Las formas de los copos de nieve son diferentes en función de la humedad y la temperatura

Así, lo que intriga a los científicos es por qué 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 publica 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.

Asimismo, el investigador del equipo y coautor del trabajo, Eduardo Sanz, ha destacado que esta transformación es parecida a las transiciones de fase topológicas de Kosterlitz-Thoules que han recibido el Premio Nobel de Física este año.

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", ha concluido.