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Joyitas de lanaturalezá. Pasear ba-jo una nevada puede re-sultar romántico, y másaún si somos sabedoresde las maravillosas figu-ras geométricas que con-forman los copos. Lasimágenes de cristales dehielo que ilustran este re-portaje, obra del fotógra-fo ruso Valeriya Zvereva,revelan su geometría frac-

E tal: una misma estructura

H básica se repite una y otraB vez a distintas escalas.

ASI NACEN Y CRECEN LOS CRISTALES DE HIELO

La belleza de la nieve es innegable en cualquiera de sus manifestaciones,desde el modo en que caen los copos hasta los paisajes que surgen de ella. No

obstante, alcanza su máxima expresión a escala microscÓpica, en las delicadasformas geométricas que adquieren los cristales de hielo que la integran.

Un reportaje de JoSÉ MIGUEL VlÑAS

embriones de hielo sobre los que crecer¿in los citados cristales.

Eso sí, en la aturósfera. las gotitas de

agua líquid¿r no se congelau de inme-diato cuando la tentperatura desciendepor debajo de 0 "C. De l-recl-ro, puedenmantener su coudición de líquido co-nlo aglla subfundida o sobreenfriada ¿l

temperaturas mucho más bajas, de l-rasta

-;10 "C. Al-rora bien, l¿r presencia en el

aire de partículas sólidas en suspensión,colno polvo, esporas, sales m¿rrinas vpolen, no solo sirve de soporte iísico ¿r

esas diminutas gotas, sino qtte favorecela cor-rgelación de parte de ellas cuandorondan los -5 "C.

En esas nubes frías, coexisten gotitasde agua en estado líquido v congelad¿rs. Es en ese ambiente tan cargado del-rumedad sobresaturado de vapor de

¿rgu¿r dor-rde se inicia el mec¿ruisnro deformación de la niet,e. L¿r cttestión es

odo comienza en la atmósfera,en el cor¿rzón de ltu¿r fría nube.Es al-rí donde ¿lrranc¿l el cour-plejo proceso natural, rel¿rcion¿rdo con el crecirniento del

hielo, que dar:i como resultado la form¿r-ción de los copos de nieve. En realidad,bajo la denomin¿rción genérict.t copo deniette podemos toptrruos con muchascos¿ls, desde crist¿rles individuales dediversos tamaños h¿rst¿r Lln¿r especie deaglomerado constituido por r,:rrios deellos. Y es c1ue, en su c¿rí

cl¿r a tru'és clel ¿ire. est¿ts

nrinúrsculas estructtrrasse erlclrentran sonretid:rs¿r Lrn constante zar¿rrrdeo.

Así. ¿rc¿bar-r adl-ririéndoseLln¿ls :l otras, lo que d:r

corno result¿rdo los copos, cll,yr:ts diurensiones _\, espor-rjosidadvarían en funciór-tde las condicionesnreteorológicaspresentes dur¿rntel¿r nevada.

L¿r génesis deesos crist¿litossucecle en el interior de las nubes.rr tcnrpet'¿ttur¿ts loslrhcientenrente b¿r

jas conro p¿lr¿r que Lln¿r

parte cle hs gotitas de:rgua líc1uid¿r conteniclasen ell¿rs se conqele v se

tornren los microscci¡ricos

que las gotitas de agr-ra líquida tienden ¿l e\¡¿lpor:.trse

esponttineantente. El vaporde agua resultante se incorpora a las que _v¿r estáucongeladas, de modo que

se convierten directamente en hielo cu¿rndo

entrau en contactocon ell¿rs. Este empiez:r así ¿r crecer, ,v

conlienz¿rn a ntodel¿rrse minúsculos

\ prismas heragona-,' les.

Est¿ts hgttrasgeométric;rs dehielo nticroscópic:rs, qlle apen¿rs

miden ult¿ls cleci

mas de milínretro delirrgo, tienen sietnpre

esa estructura clebido¿ que es¿l es lit l'orttta qtte

adoptan l¿rs n'rolécul:rs de

agll¿r en el hielo clt¿tnclo '',

rr¡lry 41.8 - Marzo201.6'97

)) se agrupan. Una vezque esos prismas cristalinosse forman en el interior de la nube,crecen mediante un proceso de ramifi-cación, que puede experimentar varia-ciones en función de la temperatura yel grado de sobresaturación de vapor deagua del aire que rodea los cristales.

EN UN AMBITNTT COl{ POCA HUMEÍIAO

st FoRfnAN PntstYtos sENcttt0s

En esencia, la formación de un tipode copo de nieve u otro dependerá decómo se combine ese par de variables,tal como dedujo en los años 30 el pro-fesor Ukichiro Nakaya (teoo-teo2), dela Universidad de Hokkaido, en Japón.Para entender su trabajo, primero debe-mos tener en cuenta que los cristales denieve, aunque suelen identificarse habi-tualmente con estrellitas, pueden adop-tar multitud de formas, como columnas,

98. rncr¡z 478 - Marzo 2016

TODOS LOS CRISTALES DE NIEVE POSEENUNA ESTRUCTURA BÁSICA HEXAGONAL,AUNQUE SU CONFIGURACION PUEDE VARIAR

agujas y placas. Eso sí, todas ellas com-parten una estructura básica hexagonal.Esa es su principal seña de identidad. Uncrecimiento lento da lugar a formas mássimples. Por el contrario, si es rápido,aumenta la complejidad de los cristalesde nieve, pues se produce en ellos unmayor número de ramificaciones.

Nakaya fue el primero que los cultiuó,bajo condiciones controladas. Los prin-cipales resultados de sus investigacio-nes se resumen en su famoso diagramamorfológico de la nieve, que hemos re-

producido en la página siguiente. En di-cha figura aparecen los distintos tipos decristales de nieve que pueden formarseen función de la humedad y del rango detemperaturas en que tiene lugar el pro-ceso de crecimiento.

Si nos frjamos en el diagrama, lo pri-mero que salta a la vista es que si el am-biente no es muy húmedo -algo queviene representado en la parte inferiordel mismo-, los cristales de nieve resul-tantes no son excesivamente complejos,con independencia de que el entor-

Las mil y una facetas de los coposElfísico japonés Ukichiro Nakaya averiguó que los cristales de hie-

lo que integran los copos adoptan distintas formas en función de latemperatura y la humedad. Plasmó sus estudios en este diagrama:

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Columnashuecas

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Placasfinas "

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Prismassólidos

Prismassólidos

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Placas finas

Placas sólidas

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I sólidas áFz

no se encuentre a más o menos gradosbajo cero. De este modo, se formaránprismas y placas hexagonales bastan-te elementales. Por el contrario, en unambiente más rico en vapor de agua, loscristales se vuelven bastante más sofis-ticados y dan lugar a las espectacularesformas dendríticas, esto es, ramifica-das, que tanto nos maravillan cuandolos científrcos y los añcionados nos lasmuestran bajo la luz del microscopio.

MICHONTUATIAS EN UN

TABOHATtlRItl HACE I|CHTNTA AÑtlS

El diagrama de Nakaya también per-mite comprobar cómo las estrellitas denieve pueden formarse tanto a tempe-raturas de entre 0 "C y -3 oC como enambientes mucho más fríos, de -10 "C

a -22 oC. Una vez más, cuanto más va-por de agua haya disponible -esto es,

mayor saturación-, más grandes ycomplejas serán.

Todas estas formas estrelladastienen seis puntas, una conse-cuencia de la simetría hexagonaldel hielo. Aunque a veces se re-presentan con ocho, lo cierto es

que no es posible encontrar uncristal de tal tipo en la naturale-za. Aveces, sin embargo, se sola-pan dos de seis y dan lugar a unaestructura dodecagonal.

Como hemos visto, los crista-les de hielo parten siempre de una

forma hexagonal básica de tamañomicroscópico, pero crecen de ma-

nera diferente en función de las con-diciones ambientales. Este hallazgo ))

iiEs*fli'tsr] *il t_i:

rrrlrlz 418 - Marzo 2016.99

!METr.,RoLoGiAEl retratistaI lno de los principales im-lr.rf pulsores del conocimien-to que hemos ido adquiriendosobre los cristales de nieve fue

el estadounidense Wilson A.

Bentley (1865-1931). El ma-yor empeño de este hombre,

ffi

'copero'que pasó toda su vida en unagranja de Jericho, en Vermont,

fue fotografiar lo más peque-

ño, para lo cual probó a aco-plar un microscopio a una de

las aparatosas máquinas defotos de la época.

¿HAY DOS IGUALES? EN

1885, captó por primera vez

un copo, y quedó tan fascina-

do por su delicada estructura

que hasta su muerte no dejóde retratar estos cristales. "Ba-

jo el microscopio encontré que

eran milagros de belleza;y me

pareció una pena que esta no

fuera vista y apreciada. Cada

cristal era una obra maestra

de diseño, y ninguno se repe-

tía", escribió. Bentley realizó

unas 5.000 micrografías, pe-

ro nunca captó dos estrellitas

de nieve iguales.

Sin embargo, en 1988,Nancy Knight, una expertadel Centro Nacional de lnves-

tigación Atmosférica de Esta-

dos Unidos, demostró que dosde estos cristales pueden ser

idénticos si las condicionesambientales en que se forman

son muy parecidas.

Bentley, conocido como elHombre Copo de Nieye, fue unpionero de la micrografía.

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)) constituye, posiblemente, laprincipal contribución de Nakaya alconocimiento del microcosmos de lanieve. Tras fotografiar concienzuda-mente una enorme cantidad de copos,que había obtenido en su laboratorio,estableció una clasificación que con-sideraba nada menos que 41 tipos decristales de nieve diferentes.

rr cATÁr0G0 mÁs cotYlPrrT0crTA ocHtNTA T|P0S 0t cnrsTArrs

En 1952, la Comisión Internacio-nal de Nieve y Hielo dio a conocer

otro sistema de catalogación que es-tablecía siete tipos básicos: platos o

placas, estrellas, dendritas, columnas,columnas cubiertas -esto es, con tapa-,agujas y formas irregulares. Dentro decada una de estas categorías se estable-cen, a su vez, distintas variedades, has-ta completar todo el índice, que incluyetambién la nieve granulada y el granizo.

100. rrlcrlz 4t8 - Mari

Keplery la geometriahexagonal

f I primer tratado científico dedicado a los

l-copos de nieve se lo debemos al astróno-mo Johannes Kepler (1571-1630). A princi-

pios del siglo XVll, mientras se encontraba en

Praga, observó que estos consistían en pe-

queños cristales de forma hexagonal, lo que

despertó su curiosidad. Así, en 161-1, escribió

un pequeño ensayo titulado Elcopo de nieve

de seis óngulos, que aún hoy es considerado

el punto de partida de la cristalografía.

COMO UNA PIRAMIDE. En dicho estudio,

no explica por qué la nieve adopta esas formas,

pero sídescribe en detalle tal particularidad. Ke-

pler intuyó que el crecimiento del hielo viene

dictado por una serie de reglas físicas simples,

pero que no está sujeto a un patrón prefijado.

También planteó que el empaquetamiento

óptimo de las esferas en elespacio es la forma

piramidal, una circunstancia que en su opinión

explica la simetría hexagonalde los copos.

nos permite comprender buena parte delos procesos implicados en la formaciónde los copos, el hecho de que su creci-miento sea un fenómeno no lineal, asícomo la enorme complejidad que con-llevan algunos de esos procesos físicos,tales como la dinámica molecular, el de-sarrollo de inestabilidades, la formaciónde fractales o la microfísica que tienelugar en la interfaz hielo-aire, hace que,en la práctica, sigamos siendo incapacesde predecir con exactitud cuál será laforma que adoptarán. Y es que, al igualque ellos, su perfecta simetría tambiénse muestra escurridiza. .

En 1966, los meteorólogos japonesesChoji Magono y Chung Woo Lee, de laUniversidad de Hokkaido, presentaron ala comunidad cientíñca el sistema de or-denación de cristales de nieve naturalesmás completo realizado hasta la fecha.Este describe ochenta variedades dis-tintas, y entre todas ellas encontramosdesde prismas simples hasta complejasdendritas estelares con forma de hele-cho, columnas huecas o placas dobles.

Lo más habitual es que un copo de nie-ve contenga cristales de diferentes tipos,

ya que durante su caída -y mientraslos cristales crecen en el interior de lasnubes- las condiciones de humedad ytemperatura cambian. Esto da como re-sultado una extraordinaria va-riedad de formas. Los cristalesde hielo microscópicos inicialesson extremadamente sensiblesa los factores apuntados, porlo que basta una pequeñaalteración de temperatu-ra o una mayor o menoracumulación de vapor deagua pare que el resulta-do final sea diferente.

Aunque el grado deconocimiento actual

UNA MINIMAALTERACION EN LATEMPERATURA O EN LA HUMEDADAMBIENTAL HACE QUE LOS COPOSADQUIERAN UNA FORMA U OTRA