Paradojas en la Antártida, una historia de agua y sal

Autor del artículo: G. Espino (Universidad de Burgos).

Os propongo una excursión por la Antártida para descubrir algunos de sus secretos. En concreto nos acercaremos a la Tierra de Victoria para conocer los valles Secos de McMurdo y sus sorprendentes lagos capaces de conservar agua en estado líquido a pesar de las temperaturas extremadamente bajas.

Figura 1. Localización de los valles Secos en la Antártida.

Los valles Secos de la Antártida

Los valles Secos de McMurdo se encuentran en las proximidades del estrecho del mismo nombre, en la Tierra de Victoria antártica. Los principales valles son cuatro: Victoria, Taylor, Wright y Balham. Globalmente estas depresiones abarcan 4800 kilómetros cuadrados, y constituyen la mayor zona de la Antártida desprovista de hielo. Dicha anomalía se debe a la escasez de precipitaciones y sobre todo a los vientos catabáticos (del griego ‘que descienden’). Se trata de vientos secos que se forman cuando el aire frío y denso de la meseta es conducido pendiente abajo por la fuerza de la gravedad a través de los valles y en dirección a la costa. Las corrientes resultantes experimentan un ligero calentamiento al disminuir la altitud y pueden alcanzar velocidades de hasta 320 Km/h, de modo que adquieren una enorme capacidad de evaporación.

No obstante, los valles Taylor, Victoria y Wright tienen glaciares en su cabecera conectados con el hielo de la meseta polar, y en verano la temperatura sube lo bastante durante unas pocas semanas como para derretir el hielo glacial y crear arroyos que forman lagos en el fondo de los valles.

Figura 2. Fotografía de satélite de los Valles secos de McMurdo, Antártida. 

Figura 3. Mapa de los valles Secos de McMurdo.

El Lago don Juan

El lago don Juan es un pequeño lago, muy superficial e hipersalino, que se encuentra en el valle Wright de la Antártida a 9 Km del lago Vanda (Figura 4). Fue descubierto en 1961, pero en el año 1977 ya se trataba simplemente de una charca de agua en recesión de aproximadamente 0,25 km² y unos 30 cm de profundidad, y en diciembre de 1998 estaba prácticamente seco, de modo que su superficie se había reducido significativamente. Ahora bien, lo realmente extraordinario de la charca de don Juan es que a pesar de su modesta profundidad casi nunca se congela, habiéndose verificado su estado líquido a temperaturas inferiores a los -30 ºC (Figura 5). Esta singularidad se debe a su elevada concentración en sales minerales. Se ha determinado un grado de salinidad en torno al 44% (440 gramos por cada litro de agua), es decir, 18 veces superior a la del agua marina, y también mayor que la de otros lagos hipersalinos como el mar Muerto (en Oriente Próximo, 34,2%), el lago Assal (Djibouti, 34,8%) y su vecino el lago Vanda (35%). Las sales dominantes en la salmuera de la charca de don Juan son el CaCl₂ y el NaCl con unas concentraciones calculadas por litro de agua de 413 g/l y de 29 g/l, respectivamente.

Figura 4. Captura de Google Earth con la ubicación de los lagos Vida y Vanda en los valles Victoria y Wright.

Figura 5. Fotografía de la charca don Juan.

El Lago Vida

El lago Vida es otro lago hipersalino ubicado en el valle Victoria de la Antártida (ver Figura 4). Tiene una superficie aproximada de 6,8 km², con una longitud y anchura máximas de 5,4 km y 1,7 km, repectivamente. No se conoce su profundidad, pero se sabe que la capa de hielo permanente que lo cubre tiene 21 metros de espesor, y que por debajo de la misma existe una masa de salmuera que permanece líquida a una temperatura promedio anual de -13 ºC. Nuevamente, el fenómeno se explica como resultado de la elevada salinidad del agua (7 veces superior a la del mar), combinado en este caso con la capacidad aislante del casquete de hielo. Por otro lado, en el año 2002, se descubrieron, en la cubierta de hielo microbios, que fueron descongelados y reanimados. Además, se piensa que este sello permanente ha preservado la fase líquida del contacto con el exterior durante miles de años, y que podría haber creado una cápsula del tiempo para formas de vida microbianas.

Mezclas de agua y sal: algunas propiedades notables

Como acabamos de comprobar en el caso de estos lagos antárticos, las disoluciones acuosas de sales como el NaCl, y también las mezclas de hielo y sal tienen algunas propiedades notables:

A.- Disoluciones acuosas de NaCl:

• Descenso crioscópico. Es bien conocido que el agua dulce se congela a 0 ºC. Sin embargo, el agua marina de las regiones polares con un grado de salinidad promedio del 3,5% (35 g de sal por litro de agua marina) solidifica a -1,8 ºC formando una plataforma de hielo flotante conocida con el nombre de banquisa. En definitiva la T de fusión del agua (de las disoluciones acuosas para mayor precisión) disminuye con el aumento del grado de salinidad. Esta propiedad coligativa, ya que depende del número de partículas de soluto presentes en una determinada cantidad de disolvente pero no de la naturaleza de estas partículas, se conoce con el nombre de descenso crioscópico y se usa en la preparación de mezclas anticongelantes.
• Además, en el proceso de congelación del agua marina las sales disueltas son extruidas o expulsadas de la fase sólida [1], en forma de una salmuera líquida muy salina y muy densa [2]. Como resultado, el hielo marino de las banquisas polares puede ser fundido para su consumo como agua potable. Es decir, la congelación de disoluciones salinas y su posterior fusión puede utilizarse como procedimiento para la purificación de agua (criodesalinización).

B.- Mezclas de hielo y sal:

Cuando añadimos sal sobre un cubito de hielo ocurren dos cosas aparentemente contradictorias entre sí:

• Por un lado, aumenta la velocidad a la que se derrite el cubito de hielo. Esta propiedad se utiliza para evitar que se forme hielo en las carreteras, o más bien para acelerar su fusión durante los temporales de frío y nieve.
• Pero al mismo tiempo se registra una disminución de la temperatura de la disolución acuosa que está en contacto con el cubito de hielo, por debajo de la T de fusión del agua pura. De hecho, esta propiedad se utiliza para preparar bolsas de frío para deportistas y baños fríos de laboratorio. La capacidad refrigerante de estas mezclas es muy superior a la del hielo; por ejemplo, con una mezcla de hielo y sal común (NaCl) en una proporción 3 a 1 en peso, se puede conseguir una temperatura de -20 ºC.