Un estudio combina modelos matemáticos, simulaciones físicas y teledetección para explicar cómo se forman las terrazas y los lóbulos de solifluxión en las laderas con permafrost.
Redactor: Santiago Duarte
Editor: Karem Díaz S.
Las laderas de las regiones árticas con suelos congelados pueden presentar círculos, franjas, polígonos y otras figuras geométricas. También albergan patrones de solifluxión, unas marcas que aparecen cuando una parte del permafrost parcialmente descongelado se desplaza lentamente pendiente abajo.
Estos patrones suelen estar formados por superficies planas y escalonadas, parecidas a una gran escalera, acompañadas por lóbulos redondeados de tierra en la base de cada terraza. Comprender su origen es importante para estudiar la estabilidad de las laderas árticas en un contexto en el que el calentamiento está acelerando el deshielo del terreno congelado.
La investigación fue realizada por Rachel C. Glade y sus colaboradores, quienes utilizaron modelos matemáticos, simulaciones físicas y datos obtenidos mediante teledetección para examinar los posibles mecanismos responsables de estas formaciones. Los resultados fueron publicados en la revista científica AGU Advances.
Un suelo que se comporta como sólido y como fluido
El suelo helado se mueve con extrema lentitud, generalmente entre milímetros y centímetros por año. Sin embargo, su comportamiento físico es complejo: en determinadas condiciones actúa como un sólido, mientras que en otras puede deformarse y fluir como un líquido.
Esta variabilidad se relaciona con los cambios estacionales de temperatura y humedad, así como con las propiedades físicas del propio terreno. Durante las estaciones cálidas se descongela una capa superficial, conocida como capa activa, mientras que el suelo situado a mayor profundidad permanece congelado.
Los desplazamientos asociados a este proceso también pueden modificar la superficie e incrementar la inestabilidad de las pendientes. Investigaciones anteriores han mostrado que el deshielo de las laderas árticas puede favorecer hundimientos, erosión y movimientos de tierra en zonas donde el hielo subterráneo pierde estabilidad.
La comparación con un fluido no newtoniano
El equipo evaluó varias analogías utilizadas habitualmente para describir el movimiento de los fluidos. Entre ellas se encontraban la pintura que escurre por una pared, las deformaciones observadas en algunos flujos de lava y las ondas que se desarrollan sobre líquidos en movimiento.
Después de revisar estudios sobre el comportamiento del suelo y ejecutar distintos modelos físicos y matemáticos, los investigadores encontraron una comparación más adecuada: las ondas formadas en el Oobleck, una mezcla de agua y almidón de maíz utilizada con frecuencia en experimentos educativos.
El Oobleck es un fluido no newtoniano. Esto significa que su viscosidad y su velocidad de movimiento cambian en función de la fuerza aplicada. De manera aparentemente contradictoria, el material se vuelve más resistente cuando recibe una presión más intensa.
El modelo plantea que las variaciones en la humedad del suelo pueden generar diferencias en la velocidad con la que se desplaza el terreno. Esa desigualdad favorece una acumulación localizada de material, que termina cediendo antes de que el proceso de solifluxión vuelva a comenzar.
La gravedad impulsa la acumulación y el movimiento
En una ladera, la gravedad ejerce una fuerza constante sobre la capa superficial parcialmente descongelada. Sin embargo, el suelo no se desplaza uniformemente. Algunas zonas avanzan con mayor rapidez, mientras que otras permanecen temporalmente retenidas.
Cuando el material encuentra una irregularidad en el terreno, puede acumularse detrás de ella. Con el tiempo, esa acumulación contribuye a formar las superficies escalonadas y los lóbulos redondeados característicos de la solifluxión.
La analogía con el Oobleck permitió reproducir mejor este comportamiento que otros modelos de fluidos. Aun así, los investigadores advierten que el suelo congelado real es mucho más complejo que una mezcla de agua y almidón.
La humedad, la vegetación y la topografía también intervienen
La formación de los patrones no depende exclusivamente de las propiedades del material. La topografía, la cantidad de agua disponible y la cobertura vegetal también influyen en el modo en que el terreno se deforma.
Para que se produzca una acumulación debe existir primero una irregularidad o elevación capaz de frenar parcialmente el suelo. También se necesita suficiente humedad para que se forme hielo dentro del terreno durante las épocas frías.
Las transformaciones de la vegetación asociadas al deshielo del permafrost pueden alterar la humedad, la estructura y la dinámica térmica del suelo. Estos factores introducen una complejidad adicional que no está representada por completo en el modelo basado en fluidos no newtonianos.
Los cursos de agua también pueden acelerar localmente la degradación del terreno congelado. Un estudio realizado en la meseta Qinghai-Tíbet identificó una capa activa más gruesa bajo los ríos y estimó que el calentamiento fluvial puede acelerar el deshielo oculto del permafrost frente a las zonas adyacentes no inundadas.
Implicaciones para las laderas árticas y Marte
Comprender cómo se forman estas terrazas y lóbulos puede mejorar la evaluación de las pendientes inestables en los ambientes árticos. A medida que aumenta la temperatura y se descongela una mayor proporción del suelo superficial, pueden cambiar la velocidad y la extensión de los movimientos de tierra.
El estudio también tiene implicaciones para la ciencia planetaria. En la superficie de Marte se han identificado formas parecidas a algunos patrones terrestres de solifluxión. Los mecanismos estudiados podrían ayudar a interpretar las condiciones ambientales y climáticas que existieron en el planeta en el pasado.
Los investigadores pretenden validar el modelo mediante observaciones de campo. La dificultad principal es que las terrazas y los lóbulos pueden necesitar cientos de años o más para desarrollarse, por lo que observar directamente todas las etapas del proceso representa un desafío científico considerable.
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