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Resuelto el misterio de las piedras zen y las mesas glaciares

Ocasionalmente, los excursionistas que caminan por un glaciar pueden observar grandes rocas que reposan en equilibrio sobre pedestales de hielo que pueden alcanzar entre uno y dos metros de altura. Un fenómeno similar se da en invierno en el lago Baikal, en Siberia, donde a menudo pueden verse pequeños guijarros apoyados sobre estrechas columnas de hielo. Las conocidas como «piedras zen», así como sus homólogas de montaña, las «mesas glaciares», parecen desafiar la gravedad. ¿Cómo se forman? En dos trabajos recientes, Nicolas Taberlet, Nicolas Plihon y Marceau Hénot, de la Escuela Normal Superior de Lyon, han estudiado el proceso que da lugar a estas efímeras esculturas naturales. Los resultados se publican en Physical Review Letters y en PNAS.

La erosión, tanto eólica como pluvial, suele originar estructuras en forma de un pedestal coronado por una masa rocosa de mayor tamaño, como las rocas en forma de seta que se alzan en algunos desiertos, modeladas por la abrasión de la arena arrastrada por el viento. Las mesas glaciares y las piedras zen presentan un aspecto similar, pero los procesos erosivos que las generan son completamente distintos.

Mesas glaciares

Los autores se interesaron en primer lugar por las mesas glaciares observadas en los glaciares de las altitudes medias, donde el sol estival puede fundir el hielo. Dependiendo de las condiciones, una roca situada sobre una masa de hielo puede o bien hundirse en él, o bien formar una mesa glaciar. Los investigadores han estudiado experimentalmente los parámetros que conducen a una u otra situación observando cómo se funde el hielo bajo una serie de cilindros achatados, de unos pocos centímetros de diámetro y altura (un vídeo del experimento puede verse aquí).

Empleando distintos materiales (poliestireno, PVC o granito), los autores demostraron que la conducción de calor desempeña un papel esencial en el desarrollo del fenómeno. El poliestireno y el PVC, buenos aislantes térmicos, actúan a modo de escudo; el flujo de calor es más débil bajo el cilindro, por lo que la lenta fusión del hielo subyacente da lugar a un pedestal. El granito, por el contrario, conduce mejor el calor, de forma que el hielo sobre el que se apoya se funde con mayor rapidez y el cilindro se hunde.

Sin embargo, la forma y las dimensiones del cilindro también son determinantes. Para un mismo material, un objeto más grueso protege menos el hielo que uno más delgado: el de mayor grosor presenta una mayor superficie en contacto con el aire, por lo que acumula más calor. Los investigadores han demostrado que el factor geométrico fundamental es la relación entre el grosor y el diámetro del cilindro puesto que el primero favorece la fusión, mientras que el segundo la limita. Por tanto, un cilindro de granito del tamaño suficiente puede originar una mesa glaciar a pesar de su buena conductividad térmica.

Los autores simularon el fenómeno y demostraron que, en el caso del granito, su diámetro debe superar 10 o 20 centímetros para que pueda formarse una mesa, lo cual se corresponde con las observaciones de campo, donde las mesas glaciares son del orden de un metro. Actualmente estudian la influencia de otros parámetros, como la radiación solar indirecta, el viento y la variabilidad diurna, así como las impurezas y la porosidad del hielo, tomando como referencia las observaciones realizadas en el glaciar Mer de Glace, en el macizo del Mont Blanc.

Piedras zen

Tras estudiar las mesas glaciares, Taberlet y Plihon se interesaron por las piedras zen. ¿Cabría esperar el mismo mecanismo de formación? En primer lugar, debe aclararse que se trata de un fenómeno inusual, observado principalmente en el lago Baikal. A finales del invierno, sus aguas quedan cubiertas por una capa de hielo de varios metros de espesor. Debido a los vientos, a una temperatura media situada entre –30 °C y –10 °C y a la bajísima humedad, el hielo se sublima en lugar de fundirse, es decir, se transforma directamente en vapor al incidir sobre él la radicación solar. Sin embargo, las piedras actúan a modo de parasol: su sombra impide que el hielo sobre el que reposan se sublime. Los investigadores han demostrado que los pedestales tardan unos 40 días en formarse.

Por otro lado, llama la atención el hecho de que los pedestales presenten morfologías relativamente simétricas y no se encuentren más ahuecados hacia el sur (la principal orientación del sol). Taberlet y Plihon postulan que la nubosidad de la estación invernal difunde la energía del sol de forma isótropa. En consecuencia, la sublimación es homogénea alrededor de la piedra. Como en el caso de las mesas glaciares, los investigadores reprodujeron el fenómeno tanto en el laboratorio, mediante un liofilizador que permite sublimar el hielo, como en simulaciones numéricas.

«Al observar las fotografías de las piedras zen naturales, se aprecia una depresión en el hielo alrededor del pedestal», señala Plihon. «Hemos demostrado que ese hundimiento guarda relación con la propia radiación de la piedra, que se suma a la ya recibida desde la atmósfera en las inmediaciones de la roca y, por tanto, aumenta localmente la tasa de sublimación».

Más allá de su atractivo estético, las piedras zen suponen un inusual caso de sublimación en nuestro planeta. En el espacio, este fenómeno podría ser mucho más frecuente, por ejemplo, en Europa, la luna de Júpiter, que se halla cubierta por una gruesa capa de hielo. La formación de pedestales bajo un futuro módulo de aterrizaje podría desestabilizarlo.

Sean Bailly

Referencias: «Onset of glacier tables»; Marceau Hénot, Nicolas Plihon y Nicolas Taberlet en Physical Review Letters, vol. 127, art. 108501, 3 de septiembre de 2021. «Sublimation-driven morphogenesis of Zen stones on ice surfaces»; Nicolas Taberlet y Nicolas Pilhon en PNAS, 118(40), e2109107118, 5 de octubre de 2021.

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