¿Cómo se forman y crecen los cristales de nieve? ¿Cuáles son los tipos de cristales de nieve? Información sobre nieve e importancia de los estudios de caída de nieve.
La NIEVE es la precipitación de hielo en forma de escamas, o racimos, de cristales de hielo. La nieve es un buen aislante térmico, conserva el calor de la tierra y protege la vegetación del frío invernal, incluso en zonas subárticas. Por otro lado, las acumulaciones de nieve producen problemas de transporte, la amenaza de inundaciones durante las escorrentías de primavera y, en áreas montañosas, el peligro de deslizamientos de nieve.
El término «nieve» se usa en la vida diaria tanto para la caída de nieve como para la nieve depositada en el suelo. Sin embargo, la estructura es diferente en estos dos casos. La nieve que cae consiste en hielo cristalino o semicristalino. Debido a que el hielo cristaliza en el sistema hexagonal, los cristales son comúnmente de seis lados, y bajo aumento se ven de una variedad hermosa e infinita. Después de llegar al suelo, la nieve pierde su forma cristalina y se vuelve granular, incluso cuando no está compactada y cuando la temperatura está por debajo de cero. Por lo tanto, es mejor considerar la nieve que cae y la nieve del suelo como temas separados.
Formación de cristales de nieve.
Un cristal de nieve es un cristal de hielo formado en la atmósfera a una temperatura de congelación, por condensación de vapor de agua en un núcleo de condensación, un cristal de hielo muy pequeño o una partícula de polvo. La condensación se realiza directamente del vapor de agua al hielo sin pasar por el estado líquido, un proceso conocido como sublimación. Es decir, las gotas de agua pueden existir en un estado sobreenfriado a temperaturas tan bajas como -40 ° F (-40 ° C). Cuando tales gotas se encuentran cerca de pequeños cristales de hielo u otros núcleos de condensación en una nube, se evaporan y luego se congelan directamente sobre los núcleos. El crecimiento del cristal tiene lugar de conformidad con la estructura hexagonal del hielo. Si hay un exceso de humedad en la atmósfera, los pequeños cristales se convierten en cristales de nieve.
Los cristales de nieve ordinarios son transparentes, como el vidrio, y varían en tamaño de 0.02 a 0.5 pulgadas (0.05 a 1.3 cm) de diámetro. Aunque son pequeños, se pueden examinar recogiéndolos cuidadosamente sobre un paño negro si la temperatura del aire es igual o inferior a cero.
Nevada.
En los países del norte o en los distritos de alta montaña, los cristales de nieve a menudo caen al suelo como unidades individuales, pero en las regiones más cálidas se unen a medida que caen a la tierra. El grupo así producido se llama copo de nieve. Los copos de nieve a veces son muy grandes. Los de más de una pulgada (aproximadamente dos centímetros y medio) de diámetro no son raros, el número de cristales componentes alcanza unos pocos miles.
La forma final de los cristales depende de qué tan rápido caen por el aire y de la temperatura, la humedad y las condiciones eléctricas que encuentran. Si los cristales giran alrededor de ejes verticales a medida que caen, su crecimiento puede ser bastante uniforme, lo que resulta en hermosas placas hexagonales y formas ramificadas con una simetría casi perfecta. También pueden tomar la forma de columnas o agujas, o pueden tener una forma irregular. Por ejemplo, la nieve granular «blanda» llamada graupel se produce cuando los cristales de nieve acumulan una capa de escarcha.
Si los cristales de nieve entran en una capa de atmósfera sobre la tierra que está a una temperatura de congelación, la nieve se derrite y cae a la tierra como lluvia. Se cree que al menos la mitad de las precipitaciones que se producen se deben al derretimiento de los copos de nieve. Sin embargo, si las temperaturas del aire cerca de la Tierra son lo suficientemente bajas, los cristales de nieve llegan al suelo sin fundir.
Tierra de nieve.
Los cristales de nieve no pueden mantener su elaborado contorno original y su delicada estructura cuando están confinados en la masa de nieve depositada en el suelo. La presión y el calor hacen que cambien. En general, cuando un cristal tiene tendencia a evaporarse, las moléculas se transfieren de las partes salientes y se condensan en partes dentadas. Por lo tanto, dado que el hielo tiene una presión de vapor relativamente alta, la estructura fina y el diseño delicado en un cristal de hielo se pierde gradualmente por el proceso de evaporación y condensación.
El cristal se transforma en una forma más redondeada, incluso si se mantiene bajo cero todo el tiempo. Por lo general, existe un gradiente de temperatura en la capa de nieve, la capa superior es más fría y la capa cerca del suelo es más liviana. Este gradiente de temperatura provoca una aceleración en el proceso de redondeo de una partícula de nieve. La descongelación y la recongelación también ejercen la misma influencia. En consecuencia, la nieve del suelo, a excepción de la nieve recién caída, se convierte en un conjunto de gránulos de hielo.
La cantidad de nieve que ha caído puede expresarse en términos de su profundidad promedio, o en términos de la profundidad del agua que resultaría si la nieve se derritiera. La densidad de la nieve puede variar considerablemente, dependiendo de la estructura de los copos, pero es habitual considerar la relación de la profundidad de la nieve recién caída con la profundidad equivalente del agua como 10 a 1, es decir, 10 unidades de profundidad de nieve produce 1 unidad de profundidad de agua. A medida que la nieve se derrite y se vuelve a congelar, su densidad aumenta; una densidad de aproximadamente 0.25 se considera mejor para esquiar. La nieve que permanece durante el período de verano se conoce como firn.
Estudio de cristal de nieve.
La historia del estudio de cristales de nieve fue resumida por un meteorólogo alemán, Gustav Hellmann, en su libro Schneehrystalle (1893). Según Hellmann, el primer bosquejo de cristales de nieve fue realizado por Olaus Magnus, arzobispo de Uppsala, alrededor de 1550, aunque el bosquejo no indica que los cristales de nieve tengan simetría hexagonal. Se dice que el astrónomo de principios del siglo XVII Johannes Kepler fue el primer científico occidental en señalar que los cristales de nieve pertenecen al sistema hexagonal. En China, el carácter hexagonal de los cristales de nieve ya se conocía en el siglo II a. C. Según el estudio de Sennosuke Tamura, el famoso erudito Han Ying escribió en uno de sus poemas (alrededor de 157 a. C.) que la mayoría de las flores tienen cinco pétalos, pero solo los cristales de nieve tienen seis.
En 1635, el filósofo francés René Descartes hizo observaciones sobre cristales de nieve y publicó sus bocetos en Amsterdam. Se cree que estos son los primeros registros científicos de cristales de nieve, que incluyen casi todos los tipos importantes conocidos en la actualidad. El científico inglés Robert Hooke mostró una serie de dibujos de cristales de nieve y escarcha en su Micrografía, mientras que las primeras descripciones detalladas de cristales de nieve columnares o piramidales fueron hechas por William Scoresby, un ballenero inglés, en 1820. En 1822, Toshitsura Oinokami Doi, un señor feudal japonés, publicó Sekka Zusetsu (Ilustración de flores de nieve), en el que se reproducen 86 bocetos de cristales de nieve. Estos bocetos tienen una calidad muy similar a los dibujos de cristales de nieve publicados por un meteorólogo inglés, James Glai-sher, en 1855. Estos últimos se consideran los dibujos más precisos publicados antes del desarrollo de la fotomicrografía.
Fotomicrografía de cristales de nieve.
A finales del siglo XIX, muchos meteorólogos en Europa comenzaron a tomar fotomicrografías de cristales de nieve. Entre ellos, destacaron Richard Gustav Neuhauss de Berlín, Adolf Erik Nordenskiold de Estocolmo y A. A. Sigson de Rusia. Sin embargo, el pionero en este trabajo fue Wilson Alwyn Bentley de Jericho, Vt., Quien comenzó a fotografiar cristales de nieve en 1885. Toda una vida dedicada a este trabajo significó la acumulación de al menos 6,000 fotografías antes de su muerte. Aproximadamente 3,000 de ellos fueron publicados en 1931 en Snow Crystals, por Bentley y William Jackson Humphreys. Este libro es mundialmente famoso por su gran colección de fotografías sin precedentes, así como por la belleza de esas imágenes. Otro erudito que realizó un extenso estudio de los cristales de nieve fue un científico polaco, Antoni Dobrowolski, cuyo trabajo apareció en 1922.
En 1932, un meteorólogo japonés, Ukichiro Nakaya, y sus colegas de la Universidad de Hokkaido comenzaron un estudio sobre la nieve. Tomaron alrededor de 2.500 fotomicrografías e hicieron una clasificación general de los cristales de nieve, y en los años siguientes hicieron mediciones de la masa, la velocidad de caída, la naturaleza eléctrica y la frecuencia de ocurrencia de cada tipo de cristal.
Junto con el estudio sobre nieve natural, Nakaya y sus colegas encontraron un método para producir cristales de nieve artificialmente en una cámara fría, y para 1946 lograron producir todo tipo de cristales de nieve en el laboratorio. Se descubrió que la variedad en la forma se debía a la temperatura y al grado de exceso de humedad en la atmósfera. Como resultado de este hallazgo, la estimación de las condiciones del aire superior durante una nevada se hace posible mediante el examen de las formas de los cristales de nieve en el suelo. Los resultados de su trabajo de 20 años se publicaron, con 1,550 imágenes, en 1954.
Importancia de los estudios de nevadas.
El conocimiento de la física y la ingeniería de la nieve es importante, en vista del hecho de que la nieve es una de las sustancias más comunes del mundo y que los problemas prácticos resultantes de su ocurrencia generalizada son múltiples. Se incluye la remoción de nieve compactada de carreteras y aeródromos, viajes sobre la superficie de la nieve por parte de hombres y vehículos, control de avalanchas, prevención de la formación de aguanieve en las líneas de transmisión, la ruptura de ramas de árboles y árboles más pequeños en el bosque, y muchos otros Aspectos prácticos de la vida cotidiana. Sin embargo, la nieve también tiene propósitos útiles, además de ser un buen aislante térmico para la vegetación.
Por ejemplo, en gran parte de las tierras semiáridas en el oeste de los Estados Unidos, los residentes dependen principalmente de su suministro de agua en la nieve depositada durante el invierno en los distritos de alta montaña. Para pronosticar la escorrentía de primavera, la cantidad de nieve depositada en una cuenca se mide perforando todo el espesor de la capa de nieve y pesando la masa en varios puntos de la cuenca. En el pasado, a menudo se produjeron grandes daños a causa de grandes desbordes causados por el derretimiento repentino de la nieve en una gran área, pero hoy en día el agua de deshielo primaveral se mantiene en grandes depósitos detrás de grandes represas y se utiliza para el riego y el agua de la ciudad durante todo el año. La nieve de la montaña se usa así para la conquista del desierto.
