Copo de nieve

Un copo de nieve es un único cristal de hielo que ha alcanzado un tamaño suficiente y puede haberse amalgamado con otros, que cae a través de la atmósfera terrestre en forma de nieve . ^{[1] [2] [3]} Cada copo se nuclea alrededor de una partícula diminuta en masas de aire sobresaturado al atraer gotitas de agua de nubes superenfriadas , que se congelan y se acumulan en forma de cristal. Las formas complejas surgen a 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 categorizarse 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 ocurrir combinaciones, son aguja, columna, placa y 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 cristalinas de los copos de nieve. ^[4]

Los copos de nieve se nuclean alrededor de partículas minerales u orgánicas en masas de aire saturadas de humedad y a temperaturas bajo cero. Crecen por acreción neta hasta los cristales incipientes en formaciones hexagonales. Las fuerzas de cohesión son principalmente electrostáticas.

En las 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 las gotas de nubes líquidas; sin embargo, no se entiende qué las hace eficientes. Las arcillas, el polvo del desierto y las partículas biológicas pueden ser efectivas, ^[5] aunque no está claro en qué medida. 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 . ^[6] Los experimentos muestran que la nucleación "homogénea" de las gotas de nubes solo ocurre a temperaturas inferiores a −35 °C (−31 °F). ^[7]

Una vez que una gota de agua se ha congelado como núcleo de hielo, crece en un entorno sobresaturado , en el que 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 recogen. 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 de Wegener-Bergeron-Findeisen . La correspondiente disminución 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 colisionar y pegarse entre sí en grupos o agregados. Estos agregados son generalmente el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. ^[8] El Libro Guinness de los Récords menciona que los copos de nieve más grandes del mundo fueron los de enero de 1887 en Fort Keogh , Montana , que se afirma que tenían 15 pulgadas (38 cm) de ancho, muy por encima del rango normalmente documentado de copos agregados de tres o cuatro pulgadas de ancho. Se han observado cristales individuales 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 granizo .

Aunque el hielo por sí mismo es transparente, la nieve suele aparecer de color blanco debido a la reflexión difusa de todo el espectro de luz por la dispersión de la luz por las pequeñas facetas cristalinas de los copos de nieve que la componen. ^[4]

La forma de un copo de nieve está determinada en gran medida por la temperatura y la humedad a la que se forma. ^[8] En raras ocasiones, a una temperatura de alrededor de -2 °C (28 °F), los copos de nieve pueden formarse con simetría triple: copos de nieve triangulares. ^[9] La mayoría de las partículas de nieve tienen una forma irregular, a pesar de su representación común como simétricas. Es poco probable que haya dos copos de nieve iguales debido a las aproximadamente 10 ¹⁹ (10 quintillones) moléculas de agua que componen un copo de nieve típico, ^[10] que crecen a diferentes velocidades y en diferentes patrones dependiendo de la temperatura y la humedad cambiantes dentro de la atmósfera por la que cae el copo de nieve en su camino hacia el suelo. ^[11] Se han cultivado copos de nieve que parecen idénticos, pero que pueden variar a nivel molecular, en condiciones controladas. ^[12]

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 séxtuple , que surge de la estructura cristalina hexagonal del hielo. ^[13] En esa etapa, el copo de nieve tiene la forma de un hexágono diminuto. Los seis "brazos" del copo de nieve, o dendritas, crecen entonces 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 pequeños cambios en la temperatura y la 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 de la misma manera; de hecho, para algunas formas cristalinas no lo hace porque el mecanismo de crecimiento cristalino subyacente también afecta la velocidad a la que crece cada región de la superficie de un cristal. ^[14] Los estudios empíricos sugieren que menos del 0,1% de los copos de nieve presentan la forma ideal de simetría séxtuple. ^[15] Muy ocasionalmente se observan copos de nieve ramificados de doce formas, que mantienen la simetría séxtuple. ^[16]

Los copos de nieve se forman en una amplia variedad de formas intrincadas, lo que lleva a la noción de que "no hay dos iguales". Aunque se han creado copos de nieve casi idénticos en el laboratorio, es muy poco probable que se encuentren en la naturaleza. ^{[18] [10] [19] [20]} Los primeros intentos de encontrar copos de nieve idénticos mediante la fotografía de miles de ellos con un microscopio a partir de 1885 por parte de Wilson Alwyn Bentley encontraron la amplia variedad de copos de nieve que conocemos hoy.

Ukichiro Nakaya desarrolló un diagrama de morfología cristalina, relacionando la forma del cristal con las condiciones de temperatura y humedad bajo las cuales se formaron, que se resume en la siguiente tabla: ^[21]

La forma de un copo de nieve está determinada principalmente por la temperatura y la humedad a la que se forma. ^[8] El aire helado hasta -3 °C (27 °F) promueve cristales planos (delgados y planos). En aire más frío hasta -8 °C (18 °F), los cristales forman columnas huecas, prismas o agujas. En aire tan frío como -22 °C (-8 °F), las formas vuelven a tener forma de placa, a menudo con características ramificadas o dendríticas. A temperaturas inferiores a -22 °C (-8 °F), los cristales se vuelven similares a placas o columnares, 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 a ser delicados y ornamentados. También se forman muchos más patrones de crecimiento complejos, como planos laterales, rosetas de bala y también tipos planares, dependiendo de las condiciones y los núcleos de hielo. ^{[22] [23] [24]} 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 más cálido de tipo placa, entonces los cristales dendríticos o en placa brotan al final de la columna, produciendo las llamadas "columnas tapadas". ^[8]

Magono y Lee idearon una clasificación de los cristales de nieve recién formados que incluye 80 formas distintas. Se enumeran en las siguientes categorías principales (con símbolo): ^[25]

• Cristal de aguja (N) – Se subdivide en: Cristales simples y combinación de agujas.
• Cristal columnar (C) – Subdividido en: Columnas simples y combinación de columnas
• Cristal laminar (P) – Se subdivide en: Cristal regular en un plano, cristal plano con extensiones, cristal con número irregular de ramificaciones, cristal con 12 ramificaciones, cristal malformado, conjunto radiante de ramas planas.
• Combinación de cristales columnares y laminares (CP) – Subdivididos 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 escamas, combinación de planos laterales, balas y columnas
• Cristal estriado (R) – Se subdivide en: Cristal estriado, cristal con borde denso, cristal tipo granizo, granizo
• Cristal de nieve irregular (I) – Se subdivide en: Partícula de hielo, partícula escarchada, trozo roto 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, conjunto diminuto de placas, germen irregular

Documentaron cada uno con micrografías. ^[26]

La Clasificación Internacional de la Nieve Estacional sobre el Suelo describe la clasificación de los cristales de nieve, una vez que se depositan sobre el suelo, que incluye la forma y el tamaño de los granos. El sistema también caracteriza el manto de nieve, a medida que los cristales individuales se metamorfizan y se fusionan. ^[27]

El copo de nieve es a menudo una imagen o motivo estacional tradicional utilizado en torno a la temporada de Navidad , especialmente en Europa y América del Norte. Como celebración cristiana , la Navidad celebra la encarnación de Jesús , quien según la creencia cristiana expía los pecados de la humanidad; por lo que, 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 época navideña. ^[29] Durante este período, es bastante popular hacer copos de nieve de papel doblando un trozo de papel varias veces, cortando un patrón con tijeras y luego desdoblándolo. ^{[30] [31]} El Libro de Isaías se refiere a la expiación de los pecados haciendo que aparezcan "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 de frío. Por ejemplo, los neumáticos de nieve que mejoran la tracción durante las duras condiciones de conducción invernales 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 , los Juegos Olímpicos de Invierno de 1972 , los Juegos Olímpicos de Invierno de 1984 , los Juegos Olímpicos de Invierno de 1988 , los Juegos Olímpicos de Invierno de 1998 y los 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 la diversidad del norte de los canadienses . ^[35]

En heráldica, el copo de nieve es una carga estilizada . En Unicode se codifican tres símbolos de copo de nieve diferentes : "copo de nieve" en U+2744 (❄); "copo de nieve trifoliado apretado" en U+2745 (❅); y "copo de nieve con chevrones pesados" en U+2746 (❆).

En la dinastía Tang, los copos de nieve en la poesía a veces servían como símbolo de la energía cósmica del Tao y de la galaxia de la Vía Láctea . ^[36]

Una selección de fotografías tomadas por Wilson Bentley (1865–1931):

Estudios fotográficos exhaustivos de copos de nieve frescos muestran que la simetría simple representada en las fotografías de Bentley es poco común. ^[37]

• 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 sobre los copos de nieve

• Kenneth G. Libbrecht (2006). Guía de campo de Ken Libbrecht sobre los copos de nieve. Prensa Voyageur. ISBN 978-0-7603-2645-9.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Copos de nieve.

• El profesor del Instituto Tecnológico de California , Kenneth G. Libbrecht , proporciona información sobre los parámetros de formación de los copos de nieve:
  • Descripción general
  • Guía en línea sobre copos de nieve y cristales de hielo
  • Entrevista con vídeo