GENERACIÓN DE HACES ESTRUCTURADOS PARCIALMENTE COHERENTES

Maria Fernanda Arvizu Soto (2024, [Tesis de maestría])

"Mediante la manipulación de la intensidad, polarización y fase de un campo luminoso es como podemos obtener luz estructurada. Los estudios han demostrado que los haces parcialmente coherentes son más resistentes a las fluctuaciones atmosféricas. En esta tesis presentamos el modelo matemático, la generación computacional del Haz Vectorial Parcialmente Coherente (PCVB) y dos configuraciones experimentales para generarlos con la ayuda de un Dispositivo Micro Espejo Digital (DMD). Los resultados teóricos esperados concuerdan con las simulaciones y allanan el camino para otros resultados teóricos y experimentales, que se dejan como trabajo futuro."

Luz estructurada Haces vectoriales Coherencia parcial Dispositivo digital de microespejos CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA ÓPTICA OPTICA FÍSICA OPTICA FÍSICA

Estudio de la estructura electrónica del diboruro de magnesio

Graciela del Carmen Ortiz Cortez (2004, [Tesis de maestría])

Se presenta un estudio de las propiedades estructurales y electrónica del estado base del diboruro de magnesio, MgB2. Se empleó el método de primeros principios para obtener las propiedades electrónicas relacionadas con el cálculo de la energía total del sistema, estructura de bandas, densidad de estados, análisis poblacional de Mulliken y densidad de carga electrónica; cálculos de masa efectiva de huecos ligeros y pesados, y de electrones, así como propiedades estructurales tales como parámetros de red y módulo de volumen. Los resultados se comparan con resultados experimentales y teóricos existentes en la literatura. Los cálculos ab initio fueron realizados por medio del método Hartree-Fock con correlación electrónica, el cual emplea combinaciones lineales de orbitales atómicos con un procedimiento de Campo Autoconsistente. Se empleó la aproximación de gradiente generalizado de Perdew-Wang de la teoría de funcional de la densidad para el término de correlación e intercambio. Todos los cálculos de la energía del estado base, funciones de onda electrónicas y propiedades del sistema fueron realizados con el programa computacional CRYSTAL98. Mediante cálculos de energía total se determinan los parámetros de red y el módulo de volumen, obteniéndose valores muy semejantes al valor experimental. Los cálculos de bandas de energía y densidad de estados obtenidos, así como también la información derivada del cálculo de la densidad de carga electrónica y masa efectiva, proporcionan información de la estructura electrónica de este material que concuerdan con otros resultados reportados. El análisis de la estructura de bandas indica un comportamiento metálico debido a contribuciones mayoritarias de las bandas p del B, observándose que dos bandas de valencia semillenas px,y cruzan el punto sobre el nivel de Fermi, proporcionando una región de huecos en la dirección -. La densidad de estados muestra contribuciones en mayor medida de orbitales p del B a la región de valencia y en menor medida de orbitales s y p del Mg. Se observa una banda ancha alrededor del nivel de Fermi formada por contribuciones de orbitales pz del Mg y B, denotando una gran correlación entre estos estados e indicando un fuerte enlace entre éllos. El estudio de la densidad de carga volumétrica muestra un enlace covalente B-B y un enlace tipo iónico Mg-B.

In this work we present a study of structural and electronic properties of the ground state of the magnesium diboride, MgB2. We performed an ab initio method to obtain electronic properties related with calculation of total energy of system, bands structure, density of states, Mulliken population analysis, and electronic charge density; the light and heavy hole and electron effective mass calculations, as well as structural properties such as lattice parameters and bulk modulus. The calculated data are compared with available experimental and theoretical results. The ab initio calculations were performed using Hartree-Fock method with electronic correlation, which employs linear combination of atomic orbital method (LCAO), in a self-consistent-field process. The generalized gradient correction of Perdew-Wang of the density functional theory approximation to the electron exchange-correlation potential was used. All the calculations of the ground state energy, electron wave functions and system properties were performed with the computational package CRYSTAL98. By means of total energy calculations, we determine the lattice parameters and bulk modulus and we obtained results very similar to the experimental data. The energy bands and density of state calculated, as well as the charge density and effective mass provide electronic structural information of this material, which agrees with other reported results. The analysis of the structural bands shows a metallic behavior due to a greater contribution of the B p bands. We observe that two unfilled px,y valence bands cross the point over the Fermi level and they provide a region of holes in - direction. Density of state shows that most of the contribution to the valence region comes from B p orbital, and to a lesser extent from Mg s and p orbital. We can observe a wide band around Fermi level made from contribution of both Mg and B pz orbital, which shows a strong correlation between these states, also, this indicates the strong bond between them. The study of the volumetric charge density shows a strong B-B covalent bond as well as an ionic bond MgB.

Superconductores de alta temperatura,Diboruro de magnesio,Estructuras electrónicas CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

Dosimetría termoluminiscente de cristales de KCl:Eu2+ y KBr:Eu2+ irradiados con luz UV y radiación ionizante.

Rodrigo Meléndrez Amavizca (1996, [Tesis de doctorado])

Recientemente, se han realizado desarrollos muy importantes relacionados con la fabricación e investigación de nuevos materiales termoluminiscentes. Estos deben ser adecuados para la detección y medición de la radiación ionizante (rayos x, α, β y ϒ) y no ionizante (luz ultravioleta). El estudio de estos materiales tiene muchas aplicaciones médicas; por ejemplo en rayos x, quimioterapia y en investigaciones científicas relacionadas con el cáncer humano y el medio ambiente (agujero de ozono). En el presente trabajo, estudiamos las propiedades termoluminiscentes de los cristales de KCl:Eu2+ irradiados con luz UV (202 y 240 nm), rayos x, α, β, y ϒ. En el caso del KBr:Eu2+, solamente irradiamos con luz UV (202 y 240 nm) y rayos x suaves; sin embargo, en el último caso escogimos distintos tratamientos térmicos (773 y 873 K) durante media hora. Las curvas de TL del KCl:Eu2+ irradiado con radiación ionizante y luz UV (202 nm) muestran características comunes; un pico de alta intensidad alrededor de 470 K y uno de baja intensidad cerca de 370 K. Sin embargo, para muestras irradiadas con luz de 240 nm, el pico de TL de 470 K es bajo en intensidad mientras el pico de TL de 370 K tiene una alta intensidad. Las curvas de TL del KBr:Eu2+ irradiado con luz UV de 202 nm al igual que con rayos x suaves son muy similares. Irradiando con luz UV de 240 nm obtenemos una curva de TL más complicada (deconvolución de seis picos de TL). Todos los picos tienen una respuesta lineal de la TL integrada como función del tiempo de irradiación, excepto el primer pico (337 K) el cual no tiene dicho comportamiento que podría ser debido a su fuerte fading. En resumen, los detectores termoluminiscentes de KCl:Eu2+ y KBr:Eu2+ son adecuados para aplicaciones dosimétricas tanto para radiación ionizante como no ionizante. Además, hemos obtenido las curvas de excitación de TL de cristales mixtos KBrxCl1-x : Eu2+. En los casos de x ≥ 0.50 encontramos dos picos; el primero está centrado en 205 nm, asociado con la banda a del KBr puro (Kristianpoller N. e Israeli M., 1970). El segundo pico está en la región de 230 a 240 nm, dependiendo del ion Eu2+ en el cristal mixto. Los picos de 230 y 238 nm en el KClLEu2+ y KBr:Eu2+ respectivamente, son los límites para x=0 y x=1 en los cristales mixtos. Para el caso de x ≤ 0.40 solamente observamos el segundo pico. Los resultados de nuestro trabajo están de acuerdo con los obtenidos por (Aguirre de Carcer et al, 1988). Las bandas de luminiscencia de la termoluminiscencia que observamos en el KCl:Eu2+ estén centrados en 419 nm, debidos a los dipolos de europio y es posible que tengamos a dos bandas anchas traslapadas en 439 y 478 nm, que son debidas a precipitados metaestables del tipo EuCl2. En el caso del KBr:Eu2+ tenemos dos bandas, una centrada en 423 nm, debida a la emisión de europio y otra en 459 nm debida a precipitados metaestables del tipo EuBr2.

Recently, there have been many significant developments related with the fabrication and performance of new thermoluminescent (TL) materials. These materials must be adequate to detect and measure ionizing (x-rays, x, α, β, and ϒ) and non-ionizing (UV light) radiation. These materials have many medical applications; for example in x-rays, chemotherapy and scientific research related with human cancer and the environment (the ozone hole). In the present work, we study the thermoluminescent properties of the KCl:Eu2+ single crystals irradiated with UV light (202 and 240 nm), x-rays, x, α, β, and ϒ. In the case of the KBr:Eu2+, we have irradiated only with UV light (202 and 240 nm) and soft x-rays, however in the last case, we have chosen different annealing treatments (773 and 873 K) during half an hour. The TL glow curves of KCl:Eu2+ irradiated with ionizing radiation and UV light (202 nm) show common features; a high intensity peak around 470 K and a low intensity one near 390 K. However, for samples irradiated with 240 nm UV light the 470 K TL peak is low in intensity while the 370 K TL peak has high TL intensity. The glow curves of TL for the KBr:Eu2+ irradiated with UV light of 202 nm as well as with soft x-rays is very similar. Irradiation with UV light of 240 nm give rise to a TL glow curve more complicated (deconvolution of six TL peaks). All peaks have a linear response when the integrated TL is plotted as a function of irradiation time, except for the first peak (337 K). This could be due to its strong fading properties. In short, the KCl:Eu2+ and KBr:Eu2+ thermoluminescent detectors are suitable for dosimetric application with either ionizing or non-ionizing sources of irradiation. Furthermore, we have obtained the TL excitation curves of KBrxCl1x:Eu2+ mixed crystals. In the cases of x ≥ 0.50 we have found two peaks; the first one is centered at 205 nm, and associated with the band of pure KBr (Kristianpoller N. and Israeli M., 1970). The second peakis in the region of 230 to 240 nm, depending of the Eu2+ ion on the host of mixed crystals. The 230 and 238 nm peaks in KCl:Eu2+ and KBr:Eu2+ crystals respectively, are the limit case for x=0 and x=1 in the mixedcrystals. In the case of x ≤ 0.40 we have observed only the second peak. The results of our work are in agreement with that of Aguirre de Carcer et al, (1988). The luminescence of the TL bands that we have observed in KCl:Eu2+ are centered at 419 nm, due to the europium dipoles, and it is possible that we have two overlapped broad bands at 439 and 478 nm, due to metastable EuCl2- type precipitates. In the case of KBr:Eu2+, these are two bands, one centered at 423 nm, associated to the europium emission and a second one in 459 nm attributed to a metastable EuBr2 -type precipitate.

Dosimetría temoluminescente, Cristales - Termoluminiscencia CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

Cálculo del tensor dieléctrico efectivo de medios anisotrópicos granulados

Calculation of the effective dielectric tensor of granular anisotropic media

Carlos Enrique Román Velázquez (1999, [Tesis de doctorado])

En este trabajo nos hemos dedicado al problema del cálculo de la respuesta dieléctrica de sistemas formados por partículas anisotrópicas. Desarrollamos dos enfoques que aplicamos a dos distintos tipos de sistemas. En el primero, dentro de la aproximación dipolar, desarrollamos un formalismo para el cálculo del tensor dieléctrico efectivo de un medio compuesto granular con partículas anisotrópicas. Esto se hace dentro de la Aproximación de Campo Medio (ACM) basados en un modelo estadístico microscópico del material. Siguiendo un desarrollo riguroso, justificado en todo momento, desarrollamos una extensión de la ACM para este tipo de materiales. Esto nos ha permitido obtener correcciones al tensor dieléctrico efectivo al considerar correlaciones orientación-posición de las partículas, que son despreciadas usualmente en el método de cálculo de la ACM. Uno de los objetivos en esta parte es presentar una alternativa a los modelos fenomenológicos basados en la extensión de la ecuación de Maxwell Garnett o del método de Lorentz tomados de la teoría de la respuesta dieléctrica de medios con inclusiones isotrópicas. Por otra parte, lo riguroso de nuestro formalismo nos permite resolver controversias existentes entre los resultados de otros modelos no suficientemente justificados. En un segundo enfoque desarrollamos una representación espectral multipolar de la respuesta dieléctrica efectiva de un medio constituido por partículas esferoidales con tamaños, posiciones y orientaciones arbitrarias. Esta representación permite determinar la respuesta del sistema directamente de sus propiedades geométricas. Este método lo hemos aplicado a dos importantes sistemas de partículas anisotrópicas de geometría restringida. En el primero de ellos calculamos la polarizabilidad efectiva de una partícula esferoidal situada sobre un sustrato. En este caso la representación espectral de la respuesta dieléctrica nos ha permitido desarrollar un estudio sistemático de las propiedades ópticas de este sistema y determinar la importancia de las contribuciones multipolares en la respuesta del sistema como función de la forma de la partícula, su distancia al sustrato, y las propiedades dieléctricas del sustrato y el medio en que está inmersa. Aplicamos este...

esferoides, dieléctrico, multipolo CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

Rise and fall of Λ and Λ¯ global polarization in semi-central heavy-ion collisions at HADES, NICA and RHIC energies from the core-corona model

MARIA ELENA TEJEDA YEOMANS ISABEL DOMINGUEZ JIMENEZ IVONNE ALICIA MALDONADO CERVANTES Alejandro Ayala (2022, [Artículo])

We compute the Λ and Λ¯ global polarizations in semicentral heavy-ion collisions using the core-corona

model where the source of Λs and Λ¯s is taken as consisting of a high-density core and a less dense corona. We show that the overall properties of the polarization excitation functions can be linked to the relative abundance of Λs coming from the core versus those coming from the corona. For low collision energies, the former are more abundant whereas for higher energies the latter become more abundant. The main consequence of this reversing of the relative abundance is that both polarizations peak at collision energies sNN≲10 GeV. The exact positions and heights of these peaks depend not only on this reversal of relative abundances, but also on the centrality class, which is directly related to the quark gluon plasma volume and lifetime, as well as on the relative abundances of Λs and Λ¯s in the core and corona regions. The intrinsic polarizations are computed from a field-theoretical approach that links the alignment of the strange quark spin with the thermal vorticity and modeling the quark gluon plasma volume and lifetime using a Bjorken expansion scenario. We predict that the Λ and Λ¯ global polarizations should peak at the energy range accessible to NICA and HADES. © 2022 authors. Published by the American Physical Society.

CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA Colisiones (Física)

Estructura, dinámica y evaporación de cúmulos atómicos.

Carlos Enrique Román Velázquez (1991, [Tesis de maestría])

Se realizaron dos estudios sobre cúmulos atómicos utilizando el método de simulación de Dinámica Molecular. En el primero se desarrolló un procedimiento para el estudio y caracterización del proceso de evaporación de cúmulos atómicos. Se calcularon la tasa de evaporación y la energía cinética liberada promedio de cúmulos de varios tamaños a distintas energias. Los resultados se compararon con las predicciones de los modelos teóricos de Engelking y RRK, encontrándose una mejor descripción por parte de este último, aunque no suficientemente adecuada. En la segunda parte se realizó un estudio sistemático de la dinámica de cúmulos de átomos que interacionan mediante un potencial que involucra términos de dos y tres cuerpos diseñado para representar la interacción entre átomos de berilio. En el transcurso de este estudio se analizaron las propiedades estructurales y dinámicas de los cúmulos. Se observó un comportamiento más complejo que el manifestado por el potencial de interacción de dos cuerpos de Lennard-Jones, con frecuente aparición de fenómenos de prefusión. También se encontró una evidencia de la limitación que tiene este potencial para reproducir la dinámica de los materiales de berilio.

Dinámica molecular - Simulación por computadora, Microgrupos - Simulación por computadora, Química, física y teórica - Simulación por computadora, Mecánica cuántica CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA FÍSICA OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS OTRAS ESPECIALIDADES FÍSICAS

Caracterización fisicoquímica de suelo y agua para evaluar la salinidad en el acuífero La Misión, Baja California, México

Physicochemical characterization of soil and water to evaluate salinity in La Misión aquifer, Baja California, Mexico

Vanessa Inés González Riaño (2023, [Tesis de maestría])

El agua subterránea se considera uno de los recursos más importantes a nivel mundial en los sectores de agua potable y agricultura, sobre todo en regiones áridas y semiáridas donde no solo hay menos precipitación sino una elevada evaporación que podría afectar la salinización del suelo y el agua debido a su estrecha relación. El trabajo tiene como objetivo evaluar el tipo de salinidad en el acuífero La Misión, Baja California, a partir del análisis fisicoquímico de suelo y agua subterránea bajo la hipótesis de que existe una relación en la presencia de fases minerales salinas del suelo y las concentraciones de sales en el agua del acuífero. Para ello, se recolectaron y caracterizaron fisicoquímicamente 19 muestras de suelo y agua subterránea en temporada de estiaje (2022) y lluvias (2023) utilizando estadísticas multivariadas y análisis hidrogeoquímicos. Además, se analizaron las fases minerales presentes en el suelo con Difracción de Rayos X (DRX). Los resultados mostraron que el contenido de sólidos disueltos totales en el agua disminuye conforme los sitios se alejan de la línea de costa. De manera general y considerando la composición química de las aguas, éstas se clasifican como ligeramente salinas con pH entre 5.5 y 8.3, y temperaturas entre 15 y 40 °C. Los diagramas de Piper y Chadha mostraron que predominan dos tipos de facies hidroquímicas en el acuífero: Ca-Mg-SO4/Cl y Na-Cl y el diagrama de Gibbs muestra que prevalecen los procesos por meteorización de las rocas y evaporación (500% mayor que la precipitación media anual). De acuerdo con la conductividad eléctrica, pH, porcentaje de sodio intercambiable y la relación de adsorción de sodio en el agua, los suelos superficiales del acuífero en su totalidad son suelos no salinos y no sódicos, además, el análisis de DRX no detectó fases minerales salinas en el suelo. Finalmente, se encontró que la actividad agrícola, el uso de fertilizantes, el hidrotermalismo, la evaporación y la geología podrían estar causando la salinidad del agua subterránea en el área de estudio.

Groundwater is considered one of the most important resources of drinking water worldwide as well as the agriculture sectors, especially in arid and semi-arid regions. Where there is not only less precipitation but also high evaporation rates that could affect soil and water salinization due to their close relationship. The objective of this work is to evaluate the type of salinity in La Misión aquifer, Baja California, based on the physicochemical analysis of soil and groundwater. Under the hypothesis that there is a relationship between the presence of saline mineral phases in the soil and the concentrations of salts in the aquifer’s water. For this purpose, 19 soil and groundwater samples were collected and physicochemically characterized during the dry season (2022) and rainy season (2023) using multivariate statistics and hydrogeochemical analysis. In addition, the mineral phases present in the soil were analyzed with X-Ray Diffraction (XRD). The results showed that the content of total dissolved solids in the water decreases as the sites are farer from the coastline. In general, and considering the chemical composition of the waters, they are classified as slightly saline with pH between 5.5 and 8.3, and temperatures between 15 and 40 °C. The Piper and Chadha diagrams showed that two types of hydrochemical facies predominate in the aquifer: Ca-Mg-SO4/Cl and Na-Cl. The Gibbs diagram shows that rock weathering and evaporation processes prevail (500% greater than average annual precipitation). According to the electrical conductivity, pH, percentage of exchangeable sodium and the sodium adsorption ratio in water, the surface soils of the aquifer as a whole are non-saline and non-sodic soils. The XRD analysis did not detect saline mineral phases in the soil. Finally, it was found that agricultural activity, fertilizer use, hydrothermalism, evaporation and geology could be causing groundwater salinity in the study area.

hidrogeoquímica, Difracción de Rayos X, RAS, PSI hydrogeochemistry, X Ray Diffraction, ESP, SAR CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO CIENCIAS DEL SUELO (EDAFOLOGÍA) FÍSICA DE SUELOS FÍSICA DE SUELOS

Escenarios futuros de eventos extremos de precipitación y temperatura en México

Future changes of precipitation and temperature extremes in Mexico

Ernesto Ramos Esteban (2024, [Tesis de maestría])

Diferentes estudios a escala mundial indican un incremento en frecuencia de eventos climáticos extremos debido al calentamiento global y sugieren que podrían intensificarse en el futuro. El objetivo de este trabajo es analizar los posibles cambios de 12 índices climáticos extremos (ICE) de precipitación y temperatura en 15 regiones de México, el sur de los Estados Unidos y Centroamérica para un período histórico (1981-2010), un futuro cercano (2021-2040), un futuro intermedio (2041-2060) y un futuro lejano (2080-2099). Se utilizó el reanálisis ERA5 como referencia en la evaluación histórica de los modelos climáticos globales (MCG) y para las proyecciones se analizaron los ICE de diez MCG del Proyecto de Intercomparación de Modelos Climáticos, fase 6 (CMIP6), de acuerdo con dos escenarios de Vías Socioeconómicas Compartidas (SSPs), uno de bajas emisiones (SSP2-4.5) y otro de altas emisiones (SSP3-7.0). Los MCG reproducen muy bien los índices extremos de temperatura histórica y los días consecutivos secos, pero subestiman la lluvia promedio y la lluvia extrema en las zonas más lluviosas desde el centro de México hasta Centroamérica. Históricamente, se observaron tendencias positivas de las temperaturas extremas (TXx y TNn) en todas las regiones, pero sólo en algunas regiones fueron significativas, mientras que los índices de lluvia extrema (R95p, R10mm y R20mm) presentaron tendencias negativas, pero pequeñas. Las proyecciones indican que las temperaturas extremas podrían seguir incrementándose en el futuro, desde 2° C hasta 5° C a mitad y final de siglo, respectivamente. La contribución de la precipitación extrema arriba del percentil 95 (R95p) se podría incrementar entre un 10 % y 30 %, especialmente en la región subtropical, mientras que la precipitación podría disminuir en las regiones tropicales. Este estudio es el primero que analiza los cambios futuros de índices extremos del CMIP6 a escala regional (en 15 regiones) de México, el sur de Estados Unidos y Centroamérica.

Global-scale studies indicate an increase in the frequency of extreme weather events due to global warming and suggest that they could further intensify in the future. This study aims to assess potential changes in 12 extreme climate indices (ECI) related to precipitation and temperature in 15 regions in Mexico, the southern United States, and Central America for different periods: a historical period (1981-2010), a near future (2021-2040), an intermediate future (2041-2060), and a far future (2080-2099). The ERA5 reanalysis was used as a reference for the historical evaluation of global climate models (GCMs), and ECI from ten GCMs of phase 6 (CMIP6) from the Coupled Model Intercomparison Project were employed for the projections and examined under two Shared Socioeconomic Pathways (SSPs) scenarios, one characterized by low emissions (SSP2-4.5) and another representing high greenhouse gas emissions (SSP3-7.0). The GCMs reproduce historical extreme temperature indices and consecutive dry days very well. However, they underestimate average and extreme rainfall from central Mexico to Central America in the wetter areas. Historically, positive trends in extreme temperatures (TXx and TNn) were observed across all regions. However, statistical significance was only present in certain regions, while extreme rainfall indices (R95p, R10mm, and R20mm) exhibited small negative trends. The projections suggest that extreme temperatures could continue to increase in the future, from 2°C to 5°C by the mid and late century, respectively. The contribution of extreme precipitation above the 95th percentile (R95p) could increase by 10% to 30%, particularly in the subtropical regions, while precipitation might decrease in tropical regions. This study is the first to analyze future changes in extreme indices from CMIP6 at a regional scale (across 15 regions) in Mexico, the southern United States, and Central America.

Centroamérica, CMIP6, escenarios SSP, extremos climáticos, intercomparación de modelos climáticos, México Central America, climate extremes, CMIP6, intercomparison of climate models, Mexico, SSP scenarios CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO OCEANOGRAFÍA OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04)

Dispersión horizontal y vertical en un modelo idealizado de la circulación inducida por el viento

Horizontal and vertical dispersion in an idealized wind-driven circulation model

José Rodrigo Barrientos Valencia (2023, [Tesis de maestría])

El estudio de la dispersión de materia flotante en el océano es fundamental para abordar problemas contemporáneos, como la contaminación por desechos y la distribución de nutrientes. Sin embargo, la distribución superficial horizontal no captura completamente la complejidad del problema, ya que muchos contaminantes, incluidos los plásticos, tienden a hundirse debido a la desintegración o a la adhesión de materiales que alteran su densidad. Este estudio se centra en la dispersión horizontal y vertical de trazadores pasivos en un océano turbulento impulsado por el viento. Se utilizan partículas sintéticas que son advectadas por un modelo Lagrangiano resolviendo la trayectoria de cada partícula mediante un método Runge-Kutta de 4 ◦ orden. Se exploran cuatro mecanismos de dispersión: (i) corrientes geostróficas a gran escala según el modelo clásico de Stommel, (ii) velocidad de Ekman, (iii) difusividad turbulenta debida a movimientos de submesoescala (simulados con una caminata aleatoria), y (iv) efectos inerciales relacionados con el tamaño y la flotabilidad del trazador. El estudio se divide en dos partes: primero, se examina la dispersión horizontal en superficie, y después se aborda el caso tridimensional mediante la inmersión de trazadores por bombeo de Ekman. Los principales resultados son: 1) con la deriva superficial de Ekman, las partículas convergen hacia una región alrededor del centro del giro de Stommel; sin embargo, dicha convergencia disminuye a medida que aumentan los efectos de la turbulencia; 2) considerando los efectos inerciales, aumentar la flotabilidad o el tamaño de las partículas provoca una convergencia mayor que la producida por la deriva de Ekman; 3) al incluir la velocidad vertical negativa, una baja difusividad turbulenta permite que los trazadores alcancen mayores profundidades porque permanecen más tiempo en regiones de mayor hundimiento.

The study of floating material dispersion in the ocean is crucial for addressing contemporary issues such as waste pollution and nutrient distribution. However, the horizontal surface distribution does not fully capture the complexity of the problem. Many pollutants, including plastics, tend to sink due to the disintegration or adhesion of materials altering their density. This study focuses on the horizontal and vertical dispersion of passive tracers in a turbulent, wind-driven ocean. Synthetic particles are advected using a Lagrangian model, with each particle’s trajectory solved using a fourth-order Runge-Kutta method. Four dispersion mechanisms are explored: (i) large-scale geostrophic currents based on the Stommel’s classical model, (ii) Ekman velocity, (iii) turbulent diffusivity due to submesoscale motions (simulated with a random walk), and (iv) inertial effects related to the tracer’s size and buoyancy. The study is divided into two parts: first, horizontal dispersion at the surface is examined, and then the three-dimensional scenario is addressed by immersing tracers through Ekman pumping. The key findings are as follows: 1) with surface Ekman drift, particles converge around the center of the Stommel gyre; however, this convergence decreases as turbulence effects increase; 2) considering inertial effects, increasing buoyancy or particle size results in greater convergence than that caused by Ekman drift; 3) when the vertical velocity is included, a low turbulent diffusivity allows tracers to reach greater depths because they remain longer times in regions of greater sinking.

circulación de Stommel, deriva de Ekman, partículas inerciales, dispersión de partículas, bombeo de Ekman Stommel circulation, Ekman drift, inertial particles, particle dispersion, Ekman pumping CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO OCEANOGRAFÍA OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04) OCEANOGRAFÍA FÍSICA (VE R 5603 .04)

Modelado y acoplamiento de la conductividad eléctrica e hidráulica a partir de tomografía de rocas

Modeling and coupling of electrical and hydraulic conductivity from rock tomography

Miguel Ángel Martínez Rodríguez (2022, [Tesis de maestría])

En este trabajo se emplearon técnicas de modelado numérico para simular el flujo de corriente eléctrica y de fluido a través de medios porosos con el fin de determinar el factor de resistividad y la permeabilidad, así como la distribución de los campos de densidad de corriente eléctrica y velocidad de flujo. Para el modelado de flujo eléctrico se desarrolló un algoritmo basado en diferencias finitas, mientras que para el modelado hidráulico se empleó una librería reportada en la literatura, basada en el método de redes de Boltzmann. En ambos esquemas de modelado se establecieron condiciones en la frontera poro-grano para modelar los procesos físicos exclusivamente en el espacio poroso. Los valores estimados de factor de resistividad y de permeabilidad, así como la porosidad, se emplearon para estudiar las correlaciones entre estas propiedades a través de relaciones petrofísicas. Para esto, se propuso una expresión que relaciona la permeabilidad y la porosidad y, empleando una relación existente entre el factor de resistividad y la porosidad, se propuso también una relación directa entre la permeabilidad y el factor de resistividad. Las relaciones propuestas fueron aplicadas a los valores numéricos obtenidos para paquetes de esferas generados numéricamente y se encontró que se ajustan mejor a los datos en comparación con las relaciones más comúnmente utilizadas, especialmente para porosidades altas. Se mostró también que estas relaciones petrofísicas toman la forma de las relaciones más comunes conocidas cuando se trata con porosidades bajas. Valores obtenidos de imágenes digitales de un paquete de esferas sintético y una muestra de dolomita mostraron que las expresiones para porosidades bajas son suficientes para ajustar datos de medios porosos con porosidades menores a un valor entre 0.3 y 0.4. Finalmente, se analizaron el factor de resistividad, la permeabilidad, las relaciones petrofísicas, y las distribuciones espaciales y estadísticas de los campos vectoriales de flujo se analizaron para comparar los fenómenos de transporte eléctrico e hidráulico, encontrando que algunos factores, como la porosidad efectiva, son importantes en ambos fenómenos de flujo; mientras que otros, como la adherencia del fluido a las paredes del poro, son particularmente relevantes para el flujo hidráulico.

In this work, numerical modeling techniques were used to simulate the flow of electric current and fluid through porous media in order to determine the resistivity factor and permeability, as well as the distribution of electric current density and flow velocity fields. For electric flow modeling, an algorithm based on finite differences was developed, while for hydraulic modeling, a library reported in the literature, based on lattice Boltzmann method, was used. In both modeling schemes, pore-grain boundary conditions were established to model the physical processes exclusively in the pore space. The estimated values of resistivity factor and permeability, as well as porosity, were used to study the correlations between these properties through petrophysical relationships. An expression relating permeability and porosity was proposed and, using an existing relationship between the resistivity factor and the porosity, a direct relation between permeability and resistivity factor was also proposed. The proposed relations were applied to data obtained for numerically generated sphere packs and were found to fit the data better than the most commonly used relationships, especially for high porosities. It was also shown that these petrophysical relationships take the form of the most common relationships known when dealing with low porosities. Modeling data on digital images of a synthetic sphere pack and a dolomite sample showed that the expressions for low porosities are sufficient to fit data from porous media with porosities lower than 0.3 to 0.4. Finally, resistivity factors, permeabilities, petrophysical relationships, and spatial and statistical distributions of flow vector fields were analyzed to compare electrical and hydraulic transport phenomena, finding that some factors, such as the effective porosity, are important in both flow phenomena; whereas some other, such as the pore-wall adherence, are particularly relevant to hidraulic flux.

Física de rocas, modelado numérico, relaciones petrofísicas, fenómenos de transporte, factor de resistividad, permeabilidad, porosidad, tomografía de rocas, campos vectoriales, distribución estadística Rock physics, numerical modelling, petrophysical relations, transport phenomena, resistivity factor, permeability, porosity, rock tomography, vector fields, statistical distribution CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS Y CIENCIAS DE LA TIERRA CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO GEOFÍSICA GEOFÍSICA DE LA MASA SÓLIDA TERRESTRE GEOFÍSICA DE LA MASA SÓLIDA TERRESTRE