El secreto matemático detrás de las estalagmitas ha sido descifrado
Desde conos finísimos hasta imponentes columnas, la forma de las estalagmitas a menudo nos deja boquiabiertos. Estas formaciones, entre las más icónicas de la naturaleza, se forman cuando el agua rica en minerales que gotea del techo de las cuevas se deposita en el suelo, levantando capas de calcita. Pero, ¿qué determina la forma de las estalagmitas? Investigadores de la Universidad de Varsovia, la Universidad de Florida, la Academia Eslovena de Ciencias y Artes y el Centro Médico Universitario de Liubliana, han proporcionado la primera descripción matemática de la forma de estos archivos naturales, que, al igual que los anillos de los árboles registran antiguos cambios climáticos en su crecimiento en capas. El estudio estudio se publicó en PNAS.
La forma de las estalagmitas
Para comprender las matemáticas detrás de la forma de las estalagmitas, los investigadores partieron de un modelo matemático de crecimiento de estalagmitas que predice cómo crece una estalagmita «ideal» cuando las condiciones en la cueva permanecen constantes. A partir de ahí, pudieron calcular que las estalagmitas se desarrollan de una forma que no es aleatoria, sino según un factor de control preciso. Se trata de un parámetro llamado «número de Damköhler», que representa la relación entre la tasa de precipitación de calcita y el caudal de agua. Por ejemplo, cuando el goteo es concentrado y constante, se crea una forma de estalagmita columnar, mientras que el goteo difuso produce cimas planas. Cuando, por el contrario, el caudal es elevado o cuando el agua gotea directamente sobre la estalagmita desde el techo de la cueva, pueden surgir formas cónicas y puntiagudas.
Para ello se diseñaron carreteras y estatuas. Algunos investigadores fabricaron una réplica e hicieron que se moviera decenas de metros.
Las matemáticas ocultas en la naturaleza
«Descubrimos que la diversidad de formas de las estalagmitas puede explicarse por un simple parámetro. Es un caso raro en el que la belleza que vemos en la naturaleza corresponde directamente con una ley matemática clara», comentó Piotr Szymczak, autor principal. Para probar su teoría, los autores utilizaron la tomografía de rayos X en estalagmitas de la cueva de Postojna, en Eslovenia, y confirmaron mediante escáneres posteriores que la forma de las estalagmitas predicha por sus ecuaciones correspondía de forma muy precisa con la real.
«Cuando comparamos nuestras soluciones analíticas con las muestras reales, la correspondencia fue notable. Demuestra que, incluso en condiciones naturales desordenadas, la geometría subyacente sigue presente», afirma Matej Lipar, uno de los autores del estudio.
El clima del pasado
Dado que las estalagmitas sirven para registrar antiguos cambios climáticos a través de variaciones en las firmas químicas de isótopos de carbono atrapados en su interior, el nuevo estudio sugiere que la forma también puede ser importante para refinar la interpretación de estos registros paleoclimáticos. Concretamente, las estalagmitas de cima plana registraron estas señales isotópicas de forma diferente a las columnares o cónicas. «Las estalagmitas son archivos climáticos naturales, pero ahora sabemos que su geometría deja una huella en el registro isotópico. Reconocer este efecto nos permitirá extraer información más fiable sobre climas pasados», concluye el coautor Anthony Ladd.
Artículo originalmente publicado en WIRED Italia. Adaptado por Alondra Flores.