Finalmente explique la formación de «piedras zen» en el lago Baikal

¿Ha sucumbido alguna vez al placer de arrojar una piedra a un lago helado con la esperanza de romper una capa hielo ? en las orillas Lago Baikal, ubicado en SiberiaCualquier intento está condenado al fracaso, porque el espesor del hielo alcanza de uno a tres metros durante los meses de invierno.

Sin embargo, con el tiempo, la decepción inicial puede convertirse en asombro. condición climática Favorable: Una piedra que inicialmente se asentó sobre la superficie congelada se encuentra en delicado equilibrio en la parte superior de una base de hielo. Este raro fenómeno, llamado «piedras zen», en referencia a jardines japoneses que presentan montones de guijarros en equilibrio, no han sido explicados hasta ahora.

El grosor del hielo cambia durante el invierno: puede crecer en la parte inferior (cuando el agua del lago se congela), pero también disminuye en la parte superior. Si en Europa occidental esta disminución se debe al deshielo, entonces las condiciones meteorológicas de Región del lago Baikal El hielo conduce a la «sublimación».

La evaporación tiene efectos asombrosos.

Este cambio de estado del agua, inusual en la vida cotidiana, hace que el hielo se evapore directamente a la atmósfera sin pasar por su fase líquida. La acumulación de hielo en el lago Baikal conduce a tasas de desarraigo de unos pocos milímetros por día desde la parte superior del lago.

Nuestro trabajo ha demostrado que estas ‘piedras zen’ se deben a la ablación diferencial del hielo, es decir, la variación en la velocidad de sublimación (y, por lo tanto, de erosión) debajo del guijarro y alejándose del guijarro. La superficie superior del hielo se contrae constantemente en todo el lago, pero este proceso, que necesita la luz del día, se ve obstaculizado por la presencia de un guijarro cuya sombra crea un déficit en el aporte de energía solar.

Así, contrariamente a la creencia popular, el pie empuja debajo del guijarro, protegiendo este último el hielo sobre el que descansa, mientras desciende el resto de la superficie helada del lago. Este proceso es similar a dar forma pilas de hadasdonde la roca sólida protege una columna de sedimento menos resistente a la erosión por lluvia y aguanieve.

Lago Baikal en el laboratorio

Reproducimos a pequeña escala la formación de «piedras zen» en el laboratorio utilizando un «liofilizador». Este dispositivo tiene una cámara sellada en la que la baja presión y la temperatura conducen a sublimación de hielo.

Un cilindro de metal de unos pocos centímetros de largo colocado inicialmente sobre un bloque de hielo se encuentra pocas horas después sobre una base delicada. Elegimos usar minerales porque sus propiedades térmicas (conductividad, capacidad calorífica y emisividad) son bien conocidas, pero el experimento de laboratorio también funciona con un disco de piedra natural.

Este dispositivo nos ha permitido confirmar el mecanismo de formación de las «piedras zen» en el entorno natural, pero también probar las diferentes formaciones, rápida y repetidamente gracias a una tasa de sublimación in vitro casi diez veces más rápida. La presencia de depresión observada bajo grava normal se debe a un efecto sutil ausente en nuestros experimentos. laboratorio.

De hecho, el guijarro (al igual que el hielo) tiene una temperatura superior al cero absoluto y, por lo tanto, emite un Radiación electromagnética. Pero, mientras que la radiación solar se emite principalmente en longitudes de onda visibles, la que proviene del guijarro es máxima en el infrarrojo lejano, para longitudes de onda de alrededor de 10 micrómetros. En nuestros experimentos, el disco de metal y el hielo tienen la misma temperatura y sus emisiones en el rango infrarrojo se compensan entre sí.

Un fenómeno raro y transitorio

Por el contrario, en el lago Baikal, la temperatura del guijarro puede ser superior a la temperatura del hielo, durante parte del día. Así, esta fuente adicional de energía acelera el proceso de sublimación cerca del guijarro y provoca una depresión que sigue la circunferencia de la piedra.

Las «piedras zen» son un fenómeno Efímero raro. De hecho, el proceso de sublimación, incluso si se ralentiza considerablemente debajo de la piedra, hace que el pie se adelgace indefinidamente hasta que el guijarro se cae. Estas estructuras en el lago Baikal tienen dos o tres semanas de antigüedad y solo unas pocas tienen la suerte de presenciar este espectáculo.