El escaneado en 3D de granizos gigantes podría ayudar a predecir granizadas extremas

Los meteorólogos han podido por primera vez asomarse al interior de las piedra de granizo sin romperlas, un avance que podría proporcionar información clave sobre futuros pedriscos extremos.

Por Deborah Pirchner / Frontiers

Una bola de granizo de tamaño excepcionalmente grande. Cortesía: National Severe Storms Laboratory (NSSL)

El granizo es el resultado de la propulsión de las gotas de lluvia hacia las partes más frías de la atmósfera. Al final, las piedras de granizo caen de nuevo a la Tierra, donde los científicos llevan décadas estudiando cómo se forman. Ahora, con la ayuda de la tomografía computarizada, los investigadores han podido ver por primera vez el interior de estos grumos irregulares de hielo sin romperlos.

De este modo, han observado toda la estructura interna de granizos excepcionalmente grandes, lo que podría proporcionar información importante sobre futuros fenómenos de pedrisco extremo.

Las bolas o grumos de granizo se forman durante las tormentas, cuando las gotas de lluvia son propulsadas hacia partes muy frías de una nube, donde se congelan. Cuando las partículas pesan lo suficiente, la gravedad las arrastra hacia la Tierra. A medida que caen en picado, se convierten en granizo, que puede causar lesiones a las personas y daños significativos en casas y coches.

Ver sin romper

Los científicos llevan estudiando el crecimiento de los granizos desde los años sesenta, pero hacerlo significaba romperlos en el proceso. Para comprender mejor la anatomía y el crecimiento de los granizos, investigadores de Cataluña han utilizado tomografías computarizadas (TC) para examinar los granizos gigantes que cayeron en Girona (España) durante una tormenta excepcionalmente fuerte en el verano de 2022.

«Demostramos que la técnica de tomografía computarizada permite observar la estructura interna de los granizos sin romper las muestras —afirma Carme Farnell Barqué, investigadora del Servicio Meteorológico de Cataluña y autora principal del estudio, que ha sido publicado en Frontiers in Environmental Science. Y añade—: Es la primera vez que tenemos una observación directa de toda la estructura interna de los granizos, lo que puede proporcionar pistas para mejorar la predicción de la formación de granizo».

El trabajo de campo implicó la recolección de las piedras de granizo. A: medición de piedra de granizo. B: Cada granizo se etiquetó con fines de identificación. C: Granizo envasado al vacío para mantener sus mejores características posibles. D: Caja utilizada para transportar el granizo desde el lugar de la tormenta hasta el laboratorio. Crédito: Farnell Barqué et al., 2024.

Después de que la tormenta azotara Cataluña el 30 de agosto de 2022, los investigadores rastrearon la trayectoria de la tormenta con la ayuda de testigos locales y recogieron piedras de granizo de los observadores que las habían guardado en sus congeladores. Algunas de las piedras medían hasta 12 cm de diámetro.

De vuelta al laboratorio, se escanearon tres piedras de granizo seleccionadas al azar, utilizando el equipo de una clínica dental. La investigación fue financiada por el Instituto Catalán de Investigación del Agua (ICRA) y con una subvención de la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación.

«Queríamos utilizar una técnica que proporcionara más información sobre las capas internas de los granizos, pero sin romper las muestras—explica el autor principal, el profesor Xavier Úbeda, investigador de la Universidad de Barcelona. Y continúa—: No esperábamos obtener imágenes tan claras como las que obtuvimos».

Gracias a la tomografía computarizada, una tecnología que utiliza una máquina de rayos X giratoria para crear imágenes en 3D, los investigadores aprendieron mucho sobre la estructura externa e interna de los granizos. Un total de 512 imágenes, conocidas como rebanadas, de cada granizo mostraron la ubicación del núcleo y de las distintas capas.

Anatomía de una piedra de granizo

«Las tomografías proporcionan información relacionada con la densidad, lo que nos permite identificar las distintas capas de piedra asociadas a las etapas de crecimiento de la granizada. También nos ayudan a comprender los procesos que contribuyeron a su formación», explica el profesor Javier Martín-Vide, investigador de la Universidad de Barcelona y coautor del estudio.

Los investigadores descubrieron que los ejes y planos pueden ser irregulares en el interior, incluso cuando desde el exterior las piedras parecen esferas casi perfectas. Además, los núcleos de las piedras no estaban situados en los centros, especialmente en las piedras esféricas.

«Demostramos que el embrión puede estar situado lejos del centro. Este hecho implica que las piedras pueden crecer de forma heterogénea en tres direcciones», señala Tomeu Rigo Ribas, experto del Servicio Meteorológico de Cataluña y coautor de la investigación.

Representación 3D de las tres muestras de granizo analizadas por tomografía computarizada. Crédito: Farnell Barqué et al., 2024.

También descubrieron que las distintas capas tenían diferentes niveles de densidad, y que dos de las muestras tenían partes más gruesas, lo que indica que este era el lado de la piedra que miraba hacia abajo al caer.

Estos hallazgos sobre el interior de las piedras de granizo echan por tierra hipótesis anteriores. «Hasta ahora se creía que los granizos muy grandes solo podían tener formas irregulares. Sin embargo, hemos observado que las formas externas e internas pueden diferir —explica Farnell Barqué. Y añade—: En un caso, hemos demostrado que la muestra presentaba un crecimiento heterogéneo pero tenía una forma externa regular. A la inversa, las piedras con formas externas irregulares mostraban un crecimiento homogéneo».

Sin embargo, hacer tomografías computarizadas es costoso, y algunas de las imágenes resultantes muestran anomalías que aún tienen que entender, dicen los investigadores. A medida que se esperan más eventos de granizo gigante con mayores impactos en la economía y las personas en el futuro, creen que su trabajo puede proporcionar nueva información que puede ayudar a mitigar el daño a la sociedad. ▪️

• Artículo publicado con el permiso de Frontiers. Adaptación: Enrique Coperías

• Fuente: Carme Farnell Barqué, Tomeu RigoTomeu Rigo, Javier Martin-Vide, Xavier Úbeda. Internal structure of giant hail in a catastrophic event in Catalonia (NE Iberian Peninsula). DOI: https://doi.org/10.3389/fenvs.2024.1479824