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Por qué hay diferentes cristales de hielo
Realizando simulaciones en el supercomputador MareNostrum de Barcelona, investigadores del CSIC y la Universidad Complutense de Madrid han comprobado que la clave del peculiar crecimiento de los cristales de nieve está en la estructura de su superficie. Predecir la forma y velocidad a la que crecen estos cristales puede ayudar a entender algunos efectos del cambio climático.
La superficie del hielo puede estar en tres estados diferentes con distinto grado de desorden. Según sube la temperatura, el paso de uno a otro produce un cambio súbito en la tasa de crecimiento y explica las distintas formas que adoptan los cristales de hielo o nieve en la atmósfera (aplastados, con aspecto de prisma hexagonal o ambos). La clave de estos cambios y crecimiento particular de los cristales está en la estructura de su superficie. Así lo señala un estudio realizado por los investigadores Luis González MacDowell, de la Universidad Complutense de Madrid, Eva Noya, del Instituto de Química Física Rocasolano del CSIC, y Pablo Llombart, de ambas instituciones. El artículo se ha publicado en la revista ‘Science Advances’.
Los investigadores han observado que a baja temperatura la superficie del hielo es lisa o suave y está relativamente ordenada. Las moléculas de vapor, al colisionar con la superficie, no encuentran 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 se vuelve más desordenada, con abundantes escalones. Las moléculas de vapor encuentran fácilmente acomodo sobre los peldaños, y el cristal crece rápidamente.
“Hemos observado que este cambio no es gradual, sino que ocurre como causa de una transformación muy especial, llamada transición topológica. Pero lo que hace todavía más extraordinario al hielo es que, de repente, al fundirse las capas externas del cristal, su superficie se vuelve más lisa de nuevo, con menos desorden”, destaca Noya.
Al hacerse de nuevo muy lisa, el crecimiento cristalino se vuelve muy lento sobre esa cara del cristal, pero no sobre las demás. De repente unas crecen rápido y otra crece despacio, y la forma del cristal se transforma, tal y como observó Nakaya en sus experimentos hace más de 90 años.
Al ser el hielo un agente complicado de estudiar experimentalmente es por su rápida evaporación, se han realizado simulaciones durante ocho meses en el ordenador más grande de España, el Mare Nostrum (BSC-CNS).
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