¿Por qué unos copos de nieve son más grandes que otros? ¿Es verdad que no hay dos iguales?

El copo de nieve más grande que se haya encontrado hasta ahora mide 38,1 cm de ancho y 20,3 cm de largo, según Megan Skrip, investigadora y comunicadora científica de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, y se encontró en Fort Keogh, Montana, en 1887, pero según la experta en copos de nieve Sandra Yuter, no era en realidad un copo de nieve. "Los copos de nieve naturales más grandes, de más de 2,5 cm o más, son en realidad son sistemas de cristales de hielo individuales llamados agregados", comentó Yuter, investigadora del estado de Carolina del Norte, en un artículo publicado en la web tiempo.es.

En cuanto a si hay un límite superior para el tamaño del copo de nieve, o más exactamente, el tamaño agregado del copo de nieve, los científicos no están seguros. Yuter dijo que es probable que se formen grandes agregados en las nubes de nieve, pero los vientos atmosféricos evitan que alcancen el suelo.

Pero, ¿cómo se forma un copo de nieve? Todo comienza en la zona más alta de las nubes, a partir de gotitas de agua en estado de subfusión (el mismo estado en que se encuentran las gotas de lluvia cuando se producen fenómenos de lluvia engelante o helada o la cencellada), es decir, con una temperatura inferior a 0ºC pero manteniéndose en estado líquido. Cuando estas gotitas entran en contacto con partículas microscópicas de polvo, polen u otras sustancias sólidas, se congelan formando un cristal de hielo, la base del copo de nieve, explican en la web cazatormentas.

Dependiendo de las condiciones de humedad y temperatura que se van sucediendo dentro de la nube, en el ambiente en el cual se encuentran inmersos estos copos de nieve en formación, su crecimiento y forma tendrá lugar de manera distinta, siendo esta la razón por la que unos copos son tan distintos de otros. Tanto, que se suele decir que no hay dos copos de nieve iguales, cosa que parece ser cierta, aunque no está completamente investigada ni demostrada.

El proceso por el cual el copo crece y desarrolla sus distintas formas, es por la adición de nuevas gotículas subfundidas y por el paso al estado sólido (congelación) del vapor de agua contenido en la atmósfera en la que se encuentra el copo en formación.

Los copos de nieve más perfectos y, podríamos decir también, más hermosos, se forman cuando el origen está en el paso directo del vapor de agua a cristales de hielo, que serán la base de los copos ulteriores según desciendan por la nube. Hay otros procesos que tienen origen en gotas de lluvia que se congelan total o parcialmente al atravesar un estrato frío, pero esto no da lugar a copos tan perfectos ni bien formados, siendo origen de otros meteoros como el aguanieve.

Según una investigación de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), cuando hay mucha humedad, los cristales adoptan formas fascinante, mientras que en atmósferas secas, su apariencia es más sencilla, con prismas hexagonales. Así, lo que intriga a los científicos es porqué estos prismas se transforman en columnas o en cuerpos chatos cuando bajan los grados, pero los investigadores de la UCM han confirmado en un estudio que se publicó en la revista en Physical Review Letters, que las formas caprichosas y geométricas de los cristales que forman un copo de nieve se origina en condiciones de alta humedad.

El responsable del grupo de investigación de Interfaces Moleculares de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), Luis González MacDowell, ha explicado que esta "aparente sencillez" esconde una "complejidad asombrosa" frente a los cambios de temperatura". Además, ha indicado que según bajan los grados, los prismas hexagonales achatados se alargan y adoptan forma de columna, un comportamiento que se repite varias veces. La clave parece estar en una fina capa de agua líquida que aparece sobre la superficie del hielo cuando este entra en contacto con la atmósfera.

Ahora los científicos han simulado por ordenador esta superficie a escala molecular. "En nuestro análisis descubrimos que cuando se mira esta capa (de apenas un nanómetro) con mucho detalle, se comporta como si estuviese emparedada entre dos superficies de hielo-agua y agua-vapor", explica González MacDowell, autor principal del estudio. Estas dos superficies (hielo-agua y agua-vapor) se comportan de manera distinta a alta y a baja temperatura.

En condiciones muy frías, por debajo de -25 ºC o -20 ºC, los prismas hexagonales son más largos que anchos y presentan forma de columnas. Mientras, si se eleva la temperatura, entre -20 ºC y -10 ºC, los cristales pierden su altura y se transforman en prismas chatos. Cuando aumenta más allá de los -10 ºC, se vuelven a convertir en columnas, y vuelvan a achatarse si el mercurio sube a alrededor de los cero grados.

Hasta ahora se conocía que el prisma adopta forma de columna cuando las bases crecen más rápido, mientras que toma una forma achatada si son los lados (la cara prismática) los más veloces. Sin embargo, el investigador y coautor del trabajo, Pablo Llombart, ha expuesto que la explicación es incompleta puesto que no indica por qué las velocidades de crecimiento de las diferentes caras del prisma cambian con la temperatura. "Eso es lo que hemos investigado nosotros", defiende.

El estudio revela que dos grados por debajo del punto de fusión del hielo (a los 0 ºC), las fluctuaciones de los lados del prisma son pequeñas, como las de una superficie lisa. Por encima de esa temperatura se hacen muy grandes y aumentan a medida que crece el cristal, como en las superficies rugosas. "Al convertirse en una superficie rugosa, su velocidad de crecimiento aumenta de forma abrupta, lo que indica la propensión de los cristales a crecer en forma de prismas hexagonales chatos, como se observa en la naturaleza", ha precisado Jorge Benet, otro de los investigadores y coautores del estudio.

"Este hallazgo es un pequeño paso, pero aún quedan unos cuantos más para llegar a entender por completo el misterio de los hábitos cristalinos del hielo atmosférico. Mucho campo abierto para seguir explorando este fascinante problema", explica.

NO HAY DOS IGUALES

"La forma exacta del cristal final de la nieve está determinada por el camino preciso que tomó a través de las nubes", explica Kenneth Libbrecht, profesor de física y jefe de departamento del Instituto de Tecnología de California, en su sitio web dedicado a los copos de nieve. "Pero todos los brazos tomaron el mismo camino, por lo que cada uno experimentó los mismos cambios al mismo tiempo, por tanto crecen en sincronía, dando una forma compleja y simétrica. Y como no hay dos cristales de nieve siguen exactamente el mismo camino, a través de las nubes a medida que caen, no hay dos que se vean exactamente iguales".

Si bien es cierto que no hay dos copos de nieve iguales, Libbrecht puede cultivar cristales de nieve que son muy similares y comparte fotos de sus copos de nieve "gemelos idénticos" en su sitio web.

Aunque Libbrecht y otros científicos pueden estudiar el crecimiento de los cristales de nieve haciéndolos crecer bajo los microscopios en el laboratorio, los investigadores también pueden estudiar la realidad.

Uno de los cristal de nieve más grandes jamás fotografiado: 10,1 mm de punta a punta. 'Snowcristals.com'

"Hoy tenemos cámaras automáticas como la cámara de copos de nieve de múltiples ángulos que toman fotografías de calidad de los copos de nieve en caída libre", dijo Yuter. "Con esta cámara podemos ver cómo se ve la geometría de la nieve en 3D a medida que cae, lo cual es muy relevante, especialmente para la investigación que relaciona la detección remota de nevadas desde radares meteorológicos y satélites a tasas de nevadas".