Un copo de nieve es un único cristal de hielo que ha alcanzado un tamaño suficiente y puede haberse fusionado con otros, luego cae a través de la atmósfera de la Tierra en forma de nieve . [1] [2] [3] Cada escama se nuclea alrededor de una partícula de polvo en masas de aire sobresaturadas al atraer gotas de agua de nubes superenfriadas , que se congelan y se acumulan en forma de cristal. Surgen formas complejasa medida que el copo se mueve a través de diferentes zonas de temperatura y humedad en la atmósfera, de modo que los copos de nieve individuales difieren en detalle entre sí, pero pueden clasificarse en ocho clasificaciones amplias y al menos 80 variantes individuales. Las principales formas constituyentes de los cristales de hielo, a partir de las cuales pueden producirse combinaciones, son la aguja, la columna, la placa y la escarcha. La nieve parece de color blanco a pesar de estar hecha de hielo transparente. Esto se debe a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por las pequeñas facetas de cristal de los copos de nieve. [4]
Formación
Los copos de nieve se nuclean alrededor de partículas minerales u orgánicas en masas de aire subcongeladas saturadas de humedad. Crecen por acreción neta a los cristales incipientes en formaciones hexagonales. Las fuerzas cohesivas son principalmente electrostáticas.
Núcleo
En nubes más cálidas, una partícula de aerosol o "núcleo de hielo" debe estar presente en (o en contacto con) la gota para que actúe como núcleo. Las partículas que forman los núcleos de hielo son muy raras en comparación con los núcleos sobre los que se forman gotas de nubes líquidas; sin embargo, no se comprende qué los hace eficientes. Las arcillas, el polvo del desierto y las partículas biológicas pueden ser eficaces, [6] aunque no está claro hasta qué punto. Los núcleos artificiales incluyen partículas de yoduro de plata y hielo seco , y estos se utilizan para estimular la precipitación en la siembra de nubes . [7] Los experimentos muestran que la nucleación "homogénea" de las gotas de nubes sólo se produce a temperaturas inferiores a -35 ° C (-31 ° F). [8]
Crecimiento
Una vez que una gota de agua se ha congelado como un núcleo de hielo, crece en un ambiente sobresaturado , donde la humedad líquida coexiste con el hielo más allá de su punto de equilibrio a temperaturas por debajo del punto de congelación. La gota luego crece por deposición de moléculas de agua en el aire (vapor) sobre la superficie del cristal de hielo donde se acumulan. Debido a que las gotas de agua son mucho más numerosas que los cristales de hielo debido a su gran abundancia, los cristales pueden crecer hasta cientos de micrómetros o milímetros de tamaño a expensas de las gotas de agua. Este proceso se conoce como el proceso Wegener-Bergeron-Findeisen . El correspondiente agotamiento del vapor de agua hace que las gotas se evaporen, lo que significa que los cristales de hielo crecen a expensas de las gotas. Estos grandes cristales son una fuente eficiente de precipitación, ya que caen a través de la atmósfera debido a su masa y pueden chocar y pegarse en grupos o agregados. Estos agregados suelen ser el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. [9] Guinness World Records enumera los copos de nieve agregados más grandes del mundo como los de enero de 1887 en Fort Keogh , Montana , que se afirmó que tenían 15 pulgadas (38 cm) de ancho, muy por fuera del rango normalmente documentado de copos agregados de tres o cuatro pulgadas. de ancho. Se han observado monocristales del tamaño de una moneda de diez centavos (17,91 mm de diámetro). [3] Los copos de nieve encapsulados en escarcha forman bolas conocidas como graupel .
Apariencia
Color
Aunque el hielo en sí mismo es transparente, la nieve suele tener un color blanco debido a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por la dispersión de la luz por las pequeñas facetas de cristal de los copos de nieve que la componen. [4]
Forma
La forma del copo de nieve está determinada en líneas generales por la temperatura y la humedad a las que se forma. [9] En raras ocasiones, a una temperatura de alrededor de -2 ° C (28 ° F), los copos de nieve se pueden formar con una simetría triple: copos de nieve triangulares. [10] La mayoría de las partículas de nieve tienen una forma irregular, a pesar de su descripción común como simétrica. Es poco probable que dos copos de nieve sean iguales debido a las 10 19 moléculas de agua estimadas (10 trillones) que forman un copo de nieve típico, [11] que crecen a diferentes velocidades y en diferentes patrones dependiendo de los cambios de temperatura y humedad dentro de la atmósfera. que el copo de nieve cae en su camino hacia el suelo. [12] Los copos de nieve que parecen idénticos, pero que pueden variar a nivel molecular, se han cultivado en condiciones controladas. [13]
Aunque los copos de nieve nunca son perfectamente simétricos, el crecimiento de un copo de nieve no agregado a menudo se aproxima a una simetría radial de seis veces , que surge de la estructura cristalina hexagonal del hielo. [14] En esa etapa, el copo de nieve tiene la forma de un diminuto hexágono. Los seis "brazos" del copo de nieve, o dendritas, luego crecen independientemente de cada una de las esquinas del hexágono, mientras que cada lado de cada brazo crece independientemente. El microambiente en el que crece el copo de nieve cambia dinámicamente a medida que el copo de nieve cae a través de la nube y los pequeños cambios de temperatura y humedad afectan la forma en que las moléculas de agua se adhieren al copo de nieve. Dado que el microambiente (y sus cambios) son casi idénticos alrededor del copo de nieve, cada brazo tiende a crecer casi de la misma manera. Sin embargo, estar en el mismo microambiente no garantiza que cada brazo crezca igual; de hecho, para algunas formas de cristal no es así porque el mecanismo de crecimiento de cristales subyacente también afecta la rapidez con que crece cada región de la superficie de un cristal. [15] Los estudios empíricos sugieren que menos del 0,1% de los copos de nieve exhiben la forma simétrica ideal de seis veces. [16] Muy ocasionalmente se observan doce copos de nieve ramificados; mantienen la simetría séxtuple. [17]
Clasificación
Los copos de nieve se forman en una amplia variedad de formas intrincadas, lo que lleva a la idea de que "no hay dos iguales". Aunque se han hecho copos de nieve casi idénticos en laboratorio, es muy poco probable que se encuentren en la naturaleza. [19] [11] [20] [21] Los intentos iniciales de encontrar copos de nieve idénticos fotografiando miles de ellos con un microscopio desde 1885 en adelante por Wilson Alwyn Bentley encontraron la amplia variedad de copos de nieve que conocemos hoy.
Ukichiro Nakaya desarrolló un diagrama de morfología de los cristales, relacionando la forma del cristal con las condiciones de temperatura y humedad en las que se formaron, que se resume en la siguiente tabla: [22]
Rango de temperatura | Rango de saturación (g / m 3 ) | Tipos de cristal de nieve por debajo de la saturación | Tipos de cristal de nieve por encima de la saturación |
---|---|---|---|
0 ° C (32 ° F) a −3,5 ° C (26 ° F) | 0,0 a 0,5 | Platos macizos | Platos delgados Dendritas |
De −3,5 ° C (26 ° F) a −10 ° C (14 ° F) | 0,5 hasta 1,2 | Prismas sólidos Prismas huecos | Prismas huecos Agujas |
De −10 ° C (14 ° F) a −22 ° C (−8 ° F) | 1,2 hasta 1,2 | Platos delgados Platos macizos | Platos sectorizados Dendritas |
De −22 ° C (−8 ° F) a −40 ° C (−40 ° F) | 0,0 hasta 0,4 | Platos delgados Platos macizos | Columnas Prismas |
La forma de un copo de nieve está determinada principalmente por la temperatura y la humedad a la que se forma. [9] El aire congelado hasta −3 ° C (27 ° F) promueve cristales planos (delgados y planos). En aire más frío hasta -8 ° C (18 ° F), los cristales se forman como columnas huecas, prismas o agujas. En aire tan frío como -22 ° C (-8 ° F), las formas vuelven a ser como placas, a menudo con características ramificadas o dendríticas. A temperaturas por debajo de -22 ° C (-8 ° F), los cristales se vuelven en forma de placa o columnar, dependiendo del grado de saturación. Como descubrió Nakaya , la forma también es una función de si la humedad predominante está por encima o por debajo de la saturación. Las formas por debajo de la línea de saturación tienden más a ser sólidas y compactas. Los cristales formados en aire sobresaturado tienden más hacia el encaje, delicados y ornamentados. También se forman muchos patrones de crecimiento más complejos, como planos laterales, rosetas de bala y también tipos planos, según las condiciones y los núcleos de hielo. [23] [24] [25] Si un cristal ha comenzado a formarse en un régimen de crecimiento de columna, alrededor de -5 ° C (23 ° F), y luego cae en el régimen de placa más caliente, entonces brotan cristales dendríticos o de placa. al final de la columna, produciendo las llamadas "columnas con límite". [9]
Magono y Lee idearon una clasificación de cristales de nieve recién formados que incluye 80 formas distintas. Se enumeran en las siguientes categorías principales (con símbolo): [26]
- Cristal de aguja (N) - Subdividido en: Simple y combinación de agujas
- Cristal columnar (C) - Subdividido en: Simple y combinación de columnas
- Cristal en placa (P) - Subdividido en: cristal regular en un plano, cristal plano con extensiones, cristal con número irregular de ramas, cristal con 12 ramas, cristal deformado, conjunto radiante de ramas planas
- Combinación de cristales columnares y de placa (CP) - Subdividido en: Columna con cristal plano en ambos extremos, bala con cristales planos, cristal plano con extensiones espaciales en los extremos
- Cristal columnar con planos laterales extendidos (S): subdividido en: planos laterales, planos laterales en forma de escala, combinación de planos laterales, balas y columnas.
- Cristal con borde (R): subdividido en: cristal con borde, cristal con borde denso, cristal con forma de gris, graupel
- Cristal de nieve irregular (I): subdividido en: partícula de hielo, partícula con borde, pieza rota de un cristal, varios
- Germen de cristal de nieve (G) - Subdividido en: Columna diminuta, germen en forma de esqueleto, placa hexagonal diminuta, cristal estelar diminuto, ensamblaje diminuto de placas, germen irregular
Documentaron cada uno con micrografías.
La Clasificación Internacional de Nieve Estacional en el Suelo describe la clasificación de los cristales de nieve, una vez depositados en el suelo, que incluyen la forma y el tamaño del grano. El sistema también caracteriza la capa de nieve, ya que los cristales individuales se metamorfizan y se fusionan. [27]
Utilizar como símbolo
El copo de nieve es a menudo una imagen o motivo estacional tradicional que se utiliza durante la temporada navideña , especialmente en Europa y América del Norte. Como celebración cristiana , la Navidad celebra la encarnación de Jesús , quien según la fe cristiana expía los pecados de la humanidad; así, en las tradiciones navideñas europeas y norteamericanas, los copos de nieve simbolizan la pureza. [28] [29] Los copos de nieve también se asocian tradicionalmente con el clima de " Navidad blanca " que a menudo ocurre durante la Navidad. [29] Durante este período, es bastante popular hacer copos de nieve de papel doblando un trozo de papel varias veces, recortando un patrón con tijeras y luego desdoblándolo. [30] [31] El Libro de Isaías se refiere a la expiación de los pecados que los hace aparecer "blancos como la nieve" ante Dios (cf. Isaías 1:18 ); [29]
Los copos de nieve también se utilizan a menudo como símbolos que representan el invierno o las condiciones frías. Por ejemplo, los neumáticos para nieve que mejoran la tracción durante las duras condiciones de conducción en invierno están etiquetados con un copo de nieve en el símbolo de la montaña. [32] Un copo de nieve estilizado ha sido parte del emblema de los Juegos Olímpicos de Invierno de 1968 , Juegos Olímpicos de Invierno de 1972 , Juegos Olímpicos de Invierno de 1984 , Juegos Olímpicos de Invierno de 1988 , Juegos Olímpicos de Invierno de 1998 y Juegos Olímpicos de Invierno de 2002 . [33] [34]
Un copo de nieve hexagonal estilizado de seis puntas utilizado para la Orden de Canadá (un sistema de honor nacional) ha llegado a simbolizar la herencia y diversidad del norte de los canadienses . [35]
En heráldica, el copo de nieve es una carga estilizada . Tres símbolos de copos de nieve diferentes están codificados en Unicode : "copo de nieve" en U + 2744 (❄); " copo de nieve trifoliado apretado " en U + 2745 (❅); y " copo de nieve de chevron pesado " en U + 2746 (❆).
Galería
Una selección de fotografías tomadas por Wilson Bentley (1865-1931):
Ver también
- Copo de nieve de Koch : curva matemática que se asemeja a un copo de nieve.
- Sekka Zusetsu - Guía de formas de copos de nieve escrita en Japón en el siglo XIX.
- Selburose : un diseño floral de ocho puntas que puede confundirse con un copo de nieve.
- Cronología de la investigación de los copos de nieve
Referencias
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Otras lecturas
- Kenneth G. Libbrecht (2006). Guía de campo de los copos de nieve de Ken Libbrecht . Prensa Voyageur. ISBN 978-0-7603-2645-9.
enlaces externos
- Kenneth G. Libbrecht - Preguntas frecuentes sobre copos de nieve
- Cristales de nieve y copos de nieve de Caltech
- Atrapar un copo de nieve
- Por qué los copos de nieve son tan finos y planos