La geometría compartida entre salinas puede provenir de flujos de fluidos subterráneos
Desde el Valle de la Muerte hasta Chile e Irán, se forman polígonos de sal de tamaño similar en salares de todo el mundo, y los flujos de fluidos subterráneos podrían ser la clave para resolver el antiguo enigma de por qué.
Formas geométricas como pentágonos y hexágonos se forman espontáneamente en una amplia gama de entornos geológicos. El barro seco, el hielo y la roca a menudo se agrietan en polígonos, pero estos patrones tienden a variar dramáticamente en tamaño.
Entonces, ¿Por qué todos los salares son tan persistentemente similares? La respuesta se encuentra bajo tierra, proponen la física Jana Lasser y sus colegas. Con sofisticados modelos matemáticos, simulaciones por computadora y experimentos realizados en Owens Lake en California, el equipo conectó lo que vieron en la superficie con lo que sucede debajo.
"Los flujos de fluidos y la convección subterránea son los únicos capaces de explicar por qué se forman los patrones", dice Lasser, de la Universidad Tecnológica de Graz en Austria.
Este enfoque tridimensional fue clave para explicar la universalidad de los polígonos salados.
Las salinas se forman en lugares donde las lluvias son escasas y hay mucha evaporación. El agua subterránea que se filtra hacia la superficie se evapora, dejando una costra de sales y otros minerales que se habían disuelto en el agua. Lo más sorprendente es que este proceso da como resultado crestas bajas de sal concentrada que dividen el salar en polígonos: en su mayoría hexágonos con algunos pentágonos y otras formas geométricas.
Imagen: Jana Lasser durante un estudio de campo en el desierto de sal en el Valle de la Muerte de California. Fuente de la imagen: Lucas Goehring
El tipo de sal varía de una salina a otra. La sal de mesa, o cloruro de sodio, domina en algunos salares, pero otros tienen más sales de sulfito. Y las propias costras de sal varían en grosor desde unos pocos milímetros hasta varios metros. Esa variación parece ser la razón por la que fracasaron los anteriores intentos de describir los patrones de los salares.
Ya sea que las costras tengan un metro o un milímetro de espesor, las salinas presentan polígonos de 1 a 2 metros de ancho. Los modelos anteriores basados en el agrietamiento, la expansión y otros fenómenos que describen cómo se fracturan el lodo y la roca producen polígonos con tamaños que varían según el espesor de la corteza.
A medida que el agua subterránea se evapora de la superficie, concentra la sal en el agua subterránea restante. Esa agua salada, ahora más densa y pesada, se hunde, empujando hacia arriba a otras aguas menos densas. Lasser y sus colegas demostraron que, con el tiempo, la circulación, conocida como convección, tiende a empujar las columnas descendentes de agua más salada hacia una red de láminas verticales. La superficie sobre estas láminas acumula más sal, por lo que allí crecen gruesas crestas de sal. Se forman costras más delgadas de sal en el medio, donde surge agua menos salada, formando espontáneamente los polígonos característicos compartidos por salares de todo el mundo.
Imagen: Las simulaciones por computadora de la dinámica de fluidos debajo de la superficie de las salinas demuestran cómo el hundimiento del agua subterránea de alta salinidad (plumas moradas) forma polígonos distintivos en la superficie (el rojo son las áreas con el flujo descendente más alto)
Las ecuaciones que usaron los investigadores describen la salinidad relativa del agua subterránea, la presión dentro del fluido y la velocidad a la que circula el agua. Las simulaciones por computadora que abarcaron toda la complejidad del problema 3-D comenzaron sin costra de sal ni polígonos y produjeron algo que se parece mucho a las salinas reales.
Imagen: Dinámica propuesta de costras de sal estampadas. Los movimientos dominantes de los fluidos se muestran con flechas negras y la salinidad del agua se indica con los contornos de color.
"Este modelo dinámico de fluidos tiene mucho más sentido que un modelo que ignora lo que sucede debajo de la superficie", dice el físico Julyan Cartwright del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España, que tiene su sede en Granada y no participó en la investigación.
Las pruebas en Owens Lake ayudaron al equipo a verificar y refinar el modelo. "La física es mucho más que simplemente sentarse frente a una computadora", dice Lasser, "y quería hacer algo que involucrara experimentos".
El lago se secó en la década de 1920 cuando el agua se desvió a Los Ángeles. Los minerales depositados en el salar restante incluyen grandes concentraciones naturales de arsénico, que se lleva el polvo levantado por el viento, creando graves riesgos para la salud. Entre otros esfuerzos de remediación, se bombeó salmuera al lecho del lago para tratar de crear una costra de sal más estable. Esa intervención humana les dio a los investigadores la oportunidad de probar sus ideas de forma controlada.
"Toda el área está destruida", dice Lasser, "pero para nosotros era el entorno de investigación perfecto".
La investigación se publicó el 24 de febrero en Physical Review X: Salt polygons and porous media convection
