Cristales de hielo
Los cristales de hielo son hielo sólido en formas simétricas que incluyen columnas hexagonales, placas hexagonales y cristales dendríticos. Los cristales de hielo son responsables de varias manifestaciones ópticas atmosféricas y formaciones de nubes.
Formación
A temperatura y presión ambiente, las moléculas de agua tienen forma de V. Los dos átomos de hidrógeno se unen al átomo de oxígeno en un ángulo de 105°. Los cristales de hielo tienen una red cristalina hexagonal, lo que significa que las moléculas de agua se organizan en hexágonos en capas al congelarse.
El crecimiento cristalino más lento de atmósferas más frías y secas produce más simetría hexagonal. Dependiendo de la temperatura y la humedad ambientales, los cristales de hielo pueden desarrollarse desde el prisma hexagonal inicial en muchas formas simétricas. Las posibles formas de los cristales de hielo son columnas, agujas, placas y dendritas. Los patrones mixtos también son posibles. Las formas simétricas se deben al crecimiento de depósito, que es cuando el hielo se forma directamente a partir del vapor de agua en la atmósfera. Los pequeños espacios en las partículas atmosféricas también pueden acumular agua, congelarse y formar cristales de hielo. Esto se conoce como nucleación. Los copos de nieve se forman cuando el vapor adicional se congela sobre un cristal de hielo existente.
Cristales trigonales y cúbicos
El agua sobreenfriada se refiere al agua por debajo de su punto de congelación que todavía es líquida. Los cristales de hielo formados a partir de agua sobreenfriada tienen defectos de apilamiento en sus hexágonos estratificados. Esto hace que los cristales de hielo muestren simetría trigonal o cúbica dependiendo de la temperatura. Los cristales trigonales o cúbicos se forman en la atmósfera superior donde ocurre el sobreenfriamiento.
Cristales cuadrados
El agua puede pasar a través de láminas laminadas de óxido de grafeno a diferencia de las moléculas más pequeñas como el helio. Cuando se aprieta entre dos capas de grafeno, el agua forma cristales de hielo cuadrados a temperatura ambiente. Los investigadores creen que la alta presión y la fuerza de van der Waals, una fuerza de atracción presente entre todas las moléculas, impulsa la formación. El material es una nueva fase cristalina de hielo.
Fenómenos meteorológicos
Los cristales de hielo crean fenómenos ópticos como polvo de diamante y halos en el cielo debido a la luz que se refleja en los cristales en un proceso llamado dispersión.
Los cirros y la niebla helada están hechos de cristales de hielo. Las nubes cirros son a menudo el signo de un frente cálido que se aproxima, donde el aire cálido y húmedo se eleva y se congela en cristales de hielo. Los cristales de hielo que se frotan entre sí también producen rayos. Los cristales normalmente caen horizontalmente, pero los campos eléctricos pueden hacer que se agrupen y caigan en otras direcciones.
Detección
La industria aeroespacial está trabajando para diseñar un radar que pueda detectar entornos de cristales de hielo para discernir condiciones de vuelo peligrosas. Los cristales de hielo pueden derretirse cuando tocan la superficie de un avión caliente y volver a congelarse debido a las condiciones ambientales. La acumulación de hielo alrededor del motor daña la aeronave. El pronóstico del tiempo utiliza radares meteorológicos de reflectividad diferencial para identificar los tipos de precipitación comparando las longitudes horizontal y vertical de una gota. Los cristales de hielo son más grandes en la dirección horizontal y, por lo tanto, son detectables.
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