Nieve en los Andes áridos: equivalente en agua, sublimación y penitentes

La sublimación de la nieve es el paso directo del hielo a vapor de agua, sin fase líquida. En los Andes áridos y semiáridos compite con la fusión por el agua del manto nival: con aire muy seco, viento y radiación intensa puede consumir buena parte de la nieve antes de que llegue a los ríos. Estimar ese reparto exige conocer el equivalente en agua del manto, su balance de energía y el efecto de los penitentes y del viento.

El manto nival como almacenamiento estacional

En los Andes semiáridos de Chile, entre 26° y 32° S, la fusión de nieve y hielo se considera la principal fuente del caudal de los ríos y alivia la sequía de primavera y verano (MacDonell et al., 2013). La precipitación es escasa, invernal y muy variable entre años, y la agricultura y la industria de los valles dependen del deshielo (Réveillet et al., 2020).

El manto opera como un embalse estacional: acumula la nieve del invierno y la entrega con desfase. En el balance hídrico aparece como cambio de almacenamiento y pierde masa por fusión, que puede escurrir o infiltrarse, y por sublimación, que no aporta caudal (MacDonell et al., 2013). Un manto pobre adelanta y reduce el caudal de verano, como mostró el mínimo de nieve de abril de 2026 en el oeste de Estados Unidos. El hielo glaciar se trata en glaciares de alta montaña, y el marco general, en el ciclo del agua.

Equivalente en agua de la nieve

El equivalente en agua de la nieve (SWE, por su sigla en inglés) es la lámina de agua que resultaría de fundir todo el manto:

donde $SWE$ es la lámina de agua (mm), $h$ el espesor del manto (mm), $\rho_s$ la densidad de la nieve (kg/m³) y $\rho_w$ la del agua, 1.000 kg/m³. Un milímetro de SWE equivale a 1 kg/m², a 1 L/m² y a 1.000 m³ por km². La densidad decide el resultado:

Los valores de ventisqueros provienen de Wyoming y orientan el orden de magnitud, no son constantes andinas.

Medición del equivalente en agua

• Rutas de nieve: puntos fijos donde se miden espesor y equivalente en agua en fechas establecidas; la densidad es su cociente. En Estados Unidos, su SWE máximo se usa para pronosticar caudales y crecidas (Tabler, 1994), y estratificar el muestreo por cobertura y terreno reduce los puntos necesarios (USDA NRCS, 2004).
• Sensores automáticos: en la estación Tapado, a 4.306 m en la cuenca de La Laguna (Coquimbo), un sensor CS725 estima el SWE por la atenuación de la radiación gamma natural del suelo; sus dos canales llegaron a diferir en 82 mm cerca de 300 mm (Voordendag et al., 2021).
• Teledetección: los productos MODIS indican presencia de nieve en celdas de 500 m, con vacíos por nubes. Entregan superficie y duración de la cubierta, no SWE; en La Laguna sirvieron para evaluar un modelo de nieve (Réveillet et al., 2020).

Balance de energía del manto

El cambio de contenido de calor del manto es la suma de seis flujos por unidad de área (USDA NRCS, 2004):

donde $H_{rs}$ es la radiación solar neta; $H_{rt}$, la radiación térmica neta; $H_s$, el calor sensible del aire; $H_l$, el calor latente; $H_g$, el calor del suelo, y $H_p$, el de la precipitación. El albedo, que baja con la edad y la suciedad de la nieve, controla la radiación solar absorbida. El calor latente es negativo cuando hay sublimación, propia del aire seco, y el viento intensifica los flujos turbulentos. La nieve no funde en cantidad significativa hasta que todo el manto está a 0 °C (USDA NRCS, 2004).

En el glaciar Guanaco, a 5.324 m en la cabecera del valle del Huasco, la radiación solar neta fue la mayor entrada de energía y la radiación de onda larga neta, la mayor pérdida. El flujo latente fue siempre negativo: la superficie sublimó sin interrupción durante 2,5 años (MacDonell et al., 2013).

Fusión y sublimación

Sublimar hielo equivale a fundirlo y vaporizarlo. Warren (2023) usa 335 J/g para la fusión y 2.838 J/g para la sublimación: sublimar cuesta 8,5 veces más energía. El valor coincide con la suma de fusión y vaporización a 0 °C, el mismo calor latente que controla la evapotranspiración:

Como 1 mm de agua pesa 1 kg/m², sublimar 1 mm consume 2,84 MJ/m², energía que fundiría 8,5 mm. En Guanaco, la fusión solo apareció en episodios de verano con aire cálido, húmedo y calmo, condiciones que frenan la sublimación (MacDonell et al., 2013).

Método grado-día

Sin datos para el balance de energía, la fusión diaria se estima con la temperatura del aire como índice (USDA NRCS, 2004):

donde $M$ es la fusión (mm/d), $C_m$ el factor grado-día (mm/°C/d), $T_a$ la temperatura media diaria del aire (°C) y $T_b$ la temperatura base, en general 0 °C; si $T_a \le T_b$, no hay fusión. El NEH-630 da valores típicos de $C_m$ entre 1,6 y 6,0 mm/°C/d y propone 2,74 mm/°C/d cuando falta información. El factor varía con la estación, el lugar, la densidad de la nieve y el viento, y el método es poco confiable con lluvia sobre nieve.

En los Andes áridos, el método no representa la sublimación: los modelos de índice de temperatura han resultado inadecuados en la región por el peso del flujo latente (Réveillet et al., 2020).

Sublimación en los Andes áridos

En Guanaco, la presión de vapor media anual fue de 1,1 hPa, el viento de 10 m/s y la radiación solar incidente de 295 W/m². La sublimación diaria siguió sobre todo a la radiación solar neta y aumentó con aire más seco y viento más fuerte (MacDonell et al., 2013). Magnitudes medidas y modeladas en el Norte Chico:

El orden de magnitud es de uno a pocos milímetros por día durante meses, y la fracción sublimada crece con la altitud porque la fusión disminuye con el frío. La incertidumbre es alta: en La Laguna, usar el modelo atmosférico WRF en vez de las estaciones duplicó la razón entre sublimación y fusión (Réveillet et al., 2020). La cifra de «80 % de la nieve se sublima» no es una constante: el 81 % de Guanaco corresponde a un punto en lo alto de un glaciar.

Penitentes

Los penitentes son agujas altas y delgadas de nieve compacta o hielo, orientadas hacia la dirección principal del sol. Se forman por ablación diferencial en alta montaña, con aire frío y seco y radiación intensa (Claudin et al., 2015).

Lliboutry (1954) los asoció a un punto de rocío bajo 0 °C con radiación fuerte. A 3.500 m, con el aire sobre 0 °C y el punto de rocío bajo cero, midió puntas de 50 cm secas y a −5 °C, y surcos con nieve mojada con 14 % de agua líquida (Warren, 2023). Los surcos reciben radiación reflejada por sus paredes, llegan a 0 °C y funden; las puntas subliman y se mantienen frías. Como sublimar exige 8,5 veces más energía, el surco baja más rápido y el relieve crece. La separación inicial entre puntas, de decenas de centímetros en terreno, depende de la difusión de vapor y de la conducción de calor, y el viento fuerte los desfavorece (Claudin et al., 2015).

Aparecen entre 50° N y 40° S; cerca de Santiago, su zona óptima está entre 4.000 y 5.200 m (Warren, 2023). En el glaciar Tapado, donde se estudiaron penitentes de alrededor de 1 m, la rugosidad redujo el albedo efectivo hasta en 0,4 respecto de una superficie plana (Lhermitte et al., 2014). En un campo ya formado, la mayor parte de la ablación es fusión en los surcos (Warren, 2023).

Barreras de nieve

Una barrera de nieve es un cerco poroso que reduce la velocidad del viento, de modo que la nieve transportada se deposita en un ventisquero. Se usa sobre todo para proteger carreteras, y la guía de Tabler (1994) fija estos criterios:

• Porosidad: razón entre área abierta y área frontal, sin la luz inferior. Los cercos de 40 a 50 % almacenan más; con 50 %, cerca de 85 % de la nieve queda a sotavento.
• Cercos sólidos: retienen cerca de 35 % de lo que atrapa uno con porosidad de 50 %.
• Luz inferior: al menos un décimo de la altura, para que el cerco no se entierre.
• Eficiencia de captura: de 90 a 95 % al inicio y 60 % con el cerco al 80 % de su capacidad; en equilibrio no retiene más.

Para porosidad de 50 %, altura de al menos 1,8 m y terreno plano, la capacidad es (Tabler, 1994):

donde $Q_c$ es la capacidad (toneladas de nieve por metro de cerco) y $H$ la altura (m). El exponente 2,2 refleja que la nieve más profunda es más densa. Un cerco de 2 m retiene hasta 39,1 t/m, equivalentes a 39,1 m³ de agua.

La nieve en suspensión se sublima siempre que la humedad relativa es menor que 100 %: en Wyoming se pierde cerca de 57 % de la nieve reubicada en 3 km de recorrido y 85 % en 10 km (Tabler, 1994). En los Andes semiáridos esa pérdida también es relevante (Gascoin et al., 2013, citados por Voordendag et al., 2021). Un cerco acorta el recorrido y concentra la nieve. Usarlo para cosechar agua sigue ese principio, pero las fuentes revisadas no traen mediciones de rendimiento en los Andes chilenos: un proyecto debe medir el SWE del ventisquero frente al de la nieve sin barrera.

Ejemplo resuelto

Los datos son ilustrativos y los cálculos se hicieron con python3.

1. Equivalente en agua de una ruta de nieve

Si la ruta representa 180 km² nevados, $V$ = 0,4132 m × 180 × 10⁶ m² = 74,4 hm³. Liberado en 120 días sin pérdidas, daría 7,17 m³/s. Es un techo: la sublimación, la infiltración y la variación con la altitud lo reducen.

2. Fusión de una semana con grado-día

Con $T_b$ = 0 °C y $C_m$ = 2,74 mm/°C/d:

El sexto día no hay fusión. La semana funde 61,1 mm, 15 % del SWE medio; con $C_m$ entre 1,6 y 6,0 mm/°C/d, el resultado va de 35,7 a 133,8 mm.

3. Energía y pérdida por sublimación

Con la tasa media de Guanaco, 1,3 mm/d, durante 133 días (del 10 de mayo al 20 de septiembre):

• Lámina sublimada: 1,3 × 133 = 172,9 mm, 41,8 % del SWE medio.
• Energía para sublimarla: 172,9 × 2,838 = 490,7 MJ/m²; fundirla requeriría 57,9 MJ/m².
• Esa energía fundiría 1.465 mm; como flujo medio equivale a 42,7 W/m².

Con el rango de la estación Tapado, de 1,27 a 3,18 mm/d, la pérdida iría de 168,9 a 422,9 mm: el valor alto supera el SWE de la ruta.

Errores frecuentes

• Usar la densidad de nieve nueva para todo el manto: con 100 kg/m³, la ruta del ejemplo daría 130,9 mm en vez de 413,2 mm, 68 % menos.
• Extender a la cuenca el SWE de una sola ruta: el manto y la fracción sublimada cambian con la altitud, la orientación y el viento.
• Aplicar grado-día en altura sin considerar la sublimación: puede calcular fusión nula mientras el manto pierde milímetros cada día.
• Tomar el 80 % sublimado como regla: las fracciones publicadas van de 36 % a 86 % según sitio, año, altitud y datos de entrada.
• Suponer que los penitentes solo subliman: una vez formados, la mayor parte de su ablación es fusión en los surcos.
• Diseñar un cerco sólido o sin luz inferior: retiene cerca de 35 % de lo que atrapa uno poroso, y sin luz inferior se entierra antes de llenarse.

Preguntas frecuentes

Fuentes

• MacDonell, S., Kinnard, C., Mölg, T., Nicholson, L. y Abermann, J. (2013). Meteorological drivers of ablation processes on a cold glacier in the semi-arid Andes of Chile. The Cryosphere, 7, 1513-1526. tc.copernicus.org
• Réveillet, M., MacDonell, S., Gascoin, S., Kinnard, C., Lhermitte, S. y Schaffer, N. (2020). Impact of forcing on sublimation simulations for a high mountain catchment in the semiarid Andes. The Cryosphere, 14, 147-163. tc.copernicus.org
• Voordendag, A., Réveillet, M., MacDonell, S. y Lhermitte, S. (2021). Snow model comparison to simulate snow depth evolution and sublimation at point scale in the semi-arid Andes of Chile. The Cryosphere, 15, 4241-4259. tc.copernicus.org
• Lhermitte, S., Abermann, J. y Kinnard, C. (2014). Albedo over rough snow and ice surfaces. The Cryosphere, 8, 1069-1086. tc.copernicus.org
• Warren, S. G. (2023). Snow spikes (penitentes) in the dry Andes, but not on Europa: a defense of Lliboutry's classic paper. Annals of Glaciology, 63(87-89), 62-66. doi.org
• Claudin, P., Jarry, H., Vignoles, G., Plapp, M. y Andreotti, B. (2015). Physical processes causing the formation of penitentes. Physical Review E, 92, 033015. arxiv.org
• USDA Natural Resources Conservation Service (2004). National Engineering Handbook, Part 630 Hydrology, Chapter 11: Snowmelt (210-VI-NEH). USDA NRCS.
• Tabler, R. D. (1994). Design guidelines for the control of blowing and drifting snow (SHRP-H-381). Strategic Highway Research Program, National Research Council. onlinepubs.trb.org