En salinas, salares, en desiertos y lagos secos se encuentran patrones de polígonos entrelazados formados por crestas estrechas que crecen sobre un suelo con una costra de sal. El origen de estos polígonos, de unos pocos metros de ancho, no tiene una explicación que justifique su tamaño y forma distintivos. Ahora un equipo de investigación cree que puede explicar cómo se forman estos patrones a través de la interacción entre el fluido que se mueve en el suelo y el fluido que se evapora en la superficie. El nuevo trabajo parece ofrecer una explicación unificadora del crecimiento de estos polígonos en una amplia gama de condiciones físicas diferentes.

Los polígonos de sal se forman en regiones donde la tasa de evaporación del agua del suelo excede significativamente la tasa de precipitación. En esos lugares la evaporación en la superficie se equilibra con un flujo continuo de agua subterránea de fuentes más distantes, como montañas cercanas. Esta agua sube a la superficie y provoca una evaporación continua, incluso en ausencia de lluvias, y deja un residuo de sal. Pero sigue siendo un misterio por qué estos residuos se forman en crestas que trazan patrones poligonales. También es desconcertante por qué los patrones resultan ser tan similares dondequiera que ocurran, a pesar de las diferencias locales en geología, química de la sal y condiciones ambientales.

Para encontrar una explicación los investigadores desarrollaron un modelo matemático de los procesos que ocurren justo debajo de la superficie. Este modelo, basado en la dinámica de fluidos y otros principios geofísicos, predice que el lecho de un lago seco típico desarrollará una capa de fluido muy rica en sal cerca de su superficie como resultado del residuo salado que se encuentra encima.

Esta capa salada densa descansa inestablemente sobre un fluido menos denso que se encuentra debajo. Si la fuerza impulsora de la evaporación es suficientemente fuerte, se desarrolla un flujo convectivo en el fluido: el agua más salada se hunde y el agua menos salada sube, lo que genera columnas de fluido que fluyen hacia arriba y hacia abajo, como las que aparecen en el agua hirviendo. Usando parámetros de fluidos característicos de los lechos de lagos salados reales, los investigadores predicen que estos ciclos convectivos tendrán aproximadamente entre 1 y 2 m de ancho, sospechosamente similares a los tamaños de los polígonos observados.

Las simulaciones muestran que los ciclos convectivos finalmente generan un conjunto de columnas estrechas de agua de alta salinidad que descienden de la superficie. Estos penachos luego forman una red poligonal cerrada de láminas verticales descendentes que rodean zonas de fluido ascendente.

Esta red de ciclos convectivos impulsa la formación de las crestas de sal. En el interior de cada celda de convección, donde el agua de baja salinidad fluye hacia arriba, la costra de sal crece más lentamente porque está en contacto con agua menos salada. En contraste, en los límites de las celdas ubicados directamente sobre las láminas de afloramiento, una mayor cantidad de sal fluye hacia arriba la costra. Como resultado, las crestas estrechas crecen rápidamente y construyen el patrón de red poligonal.

Para comprobar el modelo el equipo realizó simulaciones detalladas y las comparó con las mediciones realizadas en lugares reales. Excavando debajo del patrón de crestas encontraron evidencia de penachos salados que fluyen hacia abajo, exactamente como predice el modelo, con agua menos salada que fluye hacia arriba en los centros planos de los polígonos. En general, los investigadores descubrieron que su modelo podía explicar no solo los patrones emergentes básicos, sino también las escalas de longitud clave: los anchos de las células convectivas y las crestas de sal.

Referencias:

Jana Lasser, Joanna M. Nield, Marcel Ernst, Volker Karius, Giles F. S. Wiggs, Matthew R. Threadgold, Cédric Beaume, and Lucas Goehring (2023) Salt Polygons and Porous Media Convection Phys. Rev. X doi: 10.1103/PhysRevX.13.011025

Mark Buchanan (2023) Why Death Valley Is Full of Polygons Physics 16, 31

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance