La nieve y la geometría

Quienes amamos la Navidad, ansiamos pasar una de estas fechas en algún lugar donde la nieve caiga e invite a dar un romántico paseo rodeados del frescor del invierno; mientras que aquellos que ya han tenido la oportunidad de vivir en países en los que se dan las cuatro estaciones, tienen bonitos recuerdos de ello y añoran volver a disfrutar de una blanca Navidad. Pero hay mucho más detrás de este fenómeno estacional y los apasionados de la ciencia no podemos evitar ahondar en la composición de la nieve, emplear un medidor de pH para determinar su acidez o basicidad y también nos preguntamos por qué los copos tienen una forma tan encantadora y cuál es su relación con la geometría.

La geometría de los copos de nieve es un estudio muy particular que, pese a que ha ganado popularidad en los últimos dos siglos, calando en las decoraciones navideñas, fue reconocida por primera vez en 1611 por Kepler, a través de una publicación descriptiva de la forma de cada partícula de hielo, que contaba con una geometría hexagonal, aunque esto podía variar según las condiciones de humedad y temperatura. Pero, los copos también pueden adoptar formas basadas en el triángulo o el dodecágono. Más tarde, en 1885, el fotógrafo Wilson Alwyn Bentley, mejor conocido por el apodo «The Snowflake Man», trató de identificar copos de nieve idénticos al fotografiar miles de ellos con un microscopio, hallando gran variedad de geometrías conocidas en la actualidad, aunque no le fue posible ubicar dos que fueran exactamente iguales, por lo que planteó una teoría al respecto.

Su postulado afirma que, teniendo presente el hecho de que en cada copo de nieve hay un orden de 1 x 10¹⁸ moléculas de agua, que se estructuran de manera diferente en función de la temperatura cuantificable con instrumentos de laboratorio, al igual que la humedad relativa del aire y la altura de la atmósfera a la que se hayan formado, resulta factible afirmar que no es posible encontrar dos copos idénticos. No obstante, su teoría fue rebatida en 1988 por un equipo científico de Wisconsin (Estados Unidos), que demostró que dos copos de nieve pueden ser idénticos si el entorno en el que se forman es parecido. A través de diferentes experimentos, los expertos pudieron corroborar su teoría, aunque esto solo se correspondía con prismas huecos, en lugar de los copos popularmente conocidos.

¿Por qué los copos de nieve tienen distintas formas?

De acuerdo con criterios microscópicos, análisis de su forma y estudio con medidor de pH de su composición química, los cristales de hielo presentan al menos doce estructuras o fases distintas que son el resultado de un fenómeno atmosférico. Los más comunes tienen un diseño hexagonal, debido a que las partículas de agua presentan una estructura molecular que les proporciona dicha forma. Esto fue descubierto por Kepler, como hemos mencionado en párrafos anteriores, quien hizo una descripción de la geometría hexagonal a través de un estudio que obsequió a Rodolfo II de Habsburgo. Su particular patrón, por lo tanto, se explica mediante la química y viene dada por la temperatura y la humedad de la nube. En general, los copos de nieve se organizan en hexágonos , aunque si varían las condiciones medioambientales, su geometría cambiará a un triángulo o dodecágono.

Es importante recordar que el agua está conformada por moléculas y que estas, a su vez, son átomos unidos que se agrupan, siendo la parte más pequeña de dicha sustancia pura. Las moléculas presentes en los copos de nieve se encuentran unidas por enlaces o puentes de hidrógeno, que confieren esa estructura abierta y rígida a los cristales de hielo. Esta naturaleza tan espontánea ha convertido al estudio de los copos de nieve en un tema fascinante, que ha sido ampliamente investigado a lo largo de la historia. Pero, como resultado de su complejidad, es imposible determinar un modo único de clasificarlos o de darles nombre a sus variadas formas, que relacionamos con la geometría. Entre las clasificaciones más conocidas está la relacionada con la estrella o copo de Navidad y hay al menos 35 tipos distintos, de acuerdo con la Comisión Internacional de Nieve y Hielo.

¿De qué están hechos los copos de nieve?

Lógicamente, si analizan un copo de nieve bajo el microscopio y ahondan en su morfología con equipo de laboratorio, se darán cuenta de que su principio básico es el agua. No hace falta ser científico para saberlo, pero, sin lugar a duda, hay un proceso más complejo detrás de la formación de la nieve. Estos copos están conformados por cristales de hielo. Para originarse, primero debe congelarse una gota de agua alrededor de una partícula suspendida en el interior de la nube, que puede ser una mota de polvo o polen. Al llegar a su punto de congelación, el agua se transforma en un cristal en forma de prisma hexagonal y, si la temperatura en la nube alcanza los -13°C, las gotas de agua que rodean el cristal de hielo se condensarán sobre la superficie, dando lugar al crecimiento y ramificación.

¿Cuál es el pH de la nieve?

De la lluvia ácida a la nieve contaminada, los fenómenos atmosféricos y estacionales han sido impactados por la contaminación, un tema que resulta imposible de evadir. Con un medidor de pH les resultaría sencillo darse cuenta de que el nivel de acidez o basicidad de la nieve es distinto en diferentes puntos del globo, lo cual responde a diversos factores, como los agentes contaminantes, la temperatura y el punto de congelación en el que se han formado los cristales de hielo en la nube. El pH es la medida de acidez o alcalinidad de una solución en una escala logarítmica que va del 0 al 14, siendo el 7 el punto neutro.

En los Estados Unidos, por ejemplo, específicamente en el este de dicho país, la nieve derretida tiene un pH entre 4.6 y 6.7, aunque la nieve con ese grado de acidez potencial no se derrite en una temperatura más baja que la nieve con un pH de 7.0. El motivo es muy simple, ya que la depresión de la temperatura o punto de congelación de una solución ácida es insignificante para los valores de pH por debajo de los 4.6. En la actualidad, se sabe que los inviernos en el noreste son más cálidos que hace unas décadas , como resultado del polvo aerotransportado u hollín, que se asienta en la nieve y absorbe más energía solar.

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