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Modelo Conceptual
Descripción
Modelo E6 - Física del Manto de Nieve
El modelo conceptual busca comprender los mecanismos que dan origen a un comportamiento, y describirlos de la forma más simple posible. Para eso, el comportamiento se segmenta en temas (grupos): cada uno identifica los objetos o variables que participan —tanto en su funcionamiento normal como en sus posibles anomalías o desviaciones— y describe, mediante verbos, la forma en que esos objetos interactúan entre sí. El resultado es lo que llamamos una red semántica: la estructura con la que representamos y comunicamos el modelo conceptual, antes de introducir ecuación alguna.
ID:4798
Estructura de los Grupos
Descripción
El primer paso consiste en analizar la descripción general del modelo e identificar los distintos aspectos que intervienen en el fenómeno y que deben ser representados. Cada uno de estos aspectos se organiza como un grupo, entendido como una unidad conceptual coherente que describe una parte específica del funcionamiento del modelo.
Cada grupo reúne los objetos o conceptos relevantes para ese aspecto y las relaciones o verbos que describen cómo interactúan, se modifican o dependen unos de otros. De esta manera, cada grupo constituye una parte de la red semántica del modelo, mientras que el conjunto de los grupos permite representar de forma estructurada su funcionamiento global.
La división en grupos facilita además separar mecanismos, condiciones, procesos y resultados que cumplen funciones diferentes dentro del modelo, manteniendo al mismo tiempo las relaciones que existen entre ellos. Los grupos no son, por tanto, componentes aislados: pueden compartir conceptos y establecer relaciones entre sí, formando conjuntamente una única representación semántica del fenómeno.
La imagen anterior ofrece una visión general de los distintos aspectos en que se ha estructurado el modelo. A continuación se presentan los grupos identificados, indicando para cada uno su título y una breve descripción del aspecto del modelo que representa.
Grupo 1: Grupo 1: Metamorfismo y evolución microestructural
microestructura de la nieve
Grupo 2: Grupo 2: Compactación, firn y hielo glaciar
densificación por sobrecarga
Grupo 3: Grupo 3: Transferencia térmica interna y aislamiento
transferencia térmica interna
Grupo 4: Grupo 4: Balance radiativo superficial
balance radiativo superficial
Grupo 5: Grupo 5: Flujos turbulentos y balance energético
balance energético superficial
Grupo 6: Grupo 6: Fusión y percolación de agua líquida
agua líquida de fusión
Grupo 7: Grupo 7: Escorrentía, recongelación y capas internas de hielo
destino del agua percolada
ID:1751
Grupo 1: Grupo 1: Metamorfismo y evolución microestructural
Descripción
microestructura de la nieve
Pregunta clave: ¿Cómo evolucionan los granos y las propiedades del manto por metamorfismo?
microestructura de la nieve La nieve es un medio poroso y heterogéneo cuyas propiedades físicas, entre ellas su densidad, su conductividad térmica, su permeabilidad y su albedo, cambian de forma continua a través de un proceso de metamorfismo: los granos de nieve se recristalizan y se sueldan lentamente entre sí, impulsados por los gradientes de temperatura y de presión de vapor que existen dentro del propio manto de nieve. El calor se transfiere a través del manto de nieve principalmente por conducción directa entre los granos de nieve, aunque también se transfiere por la convección del vapor de agua que se desplaza siguiendo los gradientes de temperatura internos, y por el calor latente que el propio metamorfismo libera cuando los granos de nieve se recristalizan. La conductividad térmica del manto de nieve depende fuertemente de su densidad, y varía casi cien veces entre la nieve recién caída, muy liviana y muy poco conductora, y la nieve ya compactada, mucho más densa y mucho más conductora; esta conductividad tan baja de la nieve liviana es lo que convierte al manto de nieve en un excelente aislante térmico, capaz de proteger al suelo que tiene debajo de las temperaturas frías del invierno, el mismo efecto que produce un iglú construido con bloques de nieve.
ID:6096
Grupo 2: Grupo 2: Compactación, firn y hielo glaciar
Descripción
densificación por sobrecarga
Pregunta clave: ¿Cómo transforma la carga acumulada la nieve metamorfoseada en firn y hielo glaciar?
densificación por sobrecarga Bajo el peso de las capas de nieve que se acumulan encima de ella, año tras año, la nieve ya metamorfoseada se compacta todavía más y se transforma en firn, con una densidad de entre cuatrocientos y ochocientos kilogramos por metro cúbico, y ese mismo firn, comprimido durante el tiempo suficiente, termina convirtiéndose en hielo glaciar propiamente dicho una vez que su densidad supera los ochocientos treinta kilogramos por metro cúbico. Cuando el balance de energía del manto de nieve favorece la fusión, el agua líquida que se produce percola hacia el interior del propio manto de nieve, y esa agua líquida que percola puede escurrir hacia afuera del manto de nieve como escorrentía, o puede volver a congelarse al encontrar una capa más profunda y más fría dentro del mismo manto de nieve, formando así una capa de hielo interna dentro de la estructura de nieve, firn y hielo glaciar que esta descripción fue construyendo desde el comienzo. La nieve es un medio poroso y heterogéneo cuyas propiedades físicas, entre ellas su densidad, su conductividad térmica, su permeabilidad y su albedo, cambian de forma continua a través de un proceso de metamorfismo: los granos de nieve se recristalizan y se sueldan lentamente entre sí, impulsados por los gradientes de temperatura y de presión de vapor que existen dentro del propio manto de nieve.
ID:6097
Grupo 3: Grupo 3: Transferencia térmica interna y aislamiento
Descripción
transferencia térmica interna
Pregunta clave: ¿Cómo se transfiere el calor dentro del manto y por qué la nieve liviana aísla?
transferencia térmica interna El calor se transfiere a través del manto de nieve principalmente por conducción directa entre los granos de nieve, aunque también se transfiere por la convección del vapor de agua que se desplaza siguiendo los gradientes de temperatura internos, y por el calor latente que el propio metamorfismo libera cuando los granos de nieve se recristalizan. La nieve es un medio poroso y heterogéneo cuyas propiedades físicas, entre ellas su densidad, su conductividad térmica, su permeabilidad y su albedo, cambian de forma continua a través de un proceso de metamorfismo: los granos de nieve se recristalizan y se sueldan lentamente entre sí, impulsados por los gradientes de temperatura y de presión de vapor que existen dentro del propio manto de nieve. La conductividad térmica del manto de nieve depende fuertemente de su densidad, y varía casi cien veces entre la nieve recién caída, muy liviana y muy poco conductora, y la nieve ya compactada, mucho más densa y mucho más conductora; esta conductividad tan baja de la nieve liviana es lo que convierte al manto de nieve en un excelente aislante térmico, capaz de proteger al suelo que tiene debajo de las temperaturas frías del invierno, el mismo efecto que produce un iglú construido con bloques de nieve.
ID:6098
Grupo 4: Grupo 4: Balance radiativo superficial
Descripción
balance radiativo superficial
Pregunta clave: ¿Cómo intercambia radiación la superficie de nieve con la atmósfera?
balance radiativo superficial El balance de energía del manto de nieve determina si ese manto de nieve funde en superficie o si, por el contrario, sigue congelándose todavía más: en la superficie del manto de nieve, la nieve intercambia con la atmósfera tanto radiación solar de onda corta, de la que refleja una fracción muy alta gracias a su propio albedo, como radiación de onda larga, que la nieve emite hacia la atmósfera con una eficiencia cercana al noventa y ocho por ciento. A ese intercambio de radiación se suman el calor sensible y el calor latente turbulentos, que dependen de los gradientes de temperatura y de humedad que existen justo encima de la superficie del manto de nieve. La nieve recién depositada tiene una densidad de entre cincuenta y ciento cincuenta kilogramos por metro cúbico y refleja entre un ochenta y un noventa por ciento de la radiación solar que recibe, pero tras semanas o meses de metamorfismo esa misma nieve aumenta su densidad hasta entre trescientos y quinientos kilogramos por metro cúbico mientras su reflectividad cae hasta apenas entre un cuarenta y un setenta por ciento.
ID:6099
Grupo 5: Grupo 5: Flujos turbulentos y balance energético
Descripción
balance energético superficial
Pregunta clave: ¿Cómo completan los flujos turbulentos el balance energético que controla fusión o congelación?
balance energético superficial A ese intercambio de radiación se suman el calor sensible y el calor latente turbulentos, que dependen de los gradientes de temperatura y de humedad que existen justo encima de la superficie del manto de nieve. El balance de energía del manto de nieve determina si ese manto de nieve funde en superficie o si, por el contrario, sigue congelándose todavía más: en la superficie del manto de nieve, la nieve intercambia con la atmósfera tanto radiación solar de onda corta, de la que refleja una fracción muy alta gracias a su propio albedo, como radiación de onda larga, que la nieve emite hacia la atmósfera con una eficiencia cercana al noventa y ocho por ciento. El calor se transfiere a través del manto de nieve principalmente por conducción directa entre los granos de nieve, aunque también se transfiere por la convección del vapor de agua que se desplaza siguiendo los gradientes de temperatura internos, y por el calor latente que el propio metamorfismo libera cuando los granos de nieve se recristalizan.
ID:6100
Grupo 6: Grupo 6: Fusión y percolación de agua líquida
Descripción
agua líquida de fusión
Pregunta clave: ¿Qué ocurre con el agua producida cuando el balance favorece la fusión?
agua líquida de fusión Cuando el balance de energía del manto de nieve favorece la fusión, el agua líquida que se produce percola hacia el interior del propio manto de nieve, y esa agua líquida que percola puede escurrir hacia afuera del manto de nieve como escorrentía, o puede volver a congelarse al encontrar una capa más profunda y más fría dentro del mismo manto de nieve, formando así una capa de hielo interna dentro de la estructura de nieve, firn y hielo glaciar que esta descripción fue construyendo desde el comienzo.
ID:6101
Grupo 7: Grupo 7: Escorrentía, recongelación y capas internas de hielo
Descripción
destino del agua percolada
Pregunta clave: ¿Cómo se reparte el agua percolada entre salida y recongelación interna?
destino del agua percolada Cuando el balance de energía del manto de nieve favorece la fusión, el agua líquida que se produce percola hacia el interior del propio manto de nieve, y esa agua líquida que percola puede escurrir hacia afuera del manto de nieve como escorrentía, o puede volver a congelarse al encontrar una capa más profunda y más fría dentro del mismo manto de nieve, formando así una capa de hielo interna dentro de la estructura de nieve, firn y hielo glaciar que esta descripción fue construyendo desde el comienzo. Bajo el peso de las capas de nieve que se acumulan encima de ella, año tras año, la nieve ya metamorfoseada se compacta todavía más y se transforma en firn, con una densidad de entre cuatrocientos y ochocientos kilogramos por metro cúbico, y ese mismo firn, comprimido durante el tiempo suficiente, termina convirtiéndose en hielo glaciar propiamente dicho una vez que su densidad supera los ochocientos treinta kilogramos por metro cúbico.
ID:6102