Le “pietre zen” del lago Baikal vengono finalmente spiegate

Hai mai ceduto al piacere di lanciare un sasso in un lago ghiacciato, sperando di sfondare la calotta glaciale? Sulle rive del lago Baikal, situato in Siberia, ogni tentativo è destinato a fallire, perché il ghiaccio nei mesi invernali raggiunge uno spessore da uno a tre metri.

Nel tempo, però, la delusione iniziale può trasformarsi in stupore quando le condizioni meteorologiche sono favorevoli: una pietra inizialmente appoggiata sulla superficie ghiacciata si trova in delicato equilibrio sopra una base di ghiaccio. Questo raro fenomeno, chiamato “pietre zen”, riferendosi ai giardini giapponesi con mucchi equilibrati di ciottoli, è rimasto finora inspiegabile.

Lo spessore del ghiaccio cambia durante l’inverno: può crescere nella parte inferiore (quando l’acqua del lago gela), ma diminuisce anche nella parte superiore. Se nell’Europa occidentale questa diminuzione è dovuta allo scioglimento, allora le condizioni meteorologiche della regione del lago Baikal portano il ghiaccio alla “sublimazione”. Questo cambiamento nello stato dell’acqua, insolito nella vita di tutti i giorni, fa evaporare il ghiaccio direttamente nell’atmosfera senza passare attraverso la sua fase liquida. L’accumulo di ghiaccio nel lago Baikal porta a tassi di sradicamento di pochi millimetri al giorno dalla parte superiore del lago.

il nostro lavoro ho mostrato Che gli zenit sono il risultato dell’ablazione differenziale del ghiaccio, il che significa che c’è una differenza nella velocità di sublimazione (e quindi di erosione) sotto il ciottolo e lontano dal ciottolo. La superficie superiore del ghiaccio si restringe costantemente in tutto il lago, ma questo processo, che necessita di luce diurna, è ostacolato dalla presenza di un ciottolo la cui ombra crea un deficit nell’apporto di energia solare.

Così, contrariamente alla credenza popolare, il piede spinge sotto il ciottolo, quest’ultimo proteggendo il ghiaccio su cui poggia, mentre il resto della superficie ghiacciata del lago scende. Questo processo è simile alla modellatura pile fatatedove la solida roccia protegge una colonna di sedimenti meno resistente all’erosione di pioggia e nevischio.

Lago Baikal in laboratorio

Abbiamo riprodotto su piccola scala la formazione delle pietre Zen in laboratorio utilizzando un “liofilizzatore”. Questo dispositivo ha una camera sigillata in cui la bassa pressione e la temperatura provocano la sublimazione del ghiaccio.

Un cilindro di metallo lungo pochi centimetri posto inizialmente su un blocco di ghiaccio si ritrova poche ore dopo sopra una delicata base. Abbiamo scelto di utilizzare minerali perché le loro proprietà termiche (conduttività, capacità termica ed emissività) sono ben note, ma l’esperimento di laboratorio funziona anche con un disco di pietra naturale.

Questo dispositivo ha quindi permesso di confermare il meccanismo di formazione delle pietre Zen nell’ambiente naturale, ma anche di testare le diverse formazioni, rapidamente e ripetutamente grazie a una velocità di sublimazione quasi dieci volte superiore in laboratorio. La presenza di depressione osservata sotto ghiaia normale è dovuta a un sottile effetto assente dai nostri esperimenti di laboratorio.

Infatti il ​​sasso (così come il ghiaccio) ha una temperatura superiore allo zero assoluto ed emette quindi radiazione elettromagnetica. Ma, mentre la radiazione solare viene emessa principalmente alle lunghezze d’onda visibili, quella proveniente dal sasso è massima nel lontano infrarosso, per lunghezze d’onda intorno ai 10 micrometri. Nei nostri esperimenti, il disco metallico e il ghiaccio hanno la stessa temperatura e le loro emissioni nell’infrarosso si compensano a vicenda. Al contrario, nel lago Bajkal, la temperatura del ciottolo può essere superiore a quella del ghiaccio, durante parte della giornata. Pertanto, questa ulteriore fonte di energia accelera il processo di sublimazione vicino al sasso e provoca una depressione che segue la circonferenza della pietra.

Le pietre zen sono un fenomeno tanto raro quanto effimero. Infatti il ​​processo di sublimazione, anche se rallenta notevolmente sotto il sasso, fa sì che il piede si assottigli indefinitamente fino a quando il sassolino cade. Queste strutture sul lago Baikal hanno da due a tre settimane e solo pochi abbastanza fortunati da assistere a questo spettacolo.