Cristales de hielo

cristal de hielo natural

Los cristales de hielo siempre han sido objeto de estudio por los científicos dada su forma tan peculiar y llamativa. Si los miramos con un microscopio podemos ver que tienen formas geométricas espectaculares y llama la atención del por qué se generan estas formas geométricas en la naturaleza.

En este artículo vamos a contarte cuáles son las conclusiones de diversos estudios relacionados con los cristales de hielo y qué se ha descubierto hasta la actualidad.

Formación de los cristales de hielo

formaciones geometricas

La forma altamente simétrica se debe al crecimiento de depósito, donde el agua se deposita directamente sobre los cristales de hielo y se evapora. Dependiendo de la temperatura ambiente y la humedad, los cristales de hielo pueden desarrollarse desde los prismas hexagonales iniciales en muchas formas simétricas. Las posibles formas de los cristales de hielo son columnares, en forma de aguja, en forma de placa y dendríticas. Si el cristal migra a una región de diferentes condiciones ambientales, el modo de crecimiento puede cambiar y el cristal final puede mostrar modos mixtos.

Los cristales de hielo tienden a caer con sus ejes largos alineados horizontalmente y, por lo tanto, son visibles en los radares meteorológicos polarimétricos con valores de reflectancia diferencial mejorados (positivos). La carga de cristales de hielo puede causar alineaciones distintas a las horizontales. El radar meteorológico polarizado también puede detectar bien los cristales de hielo cargados. La temperatura y la humedad determinan muchas formas cristalinas diferentes. Los cristales de hielo son responsables de varias manifestaciones ópticas atmosféricas.

Las nubes congeladas están compuestas de cristales de hielo, sobre todo los cirros y la niebla helada. Los cristales de hielo en la troposfera hacen que el cielo azul se vuelva ligeramente blanco, lo que podría ser una señal de que se acerca un frente (y lluvia) a medida que el aire húmedo se eleva y se congela en cristales de hielo.

A temperatura y presión normales, las moléculas de agua tienen forma de V y dos átomos de hidrógeno están unidos a átomos de oxígeno en un ángulo de 105°. Los cristales de hielo comunes son simétricos y hexagonales

Cuando se comprime entre dos capas de grafeno, se forman cristales de hielo cuadrados a temperatura ambiente. El material es una nueva fase de cristal de hielo que se combina con otros 17 hielos. La investigación se deriva de un descubrimiento anterior de que el vapor de agua y el agua líquida pueden atravesar láminas de óxido de grafeno laminado, a diferencia de las moléculas más pequeñas como el helio. Se cree que este efecto es impulsado por las fuerzas de van der Waals, que pueden implicar presiones superiores a las 10.000 atmósferas.

Estudios sobre los cristales de hielo

formacion de cristales de hielo

Simulaciones realizadas en el superordenador MareNostrum de Barcelona por investigadores del CSIC y la Universidad Complutense de Madrid han comprobado que la clave del extraño crecimiento de los cristales de hielo está en su estructura superficial

Las superficies de hielo pueden estar en tres estados diferentes, con diversos grados de desorden. Los pasajes de uno a otro crean cambios abruptos en las tasas de crecimiento a medida que aumentan las temperaturas y explican las diferentes formas (aplastadas, hexagonales o ambas) de los cristales de hielo o nieve en la atmósfera.

La clave para estos cambios y crecimiento de cristales específicos es su estructura superficial. Un estudio realizado por los investigadores Luis González MacDowell de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), Eva Noya del Instituto de Química Física Rocca Solano (IQFR) del Alto Comisionado de Investigaciones Científicas y Pablo Llombart de ambas instituciones así lo demuestra un poco. . El artículo fue publicado en la revista Science Advances.

“La razón de este cambio ha sido un misterio hasta ahora”, dice González MacDowell, recordando que el investigador japonés Ukichiro Nakaya descubrió en la década de 1930 los cristales de hielo más pequeños, llamados polvo de diamante, con forma de prisma hexagonal. Estos prismas pueden ser planos, como una pastilla, o alargados, como un lápiz o un prisma hexagonal, y pueden transformarse de una forma a otra a una temperatura específica.

Simulaciones

cristales de hielo

Los investigadores observaron que a bajas temperaturas, la superficie del hielo era uniforme y relativamente ordenada. Cuando las moléculas de vapor chocan con la superficie, no pueden encontrar un lugar para precipitarse y evaporarse rápidamente, lo que hace que el crecimiento de los cristales sea muy lento.

Pero a temperaturas más altas, la superficie del hielo se vuelve más desordenada, con muchos escalones. Las moléculas de vapor pueden encontrar fácilmente su lugar en los escalones y los cristales crecen rápidamente.

«Observamos que este cambio no fue gradual, sino que ocurrió debido a una transición muy específica llamada transición topológica. Pero lo que hizo que el hielo fuera aún más inusual fue que de repente, cuando la capa exterior del cristal se derritió, la superficie es más suave y más desordenado de nuevo», señaló Noah.

Cuando vuelve a ser muy suave, el crecimiento del cristal se vuelve muy lento en ese lado del cristal, pero no en el otro lado. De repente, algunos crecen rápido, otros crecen lentamente y la forma de los cristales cambia, como observó Nakatani en experimentos hace más de 90 años.

Simulación en MareNostrum

Dado que el hielo es una sustancia compleja que requiere ser estudiada mediante técnicas experimentales debido a su rápida evaporación, se han realizado simulaciones durante ocho meses en el ordenador más grande de España, MareNostrum (BSC-CNS).

“El trabajo computacional nos ha permitido determinar la ruta de cada molécula de agua que forma el cristal; pero, por supuesto, para formar un cristal pequeño, necesitamos cientos de miles de moléculas, por lo que la cantidad de computación requerida para realizar este estudio es enorme. «, dice Llombart Say.

González MacDowell concluyó que estos resultados son «muy interesantes, pero la investigación científica siempre necesita ser confirmada por nuevos cálculos y validaciones. A pesar de esta cautela, nos complace que nuestros esfuerzos hayan dado sus frutos en forma de resultados interesantes, porque costó muchos intentos fallidos de conseguir financiación».

Además, el químico recuerda que los cristales de nieve atmosféricos juegan un papel importante en el calentamiento global: “Para entender el impacto en el cambio climático, necesitamos entender su forma y tasa de crecimiento. Por lo tanto, nuestra mejor comprensión nos permite poner otra pieza en el rompecabezas multimillonario».

Espero que con esta información puedan conocer más sobre los cristales de hielo y sus características.


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  1.   Cesar dijo

    Los temas tan interesantes e increibles que nos presenta nuestra madre naturaleza son de valorar,ya que nos aportan saberes que disfruta la imaginacion….Es tan grato observar los cristales de hielo los cuales se asemejan a una obra de arte…Saludo