El invierno está llegando a su fin; Llegan las últimas noches de temperaturas bajo cero. Por la mañana, uno todavía ve algún carámbano ocasional en una canaleta o en el parachoques de un automóvil. Cuando observa estos carámbanos detenidamente, puede notar que muestran un patrón característico de ondas, siempre alrededor de un centímetro de ancho. ¿Qué causa estas ondas? Utilizando una máquina de hielo de su propio diseño, físicos y químicos de la Universidad de Amsterdam investigaron esta cuestión y descubrieron que la sal juega un papel importante en el proceso de formación de las ondas.

La investigación fue realizada por el estudiante de doctorado Menno Demmenie y sus colegas del Instituto de Física y el Instituto Van ‘t Hoff de Ciencias Moleculares de la Universidad de Ámsterdam. Los resultados fueron publicados en la revista científica Physical Review Applied la semana pasada.

máquina de carámbanos

Para llevar a cabo la investigación, Demmenie y sus colegas construyeron una máquina de hielo real. “En un congelador grande con ventana, pasamos algunas semanas convirtiéndonos en verdaderos especialistas en el crecimiento de carámbanos”, recuerda Demmenie. ‘La pregunta difícil era qué tan rápido se debe agregar agua para hacer un buen carámbano. Si el agua fluye demasiado rápido, se pierde una cantidad relativamente grande de agua, convirtiendo el piso del congelador en una capa de hielo. Por otro lado, si el flujo de agua se reduce demasiado, el carámbano tiende a crecer hacia arriba, como una estalagmita. Eventualmente descubrimos que la tasa óptima de crecimiento ocurre usando un flujo de entrada de sesenta mililitros por hora, a una temperatura de -15 °C. Esto es comparable a un grifo que gotea aproximadamente una vez cada tres segundos.’

Una vez que se encontró la entrada correcta de agua, los investigadores pudieron continuar. Usando su máquina hicieron muchos carámbanos diferentes, bajo diferentes circunstancias y con diferentes tipos de agua. Al final, el factor crucial en la formación de ondas de carámbano resultó ser la concentración de sal en el agua que se utilizó. La siguiente imagen muestra carámbanos con diferentes concentraciones de sal, desde un carámbano hecho de agua extremadamente pura (izquierda) hasta carámbanos en agua relativamente salada (derecha). Con el aumento de la concentración de sal, las ondas en los carámbanos se hicieron más claramente visibles.

Los investigadores utilizaron un truco inteligente para investigar el papel que juega la sal en la formación de carámbanos. Cuando el agua que forma un carámbano se congela, las moléculas de sal son expulsadas del hielo como « impurezas ». Como resultado, la mayor parte de la sal se encuentra en una fina capa de agua líquida en el exterior del carámbano. Los científicos agregaron un agente colorante al agua que usaron, que pasó por el mismo proceso que las moléculas de sal. Esto les permitió visualizar muy bien dónde estaba presente el agua salada líquida.

Explicación de las ondas

De esta forma, se descubrió que el flujo de agua líquida hacía que aparecieran las ondas. Usando agua pura, la capa de agua líquida salada alrededor del carámbano estaba ausente y el proceso de formación se parecía más a una vela que gotea. Cuando se usaba agua más salada, el carámbano estaba rodeado por una fina película de agua salada líquida, y el flujo de esa agua creaba ondas regulares. Cuanta más sal contenía el agua, más fuerte era el proceso, lo que provocaba la formación de ondas más gruesas.

En la naturaleza, el agua siempre contiene una pequeña concentración de sal. Esto explica las hermosas estructuras que encontramos en nuestras canaletas y parachoques de automóviles por la mañana, onduladas por una fina capa de agua ligeramente salada que estuvo trabajando durante toda la noche.