Un equipo de químicos ha descubierto nuevas formas en las que el agua congelada responde a los cambios de temperatura para producir formaciones novedosas. Sus hallazgos tienen implicaciones para la investigación climática, así como para otros procesos que involucran la formación de hielo, desde la conservación de alimentos hasta la agricultura.

"La congelación y el derretimiento del hielo se encuentran entre los eventos más comunes en la Tierra, "explica Michael Ward, profesor de química en la Universidad de Nueva York y uno de los coautores del artículo, que aparece en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias ( PNAS ). "Estos procesos son sorprendentemente complejos, sin embargo, y no se entienden bien debido a la cantidad de variables involucradas. Nuestros hallazgos revelan algunas propiedades dinámicas inusuales de las superficies de hielo en contacto con agua líquida cuando las composiciones isotópicas del sólido y del líquido difieren ".

Los otros autores del artículo incluyen a Ran Drori, profesor asistente en la Universidad Yeshiva; Miranda Holmes-Cerfon, profesor asistente en el Instituto Courant de Ciencias Matemáticas de la Universidad de Nueva York; Bart Kahr, profesor del Departamento de Química de la NYU; y Robert Kohn, profesor en el Courant Institute de la Universidad de Nueva York.

Comprender la dinámica de la cristalización del hielo, también conocida como formación de hielo, es vital no solo en la investigación climática, sino también en varias industrias:mitigar los daños por heladas en la agricultura y la construcción, optimizar la conservación de los alimentos, y comprender su impacto en las carreteras, pistas de aterrizaje, y rieles.

En el PNAS estudio, los investigadores se centraron en múltiples formas de agua, y, en particular, agua que contiene diferentes isótopos de hidrógeno; sus diferencias en el recuento de neutrones producen distinciones en la masa atómica. Estas formas incluían luz, o "normal, "agua (H2O) y" agua pesada "(D2O), con deuterio (D) aumentando la masa de agua en comparación con el agua normal.

Se sabe desde hace mucho tiempo que los diferentes isótopos confieren diferentes propiedades a estos distintos tipos de agua, sobre todo a diferentes puntos de fusión. El H2O comienza a derretirse a cero grados centígrados (32 grados Fahrenheit) mientras que el D2O lo hace a 3.8 grados centígrados (casi 39 grados Fahrenheit).

La variación en el punto de fusión es significativa. Por ejemplo, Los núcleos de hielo de la Antártida o Groenlandia se componen de H2O y D2O. Como resultado, estaban congelados, y derretir a diferentes temperaturas. Esta propiedad se utiliza para estimar las temperaturas globales durante los últimos milenios.

Esto plantea la pregunta en la que se centraron los investigadores:¿Qué sucede cuando interactúan tipos de agua con diferentes puntos de congelación y fusión?

Aquí, los científicos encontraron que, en condiciones en las que la temperatura se controlaba con precisión, la superficie de un cristal de D2O en contacto con el H2O líquido asumió una apariencia festoneada, con estas características "onduladas" que oscilan durante horas.

Aunque el equipo de NYU no pudo simular todos los aspectos de las características oscilantes, especularon que reflejan una variedad de fenómenos:una interacción compleja de intercambio de agua ligera por agua pesada en el cristal, ligeras diferencias en la temperatura de fusión a lo largo de la interfaz festoneada, y transferencia de calor a lo largo de la superficie ondulada del hielo.

"Si estos procesos se pueden desentrañar por completo, puede mejorar nuestra comprensión de las propiedades del hielo que son importantes en numerosos ámbitos, incluida la investigación climática, daños por heladas en la agricultura y la construcción, dinámica de los glaciares, y conservación de alimentos, "observa Ward.