Copo de nieve

Un copo de nieve es un cristal de hielo individual lo suficientemente grande como para caer a través de la atmósfera terrestre en forma de nieve . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} La nieve parece blanca a pesar de estar hecha de hielo transparente. Esto se debe a que las numerosas facetas cristalinas de los copos de nieve dispersan la luz solar entre ellas. ^{[ 4 ]}

Cada copo de nieve comienza a formarse alrededor de una pequeña partícula, llamada núcleo , que acumula gotitas de agua, las cuales se congelan y forman lentamente un cristal . A medida que el copo se desplaza por diferentes zonas de temperatura y humedad en la atmósfera, y posiblemente se combina con otros copos de nieve, surgen formas complejas. Por ello, los copos de nieve suelen tener un aspecto muy diferente entre sí. Sin embargo, se pueden clasificar en ocho categorías generales y al menos 80 variantes individuales. Las principales formas constituyentes de los cristales de hielo, a partir de las cuales pueden surgir combinaciones, son aguja , columna , placa y escarcha .

Los copos de nieve se nuclean alrededor de partículas minerales u orgánicas en masas de aire saturadas de humedad y bajo cero. Crecen por acreción neta a los cristales incipientes en formaciones hexagonales. Las fuerzas cohesivas son principalmente electrostáticas. ^{[ 5 ]}

Crecimiento

Una vez que una gota de agua se congela como 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 bajo cero. La gota crece entonces por deposición de moléculas de agua del 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 por su gran abundancia, los cristales pueden crecer hasta alcanzar 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 . ^{[ 9 ]}

La consiguiente disminución del vapor de agua provoca la evaporación de las gotitas, lo que significa que los cristales de hielo crecen a expensas de estas. Estos cristales grandes constituyen una fuente eficiente de precipitación, ya que, debido a su masa, caen a través de la atmósfera y pueden colisionar y agruparse formando cúmulos o agregados. Estos agregados suelen ser el tipo de partícula de hielo que cae al suelo. ^{[ 10 ]}

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 decía que tenían 38 cm (15 pulgadas) de ancho, muy fuera del rango normalmente documentado de copos agregados de 7,5 o 10 cm (3 o 4 pulgadas) de ancho. Se han observado cristales individuales del tamaño de una moneda de diez centavos ( 18 mm o 0,705 pulgadas de diámetro). ^{[ 3 ]} Los copos de nieve encapsulados en escarcha forman bolas conocidas como granizo . ^{[ 11 ]}   

Apariencia

Color

Aunque el hielo en 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 ]}

Forma

La forma del copo de nieve está determinada en gran medida por la temperatura y la humedad a las que se forma. ^{[ 10 ]} 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. ^{[ 12 ]} La mayoría de las partículas de nieve tienen una forma irregular, a pesar de su representación común como simétricas. Es improbable que dos copos de nieve sean iguales debido a las aproximadamente 10¹⁹ ⁽ 10 quintillones) de moléculas de agua que componen un copo de nieve típico, ^{[ 13 ]} que crecen a diferentes ritmos y en diferentes patrones dependiendo de los cambios de temperatura y humedad dentro de la atmósfera a través de la cual cae el copo de nieve en su camino hacia el suelo. ^{[ 14 ]} Se han cultivado copos de nieve que parecen idénticos, pero que pueden variar a nivel molecular, en condiciones controladas. ^{[ 15 ]}  

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 , derivada de la estructura cristalina hexagonal del hielo. ^{[ 16 ]} En esa etapa, el copo de nieve tiene la forma de un diminuto hexágono. Los seis "brazos" del copo de nieve, o dendritas, crecen entonces independientemente desde cada uno de los vértices del hexágono, mientras que cada lado de cada brazo crece independientemente. ^{[ 17 ]}

El microambiente en el que crece el copo de nieve cambia dinámicamente a medida que cae a través de la nube, y pequeñas variaciones de temperatura y humedad afectan la forma en que las moléculas de agua se adhieren al copo. Dado que el microambiente (y sus cambios) son prácticamente idénticos alrededor del copo, 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 cristalinas no es así, ya que el mecanismo subyacente de crecimiento cristalino también afecta la velocidad de crecimiento de cada región superficial del cristal. ^{[ 18 ]}

Los estudios empíricos sugieren que menos del 0,1 % de los copos de nieve presentan la forma ideal de simetría séxtuple. ^{[ 19 ]} Muy ocasionalmente se observan copos de nieve de doce ramas; estos mantienen la simetría séxtuple. ^{[ 20 ]}

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 creado copos de nieve casi idénticos en laboratorio, es muy improbable encontrarlos en la naturaleza. ^{[ 22 ] [ 13 ] [ 23 ] [ 24 ]} Los primeros intentos de encontrar copos de nieve idénticos, fotografiando miles de ellos con un microscopio a partir de 1885 por Wilson Alwyn Bentley, dieron como resultado la amplia variedad de copos de nieve que conocemos hoy. ^{[ 25 ]}

Ukichiro Nakaya desarrolló un diagrama de morfología cristalina que relaciona la forma del cristal con las condiciones de temperatura y humedad bajo las cuales se formaron, el cual se resume en la siguiente tabla: ^{[ 26 ]}

La forma de un copo de nieve está determinada principalmente por la temperatura y la humedad a las que se forma. ^{[ 10 ]} El aire congelado hasta −3 °C (27 °F) promueve cristales planares (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 como placas o columnas, 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 como encaje, delicados y ornamentados. También se forman muchos patrones de crecimiento más complejos, como planos laterales, rosetas de bala y también tipos planares, dependiendo de las condiciones y los núcleos de hielo. ^{[ 27 ] [ 28 ] [ 29 ]} Si un cristal ha comenzado a formarse en un régimen de crecimiento columnar, alrededor de −5 °C (23 °F) , y luego cae al régimen más cálido de tipo placa, entonces brotan cristales de placa o dendríticos en el extremo de la columna, produciendo las llamadas "columnas tapadas". ^{[ 10 ]}          

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): ^{[ 30 ]}

• Cristal de aguja (N) – Subdividido en: Agujas simples y combinaciones de agujas
• Cristal columnar (C) – Subdividido en: Columnas simples y combinaciones de columnas
• Cristal laminar (P) – Subdividido 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 ramificaciones planas
• Combinación de cristales columnares y laminares (CP) – Subdividida 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 escarchado (R) – Subdividido en: Cristal escarchado, cristal densamente escarchado, cristal parecido al granizo, granizo
• Cristal de nieve irregular (I) – Subdividido en: Partícula de hielo, partícula escarchada, fragmento de cristal roto, varios
• Germen del cristal de nieve (G) – Subdividido en: Columna minúscula, germen de forma esquelética, placa hexagonal minúscula, cristal estelar minúsculo, conjunto minúsculo de placas, germen irregular

Documentaron cada uno con micrografías. ^{[ 31 ]}

La Clasificación Internacional de la Nieve Estacional en el Suelo describe la clasificación de los cristales de nieve, una vez depositados en el suelo, incluyendo la forma y el tamaño de los granos. El sistema también caracteriza el manto nivoso, a medida que los cristales individuales se metamorfizan y se fusionan. ^{[ 32 ]}

Los copos de nieve también se utilizan a menudo como símbolos que representan el invierno o las condiciones frías. Por ejemplo, los neumáticos de invierno que mejoran la tracción durante las duras condiciones de conducción invernal están etiquetados con un copo de nieve sobre una montaña. ^{[ 33 ]} Un copo de nieve estilizado ha formado parte del emblema de los Juegos Olímpicos ^de Invierno de 1968 , 1972 , 1984 , 1988 , 1998 y 2002. ^{[ 34 ] [ 35} ]

El copo de nieve es a menudo una imagen o motivo tradicional de la temporada navideña , especialmente en Europa y Norteamérica. Como celebración cristiana , la Navidad celebra la encarnación de Jesús , quien, según la creencia cristiana, expía los pecados de la humanidad; por lo tanto, en las tradiciones navideñas europeas y norteamericanas, los copos de nieve simbolizan la pureza. ^{[ 36 ] [ 37 ]} Los copos de nieve también se asocian tradicionalmente con el clima de " Navidad Blanca " que suele darse durante la Navidad. ^{[ 37 ]}

Un copo de nieve hexagonal estilizado de seis puntas utilizado para la Orden de Canadá (un sistema nacional de honores) ha llegado a simbolizar la herencia y la diversidad del norte de los canadienses . ^{[ 38 ]}

En la dinastía Tang, los copos de nieve en la poesía a veces servían como símbolo de la energía cósmica del Tao y la galaxia Vía Láctea . ^{[ 39 ]}

En Unicode se codifican tres símbolos diferentes de copos de nieve : "copo de nieve" en U+2744 (❄); " copo de nieve trifoliado apretado " en U+2745 (❅); y " copo de nieve de chevrón grueso " en U+2746 (❆). ^{[ 40 ]}

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

Estudios fotográficos exhaustivos de copos de nieve recién caídos muestran que la simetría simple representada en las fotografías de Bentley es poco común. ^{[ 41 ]}

• 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 podría confundirse con un copo de nieve.
• Cronología de la investigación sobre copos de nieve

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

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