Así es como las agujas de hielo esculpen patrones en paisajes fríos y rocosos

Limpios anillos, rayas y remolinos adornan muchos paisajes fríos y rocosos. Aunque estos hermosos patrones de piedra parecen obras de arte hechas por humanos, todos son naturales. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que estos patrones rocosos son el resultado de la congelación y descongelación. Pero precisamente cómo se desarrollan ha sido un misterio, hasta ahora.

Nuevos experimentos revelan que los llamados Las “agujas de hielo” pueden clasificar y organizar las rocas en muchos patrones., Anyuan Li de la Universidad de Tsukuba en Japón y sus colegas informan el 5 de octubre Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

“La belleza de [our] experimentos es que en realidad se puede ver información directa sobre cómo se forman los patrones ”, dice Bernard Hallet de la Universidad de Washington en Seattle, quien ha estudiado patrones naturales en rocas superficiales en todo el mundo.

Al igual que las rayas de cebra, estas crestas son totalmente naturales. Fueron fotografiados a lo largo de una ladera superior del cráter volcánico Haleakala en la isla hawaiana de Maui. Este patrón se formó sobre la superficie de grava cuando las agujas de hielo separaron gradualmente las piedras del suelo.B. Hallet

Los investigadores esparcieron guijarros sobre una sartén que contenía suelo húmedo y de grano fino, luego congelaron y descongelaron este mini paisaje una y otra vez. Cuando el suelo húmedo aún no se había congelado pero la temperatura del aire descendió por debajo del punto de congelación, del suelo brotaron pequeñas columnas de hielo en forma de agujas. Estas agujas de hielo, cada una de hasta unos pocos centímetros de altura, levantaron piedras sobre ellas. Cuando las temperaturas volvieron a subir, el hielo se derrumbó y las piedras se cayeron. Debido a que las agujas de hielo se curvaban a medida que crecían, las piedras tendían a caerse de sus pedestales helados hacia un lado.

Durante muchos ciclos de congelación-descongelación, las agujas de hielo limpiaron parches de suelo expuesto. Dado que las agujas podían formarse más fácilmente en lugares donde había menos rocas en el camino, eliminaron de manera más eficiente los guijarros restantes. Las piedras se mezclaron gradualmente en grupos entre áreas libres de piedras para formar patrones más grandes. El patrón que se basa en un paisaje “depende en gran medida de su [local stone] concentración ”, dice el coautor del estudio Quan-Xing Liu, ecologista teórico de la Universidad Normal del Este de China en Shanghai.

círculos grabados en el suelo
Los procesos de congelación y descongelación crearon estos círculos de piedra en el paisaje de Svalbard, Noruega. Proporcionan un ejemplo de un diseño natural que no está formado por agujas de hielo. La superficie del suelo se hincha a medida que se congela cada invierno. Durante miles de años, los ciclos de congelación-descongelación clasificaron y empujaron piedras en el suelo hasta la superficie, creando el patrón aquí. B. Hallet

En experimentos de laboratorio, el equipo “pudo obtener patrones después de 30 ciclos de congelación”, dice Hallet. Eso podría equivaler a 30 noches frías, o 30 años, si cada helada durara todo un invierno. En el mundo real, dice Hallet, algunos patrones pueden tardar “miles, si no decenas de miles, en formarse”.

Utilizando observaciones de sus experimentos con el suelo, los investigadores construyeron una simulación por computadora del paisaje con agujas de hielo. Esta simulación podría predecir el movimiento de piedras en un ambiente abierto bajo una variedad de condiciones. La simulación confirmó que la tasa de formación del patrón dependía de la densidad de la cubierta de piedra, entre otros factores. Las formas y las tasas de formación de los patrones también se relacionaron con la humedad del suelo, la inclinación del suelo y la altura de las agujas de hielo.

A medida que un paisaje en miniatura hecho en el laboratorio se somete a muchos ciclos de congelación-descongelación, se forman y colapsan agujas de hielo, que mezclan gradualmente las piedras en racimos, formando un patrón más grande.

“Vemos patrones idénticos en diferentes sistemas, como los fluidos”, dice Hallet sobre las formaciones rocosas. Los materiales con diferentes características o tamaños a menudo comienzan todos mezclados, pero no se quedan así (SN: 22/4/21). La separación de fases es el proceso que transforma estas mezclas en patrones. El nuevo estudio es uno de los primeros en mostrar cómo se aplica la separación de fases a los paisajes.

La combinación de experimentos y modelado por computadora en este estudio proporciona una nueva forma de conectar cómo se forman los paisajes naturales y cómo se comportan sus materiales, dice Rachel Glade, geóloga de la Universidad de Rochester en Nueva York que no participó en el trabajo. Este enfoque “es vital para nuestra comprensión de los materiales complejos”, agrega, y podría ayudarnos a comprender cómo los paisajes pueden evolucionar de manera diferente en un clima cambiante.


Source: Science News by www.sciencenews.org.

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