lunes, 24 de diciembre de 2007

Copos de ciencia para una postal.

¡Hola corazones!

Para que este blog también se vista de fiesta navideña y para felicitaros las fiestas decentemente, que aún no lo he hecho, publico esta entrada. Ya he puesto un nuevo banner flotante (a la derecha), más acorde con estas fechas, pero me he dispuesto también a transcribir pues para el día de Nochebuena un artículo de la sección científica que viene con el periódico "Heraldo de Aragón" titulada "Tercer milenio".

Espero que os guste este texto que habla acerca de esas bonitas figuras típicas para una postal, los copos de nieve:


COPOS DE CIENCIA PARA UNA POSTAL


NO ES LO MISMO EL HIELO QUE LA NIEVE
El hielo es agua en estado sólido y cristalizada. Ello significa que sus moléculas están ordenadas formando una red cristalina cuya unidad básica es una jaula hexagonal con átomos de hidrógeno y oxígeno en sus vértices. Un cristal de nieve no es más que un cristal de hielo que se forma en la atmósfera y en el que la estructura hexagonal “molecular” se ha trasladado a escala macroscópica. Un copo de nieve puede ser un único cristal o una aglomeración de muchos; lo que sí es inexcusable es que se tome a tomar tierra. Por otro lado, la nieve no es más que un meteoro constituido por copos de nieve. Y una nevada es un fenómeno meteorológico resultado de la precipitación de nieve en un mismo lugar. Así pues, se concluye que aunque toda la nieve es hielo, no todo el hielo es nieve; ya que éste puede aparecer bajo otras formas, desde la escarcha hasta los cubitos… de hielo, claro.

LAS AVENTURAS DE COPITO DE NIEVE
Los cristales de nieve se originan a partir de nubes constituidas por un montón de minúsculas gotitas de agua líquida a temperaturas bajo cero. Sí, ha leído bien, agua líquida a pesar de lo que diga el termómetro ya que, para solidificarse, el agua requiere de un estímulo que inicie el proceso. En el caso de las nueves productoras de nieve éste puede ser “externo”, en forma d perturbación mecánica; “interno”, a modo de partícula o impureza que ejerza de núcleo de condensación; o simplemente fruto de la insistencia, lo que quiere decir que, cuando la temperatura disminuye hasta los -10ºC, las gotas se dan por fin por aludidas y comienzan a solidificar. Sea como fuere, parte de las gotitas de agua cristalizan convirtiéndose a su vez en los núcleos sobre los que se edificarán los cristales al adherirse a ellos el vapor de agua. Y sí, de nuevo ha vuelto a leer bien, crecen conforme condensa sobre ellos el vapor de agua atmosférico y no el agua líquida de las gotitas vecinas. El mecanismo es, groso modo, el siguiente: al cristalizar la gota inicial delibera una energía que es invertida en evaporar parte de las gotas más próximas, que así se convierten en vapor de agua que, a su vez, se adhiere y cristaliza sobre el cristal liberando más energía, con lo que se pone en marcha un ciclo en el que el agua líquida solidifica pasando por una fase intermedia gaseosa. Gracias a esto se consigue, por un lado, que se gaste la energía liberada que, en otro caso, se invertiría en caldear el ambiente, Y por el otro, que el agua se una al cristal molécula a molécula, lo que “garantiza” la simetría.

¿ES CIERTO QUE NO HAY MÁS DE DOS COPOS DE NIEVE IGUALES?
La Ciencia lo confirma. En un principio los cristales de nieve crecen adoptando forma de prisma hexagonal. Pero conforme se desarrolla, la diferencia en el ritmo de crecimiento de las distintas caras de prisma provoca que llegue un momento en que es imposible conservar la estructura inicial. En lugar de ello se forman brazos en cada una de las seis aristas a partir de los cuales el cristal seguirá evolucionando. Éstos crecen de forma independiente los unos de los otros, conforme las moléculas de agua se depositan sobre ellos. No obstante, tanto el ritmo como el patrón de crecimiento de los brazos son bastante constantes debido a que todos viajan en el mismo copo y experimentan idénticas condiciones. Y si ya resulta difícil que los seis brazos de un cristal crezcan iguales, el que dos cristales, cada uno con sus respectivos brazos, crezcan indistinguiblemente suena a misión imposible.

“BARRAS” Y ESTRELLAS
Humedad y temperatura son los dos principales factores que determinan el aspecto de los cristales. Cuanto mayor sea el grado de humedad, mayor disponibilidad de vapor de agua habrá y mayores posibilidades “artísticas”. Así, las estructuras más simples se forman con escasa humedad y las más complejas –entre las que las agujas prisma hexagonales y las estrellas se llevan la palma-, con humedad elevada. La relación entre la temperatura y la forma todavía no ha sido bien explicada por la ciencia meteorológica. A temperaturas en torno a los -2ºC dominan las estructuras planas y las estrellas, de un tamaño discreto; cuando la temperatura baja hasta los -5ºC predominan las columnas y las agujas prismáticas; en torno a los -15ºC priman las formas planas y las estrellas más exuberantes; y finalmente cuando baja hasta los -30ºC coexisten los hexágonos planos y las columnas, ambos de tamaño “ridículo”.

OOOOH BLANCA NAVIDAAAAAAD
La nieve está formada por cristales de hielo que, como cualquier cristal que se precie, son traslúcidos, es decir, dejan pasar gran parte de la luz que les llega al tiempo que reflejan otra refracción en función del ángulo de incidencia. Pero en una pila o montón de cristales dispuestos con distintas orientaciones la luz que atraviesa uno acaba siendo reflejada por otro situado más adelante. El resultado es que la práctica totalidad de la radiación incidente, blanca, sale rebotada de nuevo, lo que confiere a la nieve su característico color blanco. Una mínima porción de la radiación incidente es absorbida por la nieve, pero este efecto sólo resulta apreciable cuando la capa de nieve o hielo que atraviesa la luz tiene un grosor suficiente. Entonces, la nieve exhibe un ligero color azul debido a que la luz roja es absorbida un poco más.

OOOOH DULCE NAVIDAAAAAAD
A la nieve que cae le falta la sal. De ahí que se recurra a “aliñarla” con ella para conseguir que se deshaga con mayor facilidad. .Un truco que se explica a través de dos mecanismos: En primer lugar, la sal cristaliza –es decir, se organiza, se ordena, se dispone…- de un modo distinto a como lo hace la nieve. Ya se ha visto que ésta lo hace constituyendo hexágonos, mientras que en la sal, los átomos de cloro y sodio que la conforman se disponen en los vértices de un cubo. Esta diferente composición hace que al encontrarse no encajen bien. Y en segundo lugar, los átomos que constituyen la sal son tan higroscópicos, esto es, tienen tal tendencia a rodearse de moléculas de agua, que son incluso capaces de arrancárselas a los cristales de hielo de la nieve para alcanzar su objetivo. Y con ello la disuelven, que es lo que no interesa a nosotros.

ASÍ SUENA LA NIEVE
Suele decirse que, después de una copiosa nevada, reina el silencio. Y no le falta razón al dicho. Al menos, en primera instancia. Porque luego hay que hacer oídos sordos. La nieve fresca –recién caída- absorbe muy bien las ondas sonoras debido a que está hueca en gran medida –tanto más cuanto más esponjosa sea la capa de nieve-. Es aire atrapado en una celda de hielo lo que la convierte en un estupendo aislante para el sonido. Pero conforme pasa el tiempo y la nieve se hace más “antigua” colapsa bajo su propio peso, perdiendo parte de su contenido en aire al tiempo que su sus superficie reendurece, con lo que su comportamiento con respecto a las ondas sonoras acaba por invertirse, de modo que ahora domina la capacidad de su superficie para reflejarlas, lo que favorece la transmisión del sonido.

UNA INVERNADA ENTRE LOS HIELOS
Sorprendentemente, la aparición de la nieve no sólo depende de las condiciones meteorológicas –temperatura y humedad-, sino que asimismo determina las climáticas (Nótese que mientras en la primera parte de la sentencia se habla del tiempo meteorológico, restringido a corto plazo, en la segunda se alude al clima, lo que supone una influencia a largo plazo). Y lo hace merced a tres factores: el elevadísimo albedo (capacidad reflectante de la radiación solar) de la nieve, que impide que los rayos del sol calienten de forma eficiente la superficie del planeta. La importante capacidad como aislante térmico de la nieve; una cámara de aire que impide que el calor del interior del planeta se transmita a la atmósfera. Y el hecho de que a mayor cantidad de nieve sobre el suelo, menor cantidad de vapor de agua quedará libre. Y el vapor de agua es un poderoso gas invernadero.

CUENTAS DE NAVIDAD
- Un cristal de hielo pequeño contiene en promedio 1018 moléculas de agua.
- La nieve más esponjosa, que se produce con vientos ligeros y temperaturas en la superficie en torno a los -10ºC, tiene una densidad de entre 10 y 50 kg/m3.
- Una cuarta parte de la superficie emergida del planeta soporta una nevada en algún momento a lo largo del año. Y una décima parte está cubierta de nieve.
- Un tercio del agua mundial empleada para el regadío procede del deshielo.
- Un 90-95% de la nieve es aire atrapado. Por eso con 1 gramo de nieve se pueden modelar una bola de tamaño de una canica.
- Los cristales de hielo más exuberantes alcanzan un diámetro de 2-4 mm, aunque lo normal es que no sean visibles a simple vista. La mayor parte de los copos de nieve no alcanzan 1 cm de diámetro; pero bajo ciertas condiciones pueden llegar a alcanzar incluso los 5 cm.

HIELOS ARTIFICIALES
Los cañones con los que se fabrica la nieve artificial disparan una mezcla de agua y aire comprimido. Éste, al arrastrar al agua, contribuye a que emerja como un cúmulo de minúsculas gotas que intentan emular a las nubes responsables de las nevadas. Además, el aire, al descomprimirse con tanta rapidez, experimenta una súbita expansión que leva parejo un brusco enfrentamiento de la nube que acabará por enfriar al agua. Aunque la agitación mecánica derivada del disparo sería suficiente para iniciar el proceso de cristalización, suelen incorporarse a la mezcla unas bacterias inocuas para el hombre que facilitan el proceso de cristalización del hielo y que actuarán como núcleos de condensación. Pese a ello, la nieve artificial está formada por cristales “raquíticos” y poco esponjosos. Pero los amantes del esquí no van a protestar.

BAJO CERO
Contraintuitiva. Así es la relación entre nieve y temperatura. Como norma general se puede afirmar que para que pueda nevar es necesario que la temperatura ambiente baje de los 0ºC –temperatura a la cual el hielo se funde y el agua líquida se congela-. Hasta aquí nada difícil de digerir. El asunto comienza a complicarse cuando se descubre que es posible que haga demasiado frío como para que nieve. Algo que se explica porque en esas condiciones la mayor parte del agua que se encontraba en l atmósfera se ha congelado, por lo que la indispensable cuota de humedad ambiental que se requiere para a formación de copos ya no está disponible. Así, cuando la temperatura desciende hasta los -20ºC casi no queda agua en la atmósfera y la que aún se mantiene se encuentra en forma de nubes de diminutos cristales de hielo. En otras ocasiones puede nevar aunque el termómetro marque una temperatura mayor de 0ºC, debido a que la nieve se forma acierta distancia de la superficie, donde la temperatura sí puede ser la adecuada. Y si los copos están delimitados y poseen un tamaño adecuado es factible que nos les dé tiempo a derretirse antes de alcanzar el suelo. Una vez que han aterrizado, conforme se derriten y dado que esto exige un aporte de energía, la toman de la capa de aire situada inmediatamente sobre el suelo, enfriándola, lo que permite que la nieve llegue a cuajar. Como normal, puede nevar hasta temperaturas de 5ºC. Para colmo, cuando nieva la temperatura ambiente aumenta, ya que en el proceso de formación de los cristales se libera energía, que se destina a calentar el aire. Que además cada vez se calienta con más facilidad conforme va perdiendo humedad, puesto que elaire seco tiene un calor específico menor que el aire húmedo.

DEFECTUOSOS POR NATURALEZA
No se deje deslumbrar por la simétrica belleza que ilustran estas fotografías. La inmensa mayoría de los copos que aparecen en la Naturaleza no son tan regulares. Al contrario, lo habitual, como mucho, es que presenten ostensibles irregularidades. Una tendencia a la imperfección consecuencia directa de que cada uno de los seis brazos crece de forma independiente con respecto a los otros cinco; que lo hace mediante un proceso “aleatorio”; y de que, puestos a disponer de forma ordenada trillones de moléculas, lo normal es que aparezcan errores y. lo increíble, que no se observe ningún defecto. Pero la perfección vende más. Igual que el exotismo. Y ahí reside gran parte del mérito de estas fotografías. Lo verdaderamente difícil no es hacerlas, es encontrar los modelos apropiados. Más teniendo en cuenta su tendencia a derretirse a la menor oportunidad.



P.D.: Sirva esto para desearos Feliz Navidad, pues mi trabajo me ha llevado trascribir todo esto desde la hoja del periódico que hace ya un año guardé porque no pude publicarla entonces. ¿Os ha gustado? ¿Sabías tanto sobre esto? ¿Os ha gustado descubrirlo?

Hasta pronto corazones.

18 comentarios:

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