¿Cómo se forma la nieve?

De una mota de polvo a un cristal

Dentro de una nube bajo cero hay gotitas de agua líquida más frías que 0 °C que todavía no se congelaron, y vapor de agua. Según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica de Estados Unidos (NOAA), un copo de nieve empieza cuando una de esas gotitas se congela sobre una partícula de polen o de polvo. Ese grano de hielo es la semilla: a partir de ahí, el vapor de agua del aire se congela sobre él y construye los seis brazos del copo.^[3]

El detalle importante es que el cristal crece a partir de vapor, no de agua líquida: las moléculas pasan directamente del aire al hielo. Por eso la nieve no es lluvia congelada; las gotas de lluvia que se congelan al caer forman bolitas de hielo, otro fenómeno.^[2]

¿Por qué seis? Porque en el hielo común las moléculas de agua se acomodan en una red hexagonal, como un panal. El cristal copia esa geometría desde que es microscópico, y la conserva al crecer.^[2] Lo que en la calle llamamos “copo” puede ser un solo cristal o, muy a menudo, cientos o miles de cristales que chocaron y se pegaron mientras caían.

La temperatura decide la forma

No todos los cristales de nieve son estrellas. Según la temperatura del aire donde crecen, pueden salir placas hexagonales, columnas, agujas finas o estrellas llenas de ramas. La humedad importa menos, pero decide cuán complicado queda: con poco vapor el cristal crece lento y simple; con mucho vapor crece rápido y se ramifica.^[2]

Mientras cae, un cristal atraviesa capas de aire con otra temperatura y otra humedad, y cada cambio modifica cómo crecen sus brazos. Los seis brazos no se comunican entre sí: salen parecidos porque viajan juntos y viven exactamente las mismas condiciones al mismo tiempo.^[1] Aun así, la mayoría de los cristales reales son irregulares; las estrellas perfectas de las fotos son la excepción.

Cómo lo sabemos

Quien lo descubrió fue el físico japonés Ukichiro Nakaya, en la Universidad de Hokkaido, en los años treinta. Primero catalogó la nieve que caía, inspirado por las fotos del estadounidense Wilson Bentley, y después decidió fabricarla. Armó un laboratorio refrigerado en el que se podía entrar caminando y buscó un soporte fino donde colgar un cristal para verlo crecer. La seda, el algodón, los alambres y hasta una tela de araña se le cubrían de escarcha. Lo que funcionó fue un pelo de conejo seco: sus pequeños nudos servían de semilla y su grasa natural frenaba la escarcha. El 12 de marzo de 1936 obtuvo el primer cristal de nieve artificial.^[1]

Variando por separado la temperatura y la humedad de la cámara, Nakaya fue anotando qué forma aparecía en cada caso. Así armó el mapa que hoy se llama diagrama de Nakaya, y que después otros investigadores ampliaron sin cambiar lo esencial. Nakaya decía que los copos son “jeroglíficos del cielo”: mirando su forma se puede deducir qué temperatura y humedad había en la nube donde crecieron.^[2] Lo que sigue sin explicación completa es el porqué: por qué la preferencia entre placas y columnas cambia dos veces entre 0 y −20 °C es un problema abierto de la física de superficies del hielo.

Lo que se dice mal: “no hay dos copos iguales”

La frase es casi cierta, pero depende de qué se entienda por iguales. El físico Kenneth Libbrecht, de Caltech, lo calcula así: un cristal de nieve pequeño tiene unas 10¹⁸ moléculas de agua. Cerca de una de cada 5000 lleva un átomo de deuterio y una de cada 500 un oxígeno pesado, repartidos al azar: unas 10¹⁵ moléculas “distintas” por cristal. Aun con 10²⁴ cristales nuevos por año, la probabilidad de que dos coincidan en toda la vida del universo es prácticamente cero.^[1]

Pero a simple vista la cosa cambia. Los cristales simples, como las placas hexagonales chicas, se parecen tanto que es fácil encontrar dos casi idénticos, y en el laboratorio se fabricaron “gemelos” haciendo crecer dos cristales en condiciones iguales.^[2] Lo que es prácticamente imposible es encontrar dos estrellas complejas idénticas caídas de una nube.