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Modelo Matemático
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Modelo E1 - Núcleo Termodinámico del Hielo
Una vez estructurada la red semántica, se busca asociar cada objeto a una variable que permita su formulación matemática. Las relaciones entre variables —expresadas en la red semántica como vectores y asociaciones entre objetos— se traducen en ecuaciones que describen el comportamiento. Estas ecuaciones se buscan, en la mayor medida posible, basadas en primeros principios, y no en algoritmos ajustados numéricamente solo para reproducir comportamientos medidos. El resultado es la red lógica del modelo: el conjunto de variables, con sus unidades y rangos, y las ecuaciones que las relacionan.
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Modelo E1 — Núcleo Termodinámico del Hielo
Descripción
# Modelo E1 — Núcleo Termodinámico del Hielo
El elemento termodinámico fundamental de toda la criosfera es la transición de fase entre agua, hielo y vapor, y es esa misma transición de fase la que gobierna cómo se forma el hielo, cómo persiste una vez formado y cómo termina fundiéndose. El hielo sigue un comportamiento anómalo dentro de esa transición de fase: cuanto mayor es la presión que se ejerce sobre el hielo, menor es la temperatura a la que ese hielo se funde, de modo que el propio peso puede hacer que el hielo se derrita sin necesidad de que el ambiente se caliente. Este comportamiento anómalo, llamado regelación, es lo que le permite al hielo fluir bajo el peso del glaciar que lo contiene, y es fundamental para entender cómo un glaciar desliza sobre la base rocosa que tiene debajo.
Convertir agua líquida en hielo a la temperatura de cero grados exige extraerle a esa agua líquida una cantidad fija de energía por cada kilogramo que se congela, cerca de trescientos treinta y cuatro kilojulios por kilogramo, y esa misma cantidad de energía debe devolvérsele al hielo para fundirlo de vuelta a agua líquida. Esta energía que el hielo absorbe o libera al cambiar de fase domina por completo el balance de energía justo en la interfaz donde el hielo se está fundiendo.
El hielo conduce el calor a través de sí mismo aproximadamente cuatro veces más rápido que el agua líquida, y mucho más rápido todavía que el aire, y esta mayor capacidad del hielo para conducir calor es lo que determina qué tan rápido se propaga el calor a través de una capa de hielo o de nieve, ya sea calor que entra desde la superficie hacia el interior o calor que escapa del interior hacia la superficie.
La forma en que el calor se difunde dentro del hielo, sumada al calor que ese mismo hielo absorbe o libera cada vez que cambia de fase en su interfaz de fusión, gobierna cómo evoluciona el perfil de temperatura dentro de un glaciar o dentro del permafrost a lo largo del tiempo. Cuando ese perfil de temperatura alcanza un estado estable, y mientras el glaciar se mantenga frío en toda su profundidad sin templarse por dentro, la temperatura del hielo varía de forma directa y proporcional entre la superficie y la base del glaciar.
El hielo, además, es menos denso que el agua líquida que lo rodea, con una densidad cercana a los novecientos diecisiete kilogramos por metro cúbico frente a la del agua, y esa menor densidad del hielo tiene consecuencias críticas: es lo que permite que una plataforma de hielo flote sobre el océano en lugar de hundirse, y es lo que hace posible que se forme hielo marino sobre la superficie del mar, el mismo hielo cuya transición de fase, calor latente, conductividad térmica y perfil de temperatura describió esta descripción desde el comienzo.
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