Descubren posible origen de los llamados "bosques de piedra"

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Descubren posible origen de los llamados "bosques de piedra"

Estas maravillosas formaciones geológicas en la naturaleza, desde Giant’s Causeway en Irlanda hasta Castleton Tower en Utah, y los diversos procesos por los cuales tales estructuras forman es de interés de larga data para los científicos.

Un equipo de matemáticos aplicados de la Universidad de Nueva York ha vuelto su atención a los llamados «bosques de piedra» comunes en ciertas regiones de China y Madagascar. Estas formaciones rocosas puntiagudas, como el famoso Bosque de Piedra en la provincia china de Yunnan, son el resultado de la disolución de sólidos en líquidos en presencia de gravedad, que produce flujos convectivos naturales, según el equipo de la Universidad de Nueva York.

Describieron sus conclusiones en un artículo reciente publicado en The Proceedings of the National Academy of Sciences.

El coautor Leif Ristroph le dijo a Ars que su grupo en el Laboratorio de Matemáticas Aplicadas de la Universidad de Nueva York se interesó en estudiar los bosques de piedra (técnicamente un tipo de topografía kárstica)por una ruta algo indirecta.

Estaban utilizando simulaciones y experimentos para explorar las formas interesantes que evolucionan en los paisajes debido a una serie de procesos de «formación», sobre todo la erosión y la disolución.

«Descubrimos por primera vez los picos formados por la disolución cuando dejamos caramelos en un tanque de agua y volvimos más tarde para encontrar una aguja similar a una aguja»

«El estudiante de posgrado, el primer autor Mac Huang, incluso accidentalmente se cortó cuando admiraba la forma. Esto nos atrajo al problema, y nos sentimos muy emocionados cuando nos dimos cuenta de la conexión con pináculos de piedra y bosques de piedra, que han sido bastante misteriosos en su desarrollo. Esperamos que nuestros experimentos cuenten una simple «historia de origen» detrás de estas formas de tierra».

Con el fin de probar sus simulaciones en el laboratorio, el equipo combinó azúcar de mesa granulado, jarabe de maíz y agua en moldes para hacer bloques y pilares individuales de caramelos solidificados (de grieta dura), una aproximación a las rocas solubles que típicamente forman topografías kársticas. El molde para los bloques incluía matrices de varillas metálicas verticales para «sembrar» los bloques con poros para una aproximación aún más cercana.

Colocaron estos bloques y pilares de caramelo en un tanque de plexiglás lleno de agua desgasificación a temperatura ambiente, lo suficientemente profundo como para que los azúcares disueltos se asentaron en la parte inferior, lejos de los objetos que se estaban probando. Capturaron el proceso de disolución tomando fotografías digitales a intervalos de un minuto.

Puedes ver un video de lapso de tiempo del experimento aquí, en el que un bloque de disolución de caramelo se transforma en una serie de picos afilados que se asemejan a un lecho de clavos. El bloque comienza con poros internos y se sumerge completamente bajo el agua, donde se disuelve y se convierte en un «bosque de caramelos» antes de colapsar.

Esto ocurre incluso en el agua quieta. «Descubrimos que el proceso de disolución en sí genera los flujos responsables de tallar la forma de la espiga», dijo Ristroph.

«Básicamente, el mineral, o, en nuestros experimentos, los caramelos de piruleta que sirven como ‘roca de burla’— se disuelve y el líquido circundante se pone pesado y luego fluye hacia abajo debido a la gravedad. Por lo tanto, nuestro mecanismo no requiere condiciones de flujo particulares u otras circunstancias externas o ambientales: La receta consiste simplemente en disolver en líquido y gravedad».

Ristroph et al. sugieren que un mecanismo similar está en acción en la formación de bosques de piedra, sólo en una escala de tiempo mucho más larga. Las rocas solubles como la piedra caliza, la dolomita y el yeso se sumergen bajo el agua, donde los minerales se disuelven lentamente en el agua circundante. El agua más pesada entonces se hunde bajo el tirón hacia abajo de la gravedad, y los flujos forman gradualmente topografías kársticas. Cuando el agua retrocede, emergen los pilares y los bosques de piedra.

En la superficie, estos bosques de piedra se parecen bastante a los penitentes: pilares nevados de hielo que se forman en aire muy seco que se encuentra en lo alto de los glaciares andinos. Algunos físicos han sugerido que se forman penitentes cuando la luz solar evapora la nieve directamente en vapor, sin pasar por una fase de agua (sublimación). Se forman pequeñas crestas y valles, y la luz del sol queda atrapada dentro de ellos, creando calor adicional que talla aún más a través, y esas superficies curvas a su vez actúan como una lente, acelerando aún más el proceso de sublimación. Una propuesta alternativa añade un mecanismo adicional para tener en cuenta el espaciado fijo extrañamente periódico de los penitentes: una combinación de difusión de vapor y transporte de calor que produce un gradiente de temperatura pronunciado, y por lo tanto una tasa de sublimación más alta.

Los físicos han sido capaces de volver a crear versiones artificiales de penitentes en el laboratorio. Pero los penitentes y los bosques de piedra son en realidad muy diferentes en términos de los mecanismos involucrados en su formación. «Creo que las similitudes son bastante superficiales», dijo Ristroph. «Ciertamente, el proceso de ‘escultura’ es muy diferente en términos de los principales efectos de conducción. Principalmente, nuestros picos están muy tallados por flujos, que no creo que jueguen un papel importante en la formación de penitentes».

Concedido, los investigadores de la Universidad de Nueva York lograron sus resultados en condiciones idealizadas, deliberadamente así, según los autores, mejor identificar y caracterizar claramente el proceso de afilado, el mecanismo subyacente y la estructura matemática.

Como resultado, «Este estudio revela un conjunto mínimo de ingredientes esenciales para la aguja y los motivos de la cama de las uñas», escribieron los autores. En el futuro, esperan seguir probando este proceso de formación en diferentes condiciones ambientales en el laboratorio, como cómo la precipitación y la escorrentía superficial, o ser enterrado bajo sedimentos sueltos, podrían afectar a la formación de pináculos.