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Forma de pico clásica

Un pico de hielo es una formación de hielo , a menudo en forma de carámbano invertido, que se proyecta hacia arriba desde la superficie de una masa de agua congelada. Los picos de hielo creados por procesos naturales en la superficie de pequeños cuerpos de agua congelada se han reportado durante muchas décadas, aunque su ocurrencia es bastante rara. A principios del siglo XX se propuso un mecanismo para su formación, ahora conocido como modelo Bally-Dorsey, pero no se probó en el laboratorio durante muchos años. En los últimos años han aparecido en Internet una serie de fotografías de picos de hielo naturales, así como métodos para producirlos artificialmente mediante la congelación de agua destilada.en refrigeradores o congeladores domésticos. Esto ha permitido a un pequeño número de científicos probar la hipótesis en un entorno de laboratorio y, aunque los experimentos parecen confirmar la validez del modelo de Bally-Dorsey, han planteado más preguntas sobre cómo se forman los picos de hielo natural, y queda más trabajo por hacer. debe hacerse antes de que se comprenda completamente el fenómeno. Las espigas de hielo natural pueden crecer en formas distintas a las clásicas, y se han informado de diversas formas como velas de hielo , torres de hielo o jarrones de hielo, ya que no existe una nomenclatura estándar para estas otras formas. Una forma particularmente inusual toma la forma de una pirámide invertida. [1]

Aunque los picos de hielo natural generalmente se miden en pulgadas o centímetros, un informe que apareció en el boletín de Harbour Creek Historical Society por el canadiense Gene Heuser, quien caminó por el lago Erie congelado en 1963, habló de "pequeños agujeros en el hielo a través de los cuales el agua debajo periódicamente, bajo presión, se veía obligado a salir disparado en el aire y congelarse "produciendo chorros helados de cinco pies de altura (1,5 m)" que le parecían postes de teléfono erguidos sobre el lago ". [2]

Antecedentes [ editar ]

Forma de vela de hielo

Los picos de hielo se han reportado como un fenómeno natural poco común durante décadas. [3] O. Bally y HE Dorsey presentaron de forma independiente un modelo del mecanismo de formación a principios del siglo XX y esta sigue siendo la explicación más aceptada del fenómeno en la actualidad. [4] Los picos tienden a formarse en recipientes como baños para pájaros y bebederos para mascotas, donde el agua se congela rápidamente, en lugar de en grandes masas de agua como lagos y estanques. [5] Se han publicado varias páginas web que muestran fotografías de formaciones de hielo inusuales y se discute el fenómeno, y se han informado varios casos de formación de picos de hielo en cubitos de hielo en refrigeradores domésticos. [6] [7]La capacidad de hacer crecer picos de hielo en un entorno controlado ha provocado una pequeña cantidad de investigaciones por parte de los investigadores del Departamento de Física del Instituto de Tecnología de California bajo la dirección de Kenneth G. Libbrecht sobre las condiciones necesarias para que se formen los picos. [3] [4]

Mecanismo de formación [ editar ]

Los picos de hielo que ocurren naturalmente, a menudo en forma de velas de hielo circulares o torres de hielo poliédricas (generalmente triangulares), se encuentran ocasionalmente en contenedores de agua de lluvia congelada o agua del grifo. [8] El agua se expande en un 9% a medida que se congela en hielo y la forma más simple de un cristal de hielo que refleja su estructura interna es un prisma hexagonal . Las caras superior e inferior del cristal son planos hexagonales llamados planos basales y la dirección que es perpendicular a los planos basales se llama eje c . [9]

Tres picos de hielo que crecen en el compartimento de congelación de un frigorífico doméstico

El proceso comienza cuando el agua superficial se nuclea alrededor de las irregularidades donde se encuentra con la pared del recipiente y se congela hacia adentro. Si el eje c del primer cristal que se forma no es vertical, el plano basal interseca la superficie a lo largo de una línea perpendicular al eje c y las agujas de hielo tienden a propagarse a través de la superficie a lo largo de esta línea. Al mismo tiempo, una cortina de hielo crece hacia el agua sobreenfriada a lo largo del plano basal. A medida que la película de hielo crece para cubrir la mayor parte de la superficie, los cristales se fusionan y se fijan rígidamente en su lugar y la capa de hielo continúa congelándose hacia el centro hasta que solo queda un pequeño agujero descongelado. [9] Las cortinas de cristalita tienden a unirse en un ángulo de 60 grados, por lo que el agujero suele ser triangular, [6]aunque son posibles otras formas geométricas. La expansión continua del hielo hacia abajo en el agua empuja el agua restante hacia arriba a través del orificio y se forma un menisco convexo que sobresale ligeramente más alto que la superficie del hielo. A medida que los bordes del menisco se congelan, crean una pequeña presa que hace que el agua suba más y, a medida que se expande por encima de la presa de hielo, los bordes se congelan nuevamente para formar otra presa encima de la primera. Si la velocidad de expansión del agua es la misma que la velocidad de congelación en el borde del agujero, este proceso se repite continuamente y las capas sucesivas forman un tubo de hielo. El crecimiento del tubo continúa de esta manera hasta que la punta se sella o hasta que toda el agua se congela. [9]La formación de picos de hielo está relacionada con la forma del cuerpo de agua, la concentración de impurezas disueltas, la temperatura del aire y la circulación por encima del agua. [3] Los picos que crecen a partir de un cristalito formado debajo de la superficie del agua pueden proyectarse desde la capa de hielo en un ángulo pronunciado, en lugar de perpendicular a ella. [5]

Pico de hielo ramificado

Se pueden formar pequeños picos de hielo artificialmente en cubitos de hielo producidos en refrigeradores domésticos; utilizando agua destilada en bandejas de plástico para cubitos de hielo. La formación del pico es similar a la del pico que ocurre naturalmente en que la expansión del agua interior y la reducción del volumen en el interior del cubo aumentan la presión sobre el agua empujándola hacia arriba a través del agujero. El crecimiento del tubo cesa cuando la gota en la parte superior del tubo se congela por completo, lo que es sustancialmente antes de que se congele el resto del agua del cubo. [4]Este método produce pequeños picos que generalmente son redondos o triangulares en sección transversal con puntas afiladas. Se han llevado a cabo experimentos que utilizan este método en entornos de laboratorio, pero se ha descubierto que es menos probable que se formen picos en cubitos de hielo hechos de agua no destilada, ya que las impurezas en el agua inhiben la formación de picos. [nb 1] [10]Esto plantea la cuestión de cómo se forman los picos de hielo que ocurren naturalmente en el agua del grifo o el agua de lluvia y, Libbrecht y Lui han sugerido que, en el caso de los picos pequeños que crecen en un refrigerador, las impurezas se concentrarán cada vez más en la pequeña gota no congelada en la parte superior del el tubo reduce la velocidad de congelación y, por lo tanto, el crecimiento del tubo. Sin embargo, creen que en las raras ocasiones en que crecen picos excepcionalmente grandes en formaciones de hielo naturales al aire libre, algún otro mecanismo debe eliminar las impurezas que se acumulan en la parte superior del tubo de crecimiento. O las impurezas se introducen en bolsas que se congelan más lentamente, o tal vez un flujo convectivo, que sería insignificante en los picos más pequeños, cultivados artificialmente, reemplaza el agua en la parte superior del tubo con agua dulce desde abajo. [3]

Los resultados del trabajo realizado en Caltech han sugerido experimentos que podrían dilucidar aún más este fenómeno. [3] [4]

Ver también [ editar ]

  • Crecimiento de cristales
  • Hielo de vela
  • Carámbano
  • Penitente (formación de nieve)

Notas [ editar ]

  1. ↑ Libbrecht, el principal investigador de este fenómeno, admite que es incapaz de explicar por qué las espinas crecen fácilmente en cubitos de hielo hechos con agua corriente.

Referencias [ editar ]

  1. ^ "imágenes de un increíble pico de hielo en forma de pirámide invertida " . ¿Tienes picos en tus cubitos de hielo? . Caltech . Consultado el 17 de enero de 2013 .
  2. ^ Kirk, Harold. "Hacia el norte" . Boletín de la Sociedad Histórica de Harbor Creek . Universidad de Toronto . Consultado el 17 de enero de 2013 .
  3. ^ a b c d e Libbrecht, KG; Lui, K (2003), Una investigación de picos de hielo cultivados en laboratorio (PDF)
  4. ^ a b c d Lederer, Samuel. "El efecto de los aditivos químicos en la formación de picos de hielo" (PDF) . Caltech . Consultado el 13 de enero de 2013 .
  5. ↑ a b Morris, Stephen (30 de abril de 2007). "Ocasionalmente, los cubitos de hielo en las bandejas de hielo de mi congelador desarrollarán una forma similar a una estalagmita sin ninguna interferencia obvia e inusual. ¿Puede explicar por favor qué causa esto?" . Scientific American .
  6. ^ a b Morris, S. "¿Tienes picos en tus cubitos de hielo?" . Grupo de Física no lineal . Universidad de Toronto . Consultado el 13 de enero de 2013 .
  7. ^ Carter, James. "Formaciones de hielo con ciclos diarios (diurnos) de congelación / descongelación" . Departamento de Geografía-Geología . Universidad Estatal de Illinois . Consultado el 14 de enero de 2013 .
  8. ^ Burt, Stephen (marzo de 2008). "Vela de hielo". Clima . 63 (3): 84. Bibcode : 2008Wthr ... 63 ... 84B . doi : 10.1002 / wea.212 .
  9. ^ a b c Schlatter, Tom; Knight, Dr. Charles (marzo-abril de 2009). "Consultas meteorológicas". Weatherwise : 58, 59.
  10. ^ Libbrecht, Kenneth G. "Picos de hielo ... Cosas extrañas que puedes encontrar en tu congelador ..." Cristales de nieve . Caltech . Consultado el 29 de marzo de 2013 .

Lectura adicional [ editar ]

  • Bally, O.̈ Uber eine eigenartige Eiskrystallbil-dung. Helvetica Chimica Acta 18 (1933), 475
  • Dorsey, Herbert Grove (1921). "Formaciones de hielo peculiares" . Revisión física . 18 (2): 162–4. Código Bibliográfico : 1921PhRv ... 18 ... 85. . doi : 10.1103 / physrev.18.85 .
  • Hallet, J (1959). "Crecimiento de cristales y formación de picos en la superficie del agua sobreenfriada" (PDF) . Revista de Glaciología . 103 (28): 698–704. Archivado desde el original (PDF) el 2 de diciembre de 2012 . Consultado el 3 de julio de 2013 .
  • O'Hare, Michael (2007). "Avance del congelador". Cómo fosilizar a tu hámster: y otros experimentos asombrosos para el científico del sillón . Libros de perfil. págs.  139 , 142. ISBN 978-1846680441.