domingo, 3 de abril de 2016

Misteriosas (o no) formaciones de hielo


Hola a todos.

En esta nueva entrada quisiera contar con vuestra colaboración para resolver un pequeño enigma: el pasado día 1 de abril, Ramón Ramos (Jefe de Sistemas Básicos del Observatorio de Izaña) y yo mismo observamos unas formas de hielo muy peculiares, que nunca antes habíamos visto:






Como podéis ver en las fotografías, se trata de una especie de estalagmitas que salen del suelo, con un tamaño de alrededor de cinco centímetros de alto y uno o dos centímetros de ancho, y que están coronadas por trocitos de suelo que aparentemente habrían levantado durante su formación.

Estas raras formaciones fueron observadas cerca del mediodía en las inmediaciones del Observatorio de Izaña, a 2.371 metros de altitud, el pasado día 1 de abril, a la sombra de un ejemplar de retama del Teide de gran tamaño, en orientación oeste. En el momento de la observación la temperatura era de 12ºC y la humedad se encontraba en torno al 25%. El viento soplaba flojo del NW. La temperatura llegó a caer durante la noche hasta los 5ºC y la humedad bajó del 10%, cosa por otra parte muy habitual en Izaña. Entre 48 y 24 horas antes de la observación se habían estado produciendo precipitaciones, primero de nieve y después de lluvia, (44 mm en total) que empaparon bastante el suelo.



Las estructuras de hielo parecen estar formadas por delicados cristales tubulares, tal y como se observa en la fotografía que se muestra a continuación. En las siguientes imágenes vemos claramente cómo están coronadas por pequeños trocitos de arcilla procedentes del suelo:

 
  
¿Alguien ha visto alguna vez este tipo de formaciones? Me consta que en la isla de La Palma son relativamente habituales, según informaciones de Fernando Bullón, observador meteorológico, pero yo no había visto nunca antes algo parecido. Otra cosa que nos intriga es su mecanismo de formación. Se sabe que cuando hay agua en el suelo, si se registran temperaturas bajo cero, dicho sustrato se expande a causa del aumento de volumen que experimenta el agua al congelarse. Cuando la temperatura sube de cero grados, en el proceso de descongelación, el suelo vuelve a su volumen original y éste queda como revuelto y desmenuzado, proceso que si no me equivoco recibe el nombre de gelifracción. ¿Estamos ante ese fenómeno? 

¿O puede tratarse de un mecanismo relacionado con una sublimación rápida del vapor procedente de la evaporación del agua contenida en el suelo a causa de la bajísima humedad reinante? En Izaña y alrededores, muchos charcos permanecen congelados durante varios días a pesar de que las temperaturas nocturnas no bajan ni siquiera de los 5ºC, y el propio suelo presenta temperaturas positivas. Creemos que el charco se congela por efecto de la intensa evaporación que se produce a causa de la baja humedad ambiental, ya que la evaporación es un proceso que "roba" calor al entorno. ¿Podría obedecer la formación estas estructuras al mismo mecanismo?

En esta fotografía de Ramón Ramos vemos una sección de suelo donde claramente se observan las formaciones de hielo creciendo desde su interior:



¿Tiene alguien alguna idea de cómo pueden haberse formado estos cristales? ¿Es un fenómeno relativamente habitual aunque no lo hayamos observado nunca antes? Cualquier aportación será bien recibida.

Un saludo a todos.

19 comentarios:

  1. Si, he visto estas estructuras de hielo en varias ocasiones. Siempre que las he visto ha sido sobre terrenos removidos, en obras, después de intensas heladas sobre suelos húmedos. No sé exactamente como se forman, el terreno removido presenta una cierta "esponjosidad", imagino que estas estructuras de hielo se forman a partir de ciclos de hielo y deshielo con fuertes heladas nocturnas y temperaturas diurnas que apenas superan los 0 grados, más bien en ambientes con baja humedad y en zonas de montañas. En mi caso, en suelos graníticos, en la zona centro peninsular. Un saludo.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola. Muchas gracias por tu comentario. Lo curioso es que en Izaña la mínima fue de 5°C, aunque en el suelo la temperatura pudo ser más baja y, junto con una intensa evaporación, provocar la helada. Saludos.

      Eliminar
    2. Hola Rubén, como bien apuntan en comentarios más abajo, siempre que he visto este fenómeno ha sido en suelos o terrenos muy húmedos, casi empapados (por deshielo durante el día), y en época de fuertes heladas con humedad ambiental relativamente baja.
      Un saludo

      Eliminar
  2. Hola,

    Yo estuve de Erasmus en Finlandia y estas formaciones se podían ver en todos lados durante el invierno, tampoc sé cómo se forman pero supongo que puedes buscar información relacionandolo con países escandinavos.

    Un saludo

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Gracias, buscaré a ver si encuentro algo.

      Eliminar
    2. Este comentario ha sido eliminado por el autor.

      Eliminar
    3. Es una forma de modelado en las vertientes que se llama pipkrake y es un movimiento de reptación en las vertientes. Sólo se da en terrenos arcillosos o con presencia de cierta proporción de arcillas. Es en realidad el resultado de la actuación de múltiples mecanismos que provocan el desplazamiento individual de las partículas de arcilla. Cuando estas partículas se humedecen se hinchan de forma desigual debido a la pendiente (se deforman en dirección a la que actúa la gravedad), lo que provoca una deformación hacia abajo del grano, lo que propicia un pequeño movimiento. Es la temperatura la que influye para el cambio de volumen, formando esas agujas de hielo. Se forman en suelos muy húmedos y empapados en superficie. Por la noche con los descensos bruscos de temperatura el agua del suelo se congela y aumenta de volumen. Aprovechando esos canalillos entre los granos de arcilla, el agua crece en la vertical, siendo la vía de espacio para aflorar a la superfice, ya que no puede ir hacia abajo. Las agujas pueden arrastrar pequeños granos de arena, arcillas, hojas,... solo se da en climas, zonas y épocas del año en las que se pueden alcanzar temperaturas negativas

      Eliminar
    4. Gracias José Juan por tu respuesta. Tanto tú como otros lectores apuntáis a una gran diferencia de temperaturas entre el suelo y el aire como mecanismo de formación de los cristales de hielo. Como ya he comentado en la entrada, la mínima registrada la madrugada anterior a la observación del fenómeno fue de 5,2ºC. La mínima junto al suelo fue de 2,8ºC; a 5 cm de profundidad fue de 3,3ºC y a 20 cm de profundidad fue de 5,2ºC. ¿Cómo pudo, entonces, formarse ese hielo? Yo insisto en la fuerte evaporación como mecanismo de enfriamiento, ya que sobre un suelo empapado había una atmósfera con humedades cercanas al 10% y vientos moderados. ¿Qué opináis?

      Eliminar
    5. Opino que es más relevante la diferencia térmica entre el día y la noche, más que entre el suelo en su superficie y a cierta profundidad o por la evaporación. Como sabes, la arcilla responde de forma muy curiosa ante cierto grado de humedad, y como sabes también la temperatura actúa en los fluidos expandiéndolos o contrayéndolos. Pienso que tan cercano al suelo la importancia de la intensidad del viento es muy poca ya que como creo apreciar, la zona de las fotos parece estar a resguardo de los vientos cerca de la vegetación. Lo que está claro también es que debe existir presencia de finos (arcillas, limos, arenas) así como de humedades en concentraciones elevadas como para poder formar esas agujas, por lo tanto, la evaporación no entraría en mi hipótesis ni mucho menos, puesto que la humedad es totalmente necesaria para poder existir y apreciar esas agujas. El mecanismo es el comentado, durante el día la temperatura en el suelo es mayor e interactua de una forma con la arcilla y la humedad, mientras que a la noche con un DESCENSO BRUSCO de temperatura (creo que por eso en este caso no ha hecho falta temperaturas negativas) provoca que se congele la humedad del suelo y se expanda aprovechando los poros entre las arcillas. Es lo que yo veo, razono e interpreto con lo que se.

      Eliminar
    6. Hola José Juan. Gracias de nuevo por la respuesta. Hay que decir que la zona de la foto está expuesta al viento: orientada al oeste, y esa noche predominaba la componente NW. Por otro lado, cuando me refiero a baja humedad, hablo de la ambiental, no de la del suelo. Izaña es un lugar en el que tras un temporal de lluvias o nevadas la humedad desciende de forma brutal (a veces baja del 100% a menos del 5% en cuestión de horas), y ello provoca una evaporación muy intensa del agua contenida en el suelo. La evaporación, a su vez, es un proceso que "roba" calor al entorno (el sudor, nuestro mecanismo de refrigeracion, se basa dicho proceso). No acabo de ver otra forma de que se formen cristales de hielo a temperaturas claramente superiores a los cero grados en el suelo y en el aire durante muchas horas antes de la observación de esas estructuras que no sea a causa de una evaporación muy intensa. Un saludo.

      Eliminar
  3. Juvenal Soto Martín3 de abril de 2016, 12:10

    Prácticamente en cualquier lugar del parque nacional cubierto de pumitas durante las heladas nocturnas aparece este fenómeno de congelación, Es común en los roques de garcía, llano de maja, ucanca, siete cañadas, motón de trigo, después de nevadas, lluvias y bajas temperaturas. Si es verdad que no las he visto tan grandes pero de mismas características y formas.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Hola Juvenal. Muchas gracias por la información, parece por tanto que es más habitual de lo que parece. Un saludo.

      Eliminar
  4. Hola Rubén!
    Podría ser esto?
    https://en.wikipedia.org/wiki/Needle_ice

    Saludos,
    Nico.

    ResponderEliminar
    Respuestas
    1. Efectivamente Nicolás, eso es exactamente lo que yo he visto en varias ocasiones sobre suelos graníticos.
      Un saludo

      Eliminar
    2. ¡Hola Nico! ¿Qué tal todo? Pues sí, es exactamente eso. Lo único es que la temperatura mínima esa noche fue de 5ºC, pero el suelo suele estar más frío y además, con tan bajas humedades, yo creo que la evaporación contribuye a un mayor enfriamiento y a que salga más agua por capilaridad.
      ¡Muchas gracias!

      Eliminar
  5. Toño Fdez-Cañadas4 de abril de 2016, 5:03

    Hola Rubén, descubierto el enigma de los pipkrake :-), estoy de acuerdo contigo en que la evaporación (o sublimación) es el principal factor de enfriamiento en ese caso. Como te decía por twitter, en invierno no deja de sorprenderme como en días despejados la nieve se recongela por la noche, o en umbrías durante todo el día, con temperaturas mínimas bastante por encima de cero. Siempre pienso que se debe a las pérdidas de calor por calor latente de evaporación (en este caso sublimación que aún es mayor), y al enfriamiento de la tierra y/o la nieve por radiación de onda larga, que al estar el cielo despejado es mucho mayor.
    Enhorabuena por tus fotos, por tu blog y por haber aprobado!
    Un saludo,
    Toño Fdez-Cañadas

    ResponderEliminar
  6. Hola Toño, muchas gracias.

    Igual que te sorprende a tí en Navacerrada esa congelación de la nieve a temperaturas claramente positivas, nos llama la atención a nosotros que haya charcos en el entorno de Izaña que aguanten congelados también durante varios días con mínimas de 5ºC o más. Y siempre hemos pensado en la evaporación como el proceso que lo permite.

    Y sí, con sublimación todavía es más intenso el descenso de temperatura que se registra. Habitualmente, cuando se produce un temporal de nieve, niebla, viento y cencellada en Izaña, las temperaturas más bajas tienen lugar justo al final del mismo, cuando se impone la subsidencia, la inversión térmica desciende y se sitúa por debajo del nivel del Observatorio y la humedad relativa baja brutalmente (en alguna ocasión hemos llegado a registrar descensos del 100% al 0% en cuestión de horas). En esas condiciones, la sublimación del hielo es muy intensa y se observa cómo la temperatura cae en picado durante unas horas, hasta que se estabiliza el proceso y la temperatura comienza a ascender lentamente, ayudada también por la subsidencia. Ese rápido descenso de temperatura por evaporación/sublimación lo conocemos familiarmente en Izaña como "efecto botijo", jeje...

    Bueno, ya sabes que al haber aprobado me toca hacer el curso en Madrid unos meses. Espero que haya un huequecito para visitar el Observatorio de Navacerrada, si os parece bien. ;-)

    Saludos.

    ResponderEliminar
  7. Toño Fdez-Cañadas4 de abril de 2016, 11:19

    El efecto botijo es tremendo! por eso está el agua siempre tan fresquita jejeje.
    Aquí arriba te esperamos. Por cierto, hoy con una importante y bonita nevada.

    ResponderEliminar
  8. Buenos días a todos y gracias por vuestras excelentes intervenciones. Ramón Ramos (jefe de Sistemas Básicos del Centro de Investigación Atmosférica de Izaña) me comentó ayer, vía correo electrónico, su punto de vista, que yo creo que es un compendio de todo lo que hemos hablado hasta ahora:
    En primer lugar, como decíamos, la temperatura en la superficie y en los primeros metros del subsuelo era claramente positiva según los datos de la estación meteorológica ESOS instalada pocos metros al oeste de la zona donde observamos los cristales de hielo. Pero en la zona donde están los sensores instalados la radiación solar es muy intensa prácticamente desde que sale hasta que se pone el astro rey, por lo que el suelo se seca rápidamente. Además, en aquella zona está compuesto por picón (roca volcánica basáltica desmenuzada en trocitos de grava. En cambio, los cristalitos se encontraban bajo la sombra de una retama del Teide, que los protegía de la radiación, y el suelo era más arcilloso, lo que contribuía a la retención de agua, de tal modo que se encontraba prácticamente saturado.

    Todo ello pudo hacer que el suelo bajo la retama, el de los cristalitos, se "comportara" como un termómetro húmedo", es decir, que adquiriese la temperatura que alcanzaría un termómetro cuyo bulbo está saturado de humedad. Dicha temperatura es siempre más baja que la del termómetro húmedo, merced a la absorción de calor del entorno que tiene lugar durante el proceso de evaporación del agua líquida que empapa el bulbo. En el suelo, análogamente, la evaporación intensa debió producir un descenso de temperatura importante que permitió que el agua retenida en los poros del suelo arcilloso se congelara, dando lugar a esas bonitas agujas de hielo. De hecho, utilizando cualquier tabla que permite convertir la temperatura de bulbo seco junto con la humedad relativa del aire a temperatura de bulbo húmedo, obtenemos que para la temperatura de bulbo seco del suelo (2ºC) y humedad ambiental reinante (15%) se corresponde una temperatura de bulbo húmedo de -4ºC, que explicaría perfectamente la formación de cristales de hielo a temperaturas ambientales y del suelo claramente positivas.

    Un saludo a todos. La verdad es que ha sido una clase de física de lo más interesante. ;-)

    ResponderEliminar

Puedes dejar tus comentarios sin tener que estar dado de alta en ningún blog u otra plataforma. Para ello, elige en el menú desplegable "Comentar como" la opción "Nombre/URL" (recomendable) o "Anónimo".