Las estrellas de hielo revelan el secreto de sus patrones

Algunos físicos miran fijamente las estrellas del cielo, pero Victor Tsai de la Universidad de Harvard y John Wettlaufer de la Universidad de Yale en los Estados Unidos miran con atención a las estrellas de los lagos helados. Tales patrones en estrella a menudo rodean agujeros en el hielo, pero el origen de su forma siempre ha sido un misterio. Ahora, modelando su formación, los investigadores han descubierto que la forma está gobernada por las propiedades de la nieve que cubre el hielo (Phys. Rev. E 75 066105).

Los patrones de estrellas son un signo común en los lagos recientemente congelados. (Imagen cortesía de: John Wettlaufer)

Wettlaufer se inspiró por primera vez para investigar los patrones de las estrellas cuando él y su esposa estaban mirando al exterior desde la ventana de un avión que tomaba tierra en Chicago y notaron un lago helado salpicado de distintas formas. “Quedamos totalmente impactados”, dijo. “Mi esposa es de Suecia y conocía esto como el precursor de un peligroso patinaje sobre hielo, pero nunca había visto tantos”.

Los patrones de las estrellas se forman cuando un agujero en un lago recientemente congelado permite que el agua suba desde las profundidades y se disperse por toda la nieve cubriendo la superficie, dejando oscuros “dedos” de hielo fundido partiendo de un punto central. Previamente, los físicos habían sospechado que los dedos se forman debido a un efecto dominó: el agua comienza a fluir en una dirección, provocando que la nieve se funda más rápido en esa región y de esta forma ayudando al agua a fluir con mayor rapidez. Pero nunca nadie había construido un modelo para ver si esta idea era correcta.

Tsai y Wettlaufer comenzaron por suponer que la razón del flujo del agua es dependiente de cómo de compacta – y por tanto cómo de porosa – es la nieve. Entonces crearon un modelo que también tenía en cuenta parámetros que incluían la presión dirigida y el contenido de calor del agua y cómo de rápido se podría transmitir el calor por difusión.

La pareja estadounidense encontró que todos estos parámetros gobiernan el número de regiones inestables en los que se formarían los dedos. En particular, una nueva más porosa junto con una mayor presión dirigida resultaría en más dedos.

Tsai y Wettlaufer realizaron pruebas en el laboratorio para ver si su modelo encajaba con los datos del mundo real bombeando agua a una temperatura de 1 °C a través de un plato de nieve medio derretida mantenida bajo el punto de congelación. Aunque no fueron capaces de cambiar la porosidad de la nieve, controlaron otros parámetros incluidos en el modelo inicial tales como el tamaño del agujero inicial. Tras 14 pruebas, pudieron concluir que el modelo no predice perfectamente el número de agujeros, pero acertaba en el 95% de los casos.

Wettlaufer dijo a Physics Web que su estudio podría ser relevante en muchos otros procesos que involucren inestabilidad tales como el destino de un hielo flotante en los océanos polares. “Esperamos que…más gente se fije en los lagos invernales con mayor atención en estas estrellas”, dijo. “Sé que siempre tendré una cámara a mano”.


Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 2 de julio de 2007
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