El hielo es tan fascinante que aún no lo entendemos del todo. Un estudio reveló que el hielo derretido puede tomar diferentes formas dependiendo de la temperatura del agua que lo rodea. El trabajo, publicado en Physical Review Letters, nos brinda nuevos conocimientos sobre la compleja física que subyace en esta transición.

Investigadores de la Universidad de Nueva York (NYU) crearon hielo ultrapuro «transparente» para sus experimentos, libre de burbujas e impurezas. Luego observaron cómo se derretía el hielo a medida que se bajaba a tanques de agua dulce en una «cámara fría» especialmente diseñada.

Los físicos, liderados por Leif Ristroph de la NYU utilizaron fotografía de lapso de tiempo para registrar cambios detallados en la forma del hielo. Además, usaron modelos matemáticos para confirmar los procesos subyacentes que alteraron la forma del hielo a medida que interactuaba con el agua circundante. 

“Las formas y patrones del hielo son indicadores sensibles de las condiciones ambientales en las que se derritió”, explica Ristroph. Esto les permitió ‘leer’ la forma del hielo para inferir factores como la temperatura ambiente del agua. Se enfocaron en bajas temperaturas, de 0 a 10 grados Celsius. 

Variedad de formas 

A temperaturas muy frías (menos de 5° Celsius), los trozos de hielo adquirieron la forma de un pico que apunta hacia abajo. A temperaturas más altas (por encima de los 7° Celsius), la forma de la espiga era la misma, pero apuntaba hacia arriba.

Para temperaturas intermedias, el hielo se ondulaba a medida que se derretía. Esto coincide con los llamados patrones de vieiras que a veces se encuentran en el hielo que se derrite en la naturaleza. Las diferencias se deben a cambios en el flujo del agua, que está controlado por la temperatura, la cual cambia a medida que el hielo frío se filtra en ella.

Mientras el hielo se derrite, la temperatura del agua a su alrededor se vuelve estratificada, y eso significa densidades líquidas variables. Mientras que el líquido más pesado se hunde y el más liviano sube debido a la gravedad, el derretimiento ocurre a diferentes velocidades en diferentes lugares del hielo. Esto provoca cambios en la forma.

Los picos hacia abajo corresponden a flujos de agua hacia arriba, mientras que los picos hacia arriba corresponden a flujos de agua hacia abajo. Los patrones ondulados ocurren cuando los flujos ascendentes y descendentes interactúan entre sí.

“Lo extraño es que el agua líquida tiene una dependencia muy inusual de la densidad de la temperatura, en particular, un máximo de densidad de alrededor de 4° C. Esta ‘anomalía de densidad’ hace que el agua sea única en comparación con otros fluidos», expone Scott Weady de la NYU. 

Explicación

“Técnicamente, lo que estamos viendo aquí es similar a una inestabilidad de Kelvin-Helmholtz”, señala David Nield para ScienceAlert. Esta es causada por líquidos que se mueven a diferentes velocidades entre sí. Se observa en muchos otros escenarios en el mundo natural como en las nubes.

Podemos concluir ahora que los científicos tienen un mayor conocimiento de cómo el derretimiento crea patrones de flujo. También han aprendido cómo esos patrones de flujo luego influyen en un mayor derretimiento.

Probablemente entendamos en el futuro cómo se derrite el hielo con solo observar su forma. Con las reservas de hielo de la Tierra desapareciendo a un ritmo constante, conocer las influencias que afectan este proceso es cada vez más importante.