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El hielo revela su secreto

Un par de científicos aparece como pequeños puntos en la nieve de Rossman Cove

Hallan la razón de la forma de los cristales de nieve

MADRID (EFE).— La superficie del hielo puede estar en tres estados diferentes. Cuando la temperatura sube y el hielo pasa de un estado a otro se produce un cambio súbito en la tasa de crecimiento, que origina las distintas formas de los cristales de nieve de la atmósfera.

Por qué sucedía esto era hasta ahora un misterio.

Ayer, investigadores del Instituto de Química Física Rocasolano, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas y la Universidad Complutense de Madrid publicaron en “Science Advances” un estudio que concluye que la clave del crecimiento peculiar de los cristales se encuentra en la estructura de la superficie.

“La causa de este cambio ha sido un misterio hasta la fecha”, señala Luis González MacDowell, coautor del estudio junto a Eva Noya.

En la década de 1930, Ukichiro Nakaya descubrió que los cristales de hielo más diminutos, llamados polvo de diamante, tienen la forma de prismas hexagonales y pueden ser chatos como píldoras o alargados como lápiz, y pasar de una forma a otra a ciertas temperaturas.

Estos cristales juegan un papel importante en el calentamiento global, ya que reflejan parte de la luz solar. “Para saber cuál es el efecto sobre el cambio climático necesitamos entender qué forma adoptan y la velocidad a la que crecen. Así que la mejora en nuestra comprensión del crecimiento del hielo nos permite colocar una pieza más de un puzzle, que tiene millones”, explica.

En el nuevo estudio, los investigadores observaron que a baja temperatura la superficie del hielo es lisa o suave y está relativamente ordenada, porque las moléculas de vapor, al colisionar con la superficie, no hallan dónde acomodarse y se vuelven a evaporar rápidamente, con lo que el crecimiento del cristal es muy lento.

Pero a mayor temperatura la superficie del hielo es más desordenada, con abundantes escalones porque las moléculas de vapor encuentran fácilmente acomodo sobre los peldaños, y entonces el cristal crece rápidamente.

“Hemos observado que este cambio no es gradual, sino que se produce por una transformación muy especial, llamada transición topológica. Lo que hace todavía más extraordinario al hielo es que al fundirse las capas externas del cristal su superficie se vuelve más lisa de nuevo, con menos desorden.

Al hacerse de nuevo muy lisa, el crecimiento cristalino ocurre muy lentamente sobre esa cara del cristal, pero no sobre las demás; de pronto unas crecen rápidamente y otras despacio, y la forma del cristal se transforma, “tal y como observó Nakaya en sus experimentos hace más de 90 años”, dice Eva Noya.

 

Formas del hielo Detalles del estudio

El hielo es un agente complicado de estudiar con técnicas experimentales.

Simulaciones

Eso se debe a su rápida evaporación. Por esa razón, el nuevo estudio se hizo con simulaciones moleculares en MareNostrum, la computadora más grande de España, que determinó la trayectoria de cada molécula de agua del cristal.

Número colosal

“Para formar un pequeño cristal necesitamos centenares de miles de moléculas, y por tanto el número de cálculos necesarios para realizar el estudio es colosal”, apunta Pablo Llombart, primer autor de la investigación y encargado de las simulaciones.

 

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