EDITAR Debajo de la respuesta de Floris, Chris White escribió este comentario, que tuve que robar:

Una asombrosa cita de Ben Franklin a través de Tanford's Ben Franklin Stilled the Waves citada en el primer artículo, que atestigua la eficacia de este método: "el aceite, aunque no más que una cucharadita, produjo una calma instantánea en un espacio de varias yardas cuadradas, que se extendió asombrosamente, y se extendió gradualmente hasta alcanzar el lado de sotavento, haciendo que toda esa cuarta parte del estanque, quizás medio acre, fuera tan suave como un espejo". ¡Esto a partir de una cucharadita de presunto aceite de oliva!

Answer 1

Sí, funciona. Pero no lo utilicemos de forma masiva, no vaya a ser que dañemos el ecosistema (me quito el sombrero ante @phi1123).

Se puede encontrar una pista sobre el mecanismo en Behroozi et al (Am J Phys, 2007)

En el resumen dicen:

A partir de los datos de atenuación en las frecuencias entre 251 y 551Hz, concluimos que el efecto calmante del petróleo sobre las ondas superficiales es principalmente debido a la disipación de la energía de las olas causada por la elasticidad superficial de Gibbs de la monocapa con sólo una contribución secundaria de la reducción de la tensión superficial. Nuestros datos también indican que la viscosidad superficial-dilatación de la monocapa de aceite es insignificante y juega un papel insignificante en el apaciguamiento de las olas.

(énfasis mío)

Disipación de la energía de las olas. La clave para que las olas crezcan es que a) la energía de las olas se añade por el movimiento del aire sobre la superficie, y b) la energía impartida no se disipa inmediatamente. En cierto sentido, el aceite actúa como un "alerón Q": un poco de disipación de energía en cada ciclo significa que la ola no tiene la oportunidad de acumularse.

Algo parecido se explica en el libro "Waves on Fluids" de James Lighthill (Cambridge University Press, 2001). En la página 237 dice:

Se trata de desviaciones de la tensión superficial $T$ de su valor de equilibrio que puede dar lugar a dicha disipación superficial. En un fluido tal que los pequeños movimientos de las olas generan pequeñas variaciones en $T$ , una red $X$ -componente de la fuerza $$(\partial T/\partial x) \delta x$$ debe actuar sobre una franja de superficie de anchura $\delta x$ con fronteras de longitud unitaria paralelas a la $y$ -eje, aunque en la teoría lineal el mismo pequeño variaciones no hacen ningún cambio en el $z$ -componente. En la capa límite superficial superficial, la tensión tangencial pasa de (80) no a cero, sino al valor a cero sino al valor $$p_{xx} = -\partial T/\partial x$$

Se necesita para equilibrar el $x$ -componente ( $\partial T/\partial x)$ de fuerza superficial por unidad de superficie.

Hay condiciones en las que en la capa límite superficial las tensiones tangenciales aumentan en magnitud tan enormemente desde el valor interno (80) hasta el valor superficial (87) que el disipación superficial (disipación viscosa adicional debida a mejorado tensiones de cizallamiento dentro de la capa límite de la superficie) supera en gran medida la tasa de disipación interna. Este es el mecanismo responsable del proverbial efecto calmante del "aceite en aguas turbulentas".

En otras palabras, la fina capa de aceite provoca un rápido cambio en las tensiones tangenciales cerca de la superficie, lo que conduce a la disipación de energía. Esto evita la acumulación de energía de las olas, especialmente en las longitudes de onda más cortas. Esto no sólo hace que el agua parezca más suave ("suave como un espejo", según la cita de Franklin), sino que además reduce el "agarre" del viento al agua, dificultando la transferencia de energía del viento al agua.

Answer 2

Antes de que todo el mundo se asuste, no, no se usa aceite de petróleo. Se utiliza aceite vegetal, de pescado o animal. En épocas anteriores, se utilizaba aceite de ballena. La foto del OP parece una fuga de aceite de combustible, no un intento de calmar las olas.

He visto referencias de que esta técnica se utiliza al menos desde principios de 1800, probablemente mucho antes. Ernest Shackleton la utilizó en 1916 durante la Viaje del James Caird a través de 800 millas de Océano Ártico para calmar los mares muy agitados.

"The Popular Science Monthly, Volume 43", de mayo de 1893, contiene un artículo "Por qué una película de petróleo puede calmar el mar", por G. W. Littlehales, de la Oficina Hidrográfica de Estados Unidos (página 494). Aquí se describe el aparato de un capitán de goleta y su eficacia en caso de fuerte tormenta.

Las velas fueron arrastradas por el viento, los hombres fueron arrastrados por las bombas, y los botes y otras cosas sobre la cubierta naufragaron por el fuerte mar... Dos barriles de madera de diez galones, que contenían aceite de linaza [lino] hervido, fueron amarrados a los cuartos del barco. El aceite rezumaba a través de dos pequeños agujeros en las cabezas de los barriles. El efecto era todo lo que se podía desear. Después de que el aceite se extendiera, no subió el agua a bordo, los hombres volvieron a las bombas, el buque fue bombeado y se limpiaron las cubiertas. Durante las dieciséis horas en que se utilizó el aceite se gastaron ocho galones.

Según ese testimonio, y el artículo menciona el examen de miles de informes, parece muy eficaz y económico. Sólo dos cuartos de galón por hora de aceite espeso y pesado...

...cuando se deja caer en el mar pronto se extiende por su superficie, formando una capa aceitosa dentro de la cual las olas, en lugar de romper, se convierten en enormes rodillos sobre los que los barcos suben y bajan sin sobresaltos y sin enviar nada de agua.

El aceite no evita las olas, pero impide que rompan y rocíen agua sobre la cubierta y el barco.

El artículo continúa describiendo con cierto detalle la acción de las olas. El aceite actúa como lubricante entre el viento y el agua. Alisa la superficie del agua para que el viento no tenga una superficie áspera sobre la que arrastrarse y hacer que las olas salpiquen y rompan.

Cuando el viento sopla sobre el agua, no todo el aire pasa por la superficie del agua. Debido al alto grado de adhesión entre el aire y el agua, una fina capa de aire permanece en contacto con el agua, y es la acción de la fricción interna o viscosidad del aire que tiende a arrastrar esta capa lo que causa el efecto de tracción del viento sobre el agua.

Cuando se extiende una película de aceite sobre la superficie, esta fuerza de tracción no se ejerce sobre la superficie del agua mientras la película permanezca intacta... La superficie del agua está así protegida de la acción del viento... la única acción del viento en tal caso es mover la película sobre la superficie del agua.