1. De dónde viene el agua que forma los carámbanos: la nieve derretida del techo
El agua que forma los carámbanos proviene de la nieve acumulada en el techo que se derrite. Se explica que el interior del edificio está caliente por la calefacción y ese calor se transmite a través del techo, derritiendo lentamente la nieve desde abajo [1]. El agua derretida fluye hacia el borde del alero siguiendo la inclinación del techo y vuelve a congelarse al tocar el aire exterior, que está bajo cero. También existe la combinación de que la nieve se derrite durante el día por la temperatura o la luz solar y se congela por el frío de la noche o la madrugada. La Asociación Meteorológica de Japón explica que los carámbanos crecen más fácilmente cuando hay mucha nieve acumulada y grandes diferencias de temperatura [2].
2. Por qué los carámbanos necesitan una fina película de agua sobre el hielo
El Museo de la Ciencia de la Nieve de Nakaya Uichiro explica que, para que un carámbano crezca, debe haber necesariamente una película fina de agua en la superficie del hielo [1]. La idea es que el hielo crece cubierto por esta película de agua, en lugar de que el agua caiga sobre una varilla ya congelada. Cuando el agua se congela, libera calor llamado calor latente. Si este calor se acumula alrededor del hielo, no puede congelarse más. Un equipo de investigación de Estados Unidos resumió en un artículo que la velocidad de crecimiento del carámbano depende de qué tan rápido este calor escapa hacia el aire circundante a través de la película fina de agua [3]. La película fluye atraída por la gravedad, afectada también por la viscosidad y la tensión superficial, y puede formar gotas en la punta [3].
3. Cómo la punta del carámbano funciona como un tubo que retiene agua
La punta tiene una estructura parecida a un tubo. La Asociación Meteorológica de Japón describe esta estructura extraña como un estado donde en la punta, solo el exterior está congelado y cuelga una gota [2]. La explicación general es que, cuando la gota de agua intenta caer, la parte exterior que toca el aire frío se congela, y así el carámbano se alarga poco a poco. En la investigación, es bien conocido un modelo publicado en 1988 por el investigador finlandés Makkonen. La idea es que el carámbano crece como un tubo hueco que encierra agua líquida en la punta. Se considera que el crecimiento es sensible y complejo, dependiendo de las condiciones atmosféricas como la temperatura y el viento, y de la cantidad de agua suministrada [4]. Sin embargo, el autor solo vio el resumen del artículo, no leyó el texto completo. Nota de seguridad: Sobre la estructura de la punta, la Asociación Meteorológica de Japón explica que es como un tubo donde solo la parte exterior está congelada y una gota de agua cuelga [2].
4. La teoría que explica por qué el carámbano se afina hacia la punta
Sobre la forma de los carámbanos, un equipo de investigación de Estados Unidos construyó una teoría basada en el flujo de agua y la forma en que escapa el calor. La teoría predice que la forma del carámbano es una figura similar a la de una estalactita (la piedra que cuelga del techo de una cueva) y que la forma límite, que se hace más delgada hacia la punta, se puede expresar con la fórmula ρ = (4/3)ζ^(3/4), usando un radio adimensional ρ y la distancia desde la punta ζ [3]. Al hacer y examinar carámbanos en una habitación enfriada, se informó que algunos coincidían muy bien con esta forma. No todos los carámbanos coinciden [3]. No se encontró ningún documento que describiera en una sola frase "por qué la punta es delgada". Puede entenderse como un resultado teórico: la forma se determina por la cantidad de agua y cómo escapa el calor.
5. Por qué aparecen ondas en los carámbanos hechos con agua del grifo
A veces aparecen patrones de ondas horizontales en la superficie de los carámbanos. En un experimento en Estados Unidos, 48 de 53 carámbanos hechos con agua del grifo mostraron patrones de ondas regulares. Por otro lado, de 23 carámbanos hechos con agua destilada (agua que casi no contiene impurezas), solo 2 mostraron ondas [3]. En este experimento, se observaron muchos patrones de ondas en los carámbanos hechos con agua que contiene impurezas. En los carámbanos con ondas, se observó una estructura en forma de V conectada a las ondas de la superficie, y un líquido en forma de media luna donde las impurezas se concentran. Parte del mecanismo de formación de las ondas se ha comprendido, pero la causa de la inestabilidad subyacente y los factores que determinan la distancia entre las ondas aún no se conocen [5]. En el blog del Museo Nacional de la Ciencia y la Innovación de Japón, se presenta una explicación de que se forman pequeñas irregularidades en la superficie debido a cambios en la cantidad de agua o la temperatura, y que las partes salientes se enfrían fácilmente y por eso crecen primero [6]. Sin embargo, esta es solo una explicación fácil de entender y la causa no está resuelta.
6. Cómo observar con seguridad los carámbanos del alero desde lejos
Si ves un carámbano, obsérvalo desde lejos sin pararte debajo. Es importante no tocarlo porque es peligroso si cae. Observa la gota, el grosor y las ondas. Tomar fotos para compararlas también es una buena manera.