Investigadores de Georgia Tech han desarrollado una fórmula matemática para predecir el tamaño de los lagos que se forman en las capas de hielo derretidas, descubriendo que su profundidad y extensión están vinculadas a la topografía de la propia capa de hielo.
por Selena Langner, Instituto Tecnológico de Georgia
El equipo aprovechó la física, las simulaciones de modelos y las imágenes satelitales para desarrollar ecuaciones matemáticas sencillas que pueden integrarse fácilmente en los modelos climáticos existentes. Se trata de una herramienta pionera que ya está mejorando los modelos climáticos.
«Los lagos de deshielo desempeñan un papel importante en la estabilidad de la capa de hielo, pero anteriormente no existían límites sobre su tamaño máximo esperado en la Antártida», afirma la directora del estudio, Danielle Grau, estudiante de doctorado de la Facultad de Ciencias de la Tierra y la Atmósfera. «Me intrigaba la idea de cuantificar el papel que podríamos esperar que desempeñen en el futuro».
El artículo, » Predicción de la profundidad media y la fracción de área de los lagos de fusión supraglacial antárticos con parametrizaciones basadas en la física «, se publica en Nature Communications .
Además de Grau, el equipo de investigación incluye al profesor de la Escuela de Ciencias de la Tierra y la Atmósfera, Alexander Robel, quien es asesor de Grau, y a Azeez Hussain (PHYS 2025).
Sus predicciones muestran que la mayoría de estos lagos tendrán menos de un metro de profundidad y abarcarán hasta el 40% de la superficie de la capa de hielo.
«Muchos modelos no incluyen ningún dato sobre lagos en la superficie de las capas de hielo, mientras que otros simulan que estos lagos derretidos crecen hasta que el hielo colapsa», dice Robel.
Nuestros resultados muestran que la realidad se encuentra en un punto intermedio, y que el tamaño máximo de estos lagos puede predecirse utilizando estas nuevas ecuaciones. Esto nos proporciona cifras reales y concretas para utilizar en los modelos climáticos.
Del proyecto de verano al descubrimiento de satélites
Grau comenzó a trabajar en el proyecto como estudiante universitaria cuando solicitó un programa de Experiencias de Investigación de Verano para Estudiantes Universitarios organizado por la Escuela de Ciencias de la Tierra y la Atmósfera.
Inspirados por la investigación de lagos terrestres , Grau y Robel investigaron la autoafinidad de la capa de hielo antártica, una propiedad asociada con la rugosidad de la superficie a diversas escalas. Por ejemplo, un paisaje como el Parque Nacional Badlands, con numerosas colinas onduladas de diversos tamaños, tendría una autoafinidad diferente a la de una pradera plana con tres grandes volcanes.
«Un estudio previo había utilizado esta propiedad para predecir el tamaño de lagos y estanques terrestres, y nos intrigaba si podríamos utilizar un enfoque similar para los lagos supraglaciares de la Antártida», afirma Grau. «Determinar que la capa de hielo antártica también posee esta propiedad fue el primer paso para profundizar en esta investigación».
Las matemáticas de la fusión
Grau continuó la investigación como estudiante de doctorado en el laboratorio de Robel. Juntos, desentrañaron la física del movimiento del agua de deshielo sobre la superficie del hielo, diseñando un «glaciar computacional» que imita la acumulación y el movimiento del agua de deshielo en diversas topografías.
«Diseñamos un algoritmo y lo integramos en un modelo que el GT Ice & Climate Group ha utilizado en el pasado», dice Grau.
A partir de ahí, pudimos observar cómo se formarían los lagos en diferentes superficies en miles de escenarios. Esta fue la base de las ecuaciones matemáticas que desarrollé, que pueden predecir la profundidad y la superficie del lago basándose en la propiedad de autoafinidad.
Para comprobar sus resultados, Grau solicitó la ayuda de Hussain —entonces estudiante de la Facultad de Física— para examinar datos satelitales del programa Landsat (que captura fotografías detalladas de la superficie de la Tierra desde el espacio) para medir los lagos supraglaciales existentes y la topografía de la superficie.
«Fue emocionante ver cómo nuestras predicciones coincidían con lo que observábamos en las imágenes satelitales «, explica Robel. «Esto demuestra que nuestra solución es una vía concreta para que los modelos climáticos incorporen de forma realista los lagos supraglaciales».
Grau ya está trabajando para incorporar las ecuaciones del equipo a un modelo atmosférico utilizado por la NASA, además de un modelo de capa de hielo desarrollado por el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y el Dartmouth College.
«Al convertir modelos complicados y datos satelitales en ecuaciones predictivas simples, estamos dando a los modelos climáticos una nueva lente para ver el futuro», afirma.
«Es una pequeña pieza del rompecabezas, pero nos ayuda a entender cómo responden las capas de hielo al calentamiento mundial».
Más información: Danielle Grau et al., Predicción de la profundidad media y la fracción de área de los lagos de fusión supraglacial antárticos con parametrizaciones basadas en la física, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-61798-8
