La fotógrafa rusa Olga Zima ganó en 2016 un concurso fotográfico con una imagen que enseguida se hizo viral. En ella, una piedra parecía estar suspendida en el aire, solo mantenida por un fino pedestal de hielo en un equilibrio extremadamente frágil. La fotografía fue tomada en el lago Baikal, en el corazón de Siberia, donde aparecen cada invierno. Bautizadas como piedras zen por recordar a la práctica japonesa, investigadores franceses han replicado ahora en el laboratorio el proceso por el que parecen levitar. Y no es porque se derrita el hielo que las rodea.
La naturaleza ofrece interacciones entre materia y condiciones ambientales que, a ojos humanos, parecen tan caprichosas como imposibles. Es el caso de las chimeneas de hadas, como las de la Capadocia turca. Estas columnas de rocas que parecen que se van a caer en cualquier momento se forman por la presencia de una roca más dura sobre una base más blanda que el agua o la acción del viento va erosionando. Otro ejemplo son las mesas glaciares, en las que una gran roca se apoya en una porción mínima de hielo.
Aquí, el elemento clave en esta morfogénesis tan particular es que la radiación solar derrite la parte helada más expuesta al Sol, dejando congelada la que sirve de pedestal a la piedra. Hay un tercer fenómeno, observado en la cordillera andina o el Himalaya, que forma los penitentes, unas formaciones heladas cónicas que recuerdan a los capuchinos o nazarenos de las procesiones católicas, (ver imagen más abajo). Aquí, el agente de cambio es la sublimación, el paso del hielo circundante de estado sólido a gaseoso.
¿Qué mecanismo crea las piedras zen del lago Baikal?
Tras la fotografía de Olga Zima, se crearon dos bandos entre científicos y aficionados. Para unos, la piedra que empezó sobre una superficie helada plana acaba descansando en un pedestal debido a que el hielo se derrite de forma diferente según esté más o menos protegido por la sombra de la piedra. Es el proceso observado y estudiado en las mesas glaciares. Para otros, la erosión provocada por la nieve de las ventiscas sería la causante de la ablación que sufre el hielo, como sucede con las rocas de distinta dureza. Pero en el Baikal es muy raro que nieve, es una zona muy fría, pero también extremadamente seca. Así que no hay agente erosivo.
Para zanjar la cuestión, un grupo de investigadores del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia (CNRS, homólogo del CSIC español) y la Universidad Claude Bernard de Lyon han comprobado que las piedras zen se forman como los penitentes, por sublimación y no por erosión o deshielo. El proceso lo detalla Nicolas Taberlet, investigador de la universidad francesa y coautor del estudio: “La sublimación es una transición directa de sólido [aquí hielo] a gas [vapor de agua]. En condiciones normales de presión, solo ocurre por debajo de cero grados y si el aire está lo suficientemente seco. Aún requiere energía [del sol para las piedras zen] pero esta energía actúa como calor latente y la temperatura del hielo permanece igual”.
Lo que hicieron fue usar discos metálicos como si fueran piedras e introducirlos en cámaras de liofilización, que deshidratan por congelación. A las 40 horas de iniciar el proceso, observaron cómo el hielo debajo del disco desaparecía quedando solo un fino pedestal que lo mantenía en pie. Para determinar la causa, usaron discos de distintos metales (cobre y aluminio). Aunque la conductividad térmica del primero dobla a la del segundo, el proceso de formación y apariencia final de los distintos pedestales eran similares. Así que la clave no está en el calor que pueda transmitir la piedra transmite al hielo, sino a la energía de la radiación solar.
En el Baikal, en las semanas en las que se forman las piedras flotantes, la temperatura media es de -15º, así que la radiación solar no provoca el deshielo, pero aun así existe una aportación energética que, en su ambiente seco y de altas presiones, facilita la sublimación del hielo. Lo que hace la piedra es actuar como una sombrilla que provoca un impacto desigual de este mecanismo, lo que da forma al pedestal. Todo el proceso dura de dos a cuatro semanas y, a pesar de que la fotografía aparente congelarlo, sigue hasta que el sostén de la piedra también sublima y esta cae. No volverá a elevarse hasta el invierno siguiente.
Taberlet reconoce que su investigación no tiene una utilidad inmediata. “Solo la satisfacción de haber comprendido un fenómeno nuevo”, dice. Pero también acumula ciencia para entender otros fenómenos similares aunque de diferente escala, como el de los penitentes, que ya han sido observados en otros cuerpos celestes del sistema solar como Plutón, Saturno, satélites de Júpiter y algunos cometas.
