20-05-2020 / 20:21 h EFE

La superficie del hielo puede estar en tres estados diferentes y, cuando la temperatura sube y el hielo pasa de un estado a otro, se produce un cambio sbito en la tasa de crecimiento que provoca las distintas formas que tienen los cristales de nieve de la atmsfera. Por qu suceda esto, hasta ahora era un misterio.

Este mircoles, un equipo de investigadores del Instituto de Qumica Fsica Rocasolano (IQFR-CSIC), del Consejo Superior de Investigaciones Cientficas (CSIC), y la Universidad Complutense de Madrid (UCM), publica un estudio en Science Advances que concluye que la clave del crecimiento peculiar de los cristales de nieve est en la estructura de la superficie.

La causa de este cambio ha sido un misterio hasta la fecha, seala Luis Gonzlez MacDowell, investigador del departamento de Qumica Fsica de la UCM y coautor del estudio junto a Investigadora del CSIC Eva Noya, del IQFR-CSIC.

En la dcada de 1930, el investigador japons Ukichiro Nakaya descubri que los cristales de hielo ms diminutos, llamados polvo de diamante, tienen la forma de prismas hexagonales y pueden ser chatos como pldoras o alargados como un lpiz, y pueden pasar de una forma a la otra a ciertas temperaturas.

En la atmsfera, estos cristales de nieve juegan un papel importante en el calentamiento global, ya que reflejan parte de la luz solar.

"Para saber cul es el efecto sobre el cambio climtico necesitamos entender qu forma adoptan y la velocidad a la que crecen. As que la mejora en nuestra comprensin del crecimiento del hielo nos permite colocar una pieza ms de un puzzle, que tiene millones", explica.

En el estudio, los investigadores han observado que a baja temperatura la superficie del hielo es lisa o suave y est relativamente ordenada porque las molculas de vapor, al colisionar con la superficie, no encuentran dnde acomodarse, y se vuelven a evaporar rpidamente, con lo que el crecimiento del cristal es muy lento.

Pero, a mayor temperatura, la superficie del hielo se vuelve ms desordenada, con abundantes escalones porque las molculas de vapor encuentran fcilmente acomodo sobre los peldaos, y el cristal crece rpidamente.

"Hemos observado que este cambio no es gradual, sino que se produce como causa de una transformacin muy especial, llamada transicin topolgica. Pero lo que hace todava ms extraordinario al hielo es que, de repente, al fundirse las capas externas del cristal, su superficie se vuelve ms lisa de nuevo, con menos desorden", destaca Eva Noya.

Al hacerse de nuevo muy lisa, el crecimiento cristalino se vuelve muy lento sobre esa cara del cristal, pero no sobre las dems, y de pronto unas crecen rpido y otra crece despacio, y la forma del cristal se transforma, "tal y como observ Nakaya en sus experimentos hace ms de 90 aos", subraya la cientfica.

Dado que el hielo es un agente complicado de estudiar con tcnicas experimentales debido a su rpida evaporacin, el estudio se ha hecho con simulaciones moleculares que se han llevado a cabo en el MareNostrum (BSC-CSIC), el ordenador ms grande de Espaa, que ha permitido determinar la trayectoria de cada una de las molculas de agua que forman el cristal.

Y es que "para formar un pequeo cristal necesitamos centenares de miles de molculas, y por tanto el nmero de clculos necesarios para realizar el estudio es colosal", concluye Pablo Llombart, primer autor del artculo y encargado de las simulaciones.

 
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