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Son estructuras arborescentes, congeladas, un jardín de hielo de la Naturaleza, que podemos reproducir

Flores y filamentos retorcidos de hielo

Pascual Bolufer. AECC18/11/2013
Las flores y filamentos retorcidos de hielo son estructuras filamentosas, con aspecto de flor, que ocupan vastas extensiones de hielo marino. Tienen su origen en el vapor de agua que se escapa a través de pequeñas fisuras del hielo superficial. Estas fisuras entran en contacto con el aire frio atmosférico, que se encuentra al menos a -22°C, más helado que el hielo marino. El vapor de agua asciende, y cristaliza como hilos de nieve, escamas, agujas, plumas o abanicos.

Ante todo, no hay que confundir las flores y filamentos retorcidos de hielo con la escarcha: el aire atmosférico, cargado con vapor de agua (al menos formando el 60%, humedad alta), en contacto con una superficie fría, por debajo de 0°C, se deposita sobre ella, y el vapor de agua, la humedad, se convierte en hielo: la escarcha. Aquí el vapor de agua ha descendido a la superficie. Ciertas bacterias son particularmente efectivas, en agricultura, para provocar la escarcha en la planta. La escarcha es simplemente, rocío congelado.

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Flor producida por la Universidad de Texas, Austin, EE UU. El agua que sigue brotando del tallo produce cintas más alargadas, hace crecer la flor lentamente, en uno o dos días.

Las flores de hielo se deben a un proceso conocido como ‘Nucleación’. Crecen verticalmente, a medida que el aire, cargado de humedad, que asciende desde el suelo, o desde un sustrato, un tallo de planta, se congela, se escarcha. Estas flores se encuentran en ambos polos terrestres, en latitudes elevadas. La salinidad de las flores de hielo es casi tres veces más elevada que la del agua marina. Como el hielo marino no contiene agua, nos llama la atención la sal en las flores de hielo. El mar de hielo poroso expulsa el vapor de agua en un proceso conocido como rechazo de salmuera. Estas flores, a medida que crecen, almacenan bacterias. ¿Por qué? En 2009 Jody Deming, de la Universidad de Washington, al volver del Polo y encontrar allí flores de hielo, fundió una y encontró ‘un millón de bacterias’, que por lo visto, con su metabolismo participaban en el crecimiento del hielo.

Llamamos ‘sublimación’ al proceso por el cual un sólido se convierte en gas, sin pasar por la fase líquida. En la flor de hielo ocurre lo contrario, el vapor pasa a rocío helado. En el ciclo del agua marina o terrestre, el calor solar logra que el agua se transforme en vapor, evaporación. Cuando nieva, el vapor de agua pasa a hielo. En el polo el hielo a veces pasa directamente a vapor (sublimación), y a continuación, en la flor de hielo, se convierte en rocío helado, lana congelada, plumas. Los hongos también contribuyen a crear el fenómeno.

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Flor artificial de la Universidad de Austin, Texas.

Las agujas de hielo ocurren con una temperatura del aire superior a 0°C y un suelo helado. El agua líquida subterránea llega a la superficie por vía capilar, en donde se congela. Crece formado una fina columna de agua, de una longitud de varios centímetros. Tiene aspecto de escarcha, pero el valor de agua procede del suelo.

La flor de hielo crece desde una planta vegetal, y forma pétalos, capas muy delgadas, cintas de hielo, que se retuercen, con aspecto de flor. Hay especies de plantas vegetales, que por su porosidad producen esas flores. Otras especies de plantas no las producen. Los que van por el bosque conocen esas especies privilegiadas.

Recordemos que la flor de hielo aparece cuando el aire está muy frio, pero el suelo todavía no está congelado. En el tallo de la planta, en la savia, el agua en los vasos capilares se expansiona (el hielo tiene menor densidad que el agua), y va formando el delgado pétalo. Desde el tallo acude más agua al vaso capilar, y la estructura de hielo sigue creciendo. La humedad que surge del tallo es vapor saturado seco, es decir, que no contiene gotas de agua líquida. No se forman flores de hielo, cuando desde el tallo surge vapor húmedo, sobresaturado, un vapor que contiene agua condensada, niebla. Son las gotas de agua en suspensión las que hacen visible el vapor, con un aspecto blanquecino, al reflejar la luz.

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La flor surge desde el tallo de una planta muerta, Verbesinia virginica. Del tallo cortado y los vasos capilares brota la savia y se congela. Desde el suelo sube agua con la savia, y hace crecer los pétalos. El proceso es físico, por extraño que resulte, y no biológico. A medida que avanza el invierno las flores cambian su aspecto, debido a los cambios térmicos.

La flor de hielo también puede surgir de un tronco muerto, pero con capilares, de donde sale el agua por los poros de la madera. De ahí surgen los filamentos de hielo, como cabellos, pero no los podemos tocar, se rompen. El sol los funde o sublima. Por eso conviene visitar el bosque a primera hora de la mañana, antes que caliente el sol. Si el día está nublado veremos las flores de hielo a cualquier hora.

Hay pequeñas plantas que colonizan en las ramas de las coníferas. En ellas surgen estructuras arborescentes de hielo. Son especies con poros. Si la rama cae al suelo, también allí se forman flores. El meteorólogo Alfred Weneger, en 1918, observó filamentos y plumas de hielo en una rama caída al suelo, y sospechó que los hongos y su metabolismo actúan como catalizadores. Esa teoría también la sostenían en 2005 Gerhart Wagner y Christian Mätzler.

En 1914 J.Coblenz cortó tallos de plantas, los hundió en terreno húmedo, y comprobó que no hacían falta raíces, para formar los pétalos de hielo retorcidos; que el hielo no procedía de la atmósfera. No era escarcha. Un siglo más tarde las flores de hielos son para nosotros un enigma, pues no son flores de escarcha. De un tubo estrecho caído en el suelo también pueden surgir filamentos de hielo. La Naturaleza también usa tubos metálicos para producir agujas y flores heladas, y nosotros podemos imitarla. Un tubo de plástico estrecho no sirve, porque el agua helada aumenta de volumen, y el plástico se agrieta.

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Los haces capilares paralelos del xilema forman estrías en la lámina helada, y emergen perpendiculares al tallo. Solo el observador que se levante temprano podrá observar la flor en el jardín. El sol funde la flor.

Las flores de hielo crecen perpendicularmente al tallo. Las plantas que no producen flores tienen menos desarrollado el tejido xilema. Cuando el agua sale de su medio (tallo, madera, suelo, etc.) se congela sobre una superficie más fría.

En España las condiciones de temperatura para crear flores de hielo se dan en las cumbres de los montes altos, Pirineo, desde mediados de otoño hasta comienzos de la primavera.

Crear en tu casa flores de hielo

Es el mejor método científico, para conocer las características termodinámicas del proceso. Haz tú mismo el jardín de hielo y te ahorras horas de frio en el bosque. Vale la pena. Otros lo han intentado con éxito desde 2003 y 2005 en Kentucky, EE UU. Por de pronto hay que seleccionar sobre qué plantas crecerán las flores, no todas las especies sirven. Hay que someter el suelo y el aire a una determinada temperatura, con 22°C de diferencia y un porcentaje de humedad correcto.Aparecen las estructuras arborescentes de hielo con pétalos retorcidos y agujas y varillas de hielo.

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Desde un tubo, lleno de agua, y con un orificio mínimo, se ha formado lentamente la lámina ondulada. Universidad de Texas, Austin.

Hay que disponer de semillas de las plantas que producen hielo (Verbesinia virginica). Las conocemos desde principios de 1800. John Herschel, hijo del astrónomo que descubrió Urano, en 1833 publicó un artículo en Philosophical Magazine, en que describe cómo el hielo surge del tallo y vasos capilares de la planta fibrosa, con aspecto de cera y superficie sedosa, no es la savia, pero tiene relación con la humedad. En 1850 en Philosophical Magazine otra vez hay artículos sobre el hielo en plantas, y que no es escarcha. También aparecen flores de hielo, como lana helada muy blanca, sobre plantas secas, fibrosas, sin conexión con las funciones fisiológicas de la planta, de aspecto agradable.

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Dos láminas onduladas logradas desde tuberías de agua, con orificio. Hay que controlar el grado de humedad del aire, su temperatura y la pequeña presión del agua en la tubería. Lentamente se va formando la espiral. Universidad de Texas, Austin. Queda claro que el fenómeno no es biológico, sino físico.

Referencias

Carter, J. Flowers and ribbons of ice. American Scientist Sept-oct.2013 – 360-369.

Gerhart W. Ein seltenes biophysicalisches Phänomen im Winter. Naturwissenschaftliche Rundschau 62 – 2009.

Isbell, D. Needle ice on Mt. Osceola. URL 2005.

Leawler, D. Some observations on needle ice. Weather vol.44- 1989.

Robert, K. Suddenly there's a meadow in the ocean with flowers. NPR 30, 2012.

Weneger, A, Haareis auf morschem Holz. Die Naturwissenschafter 6/l -1918.

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