¿Por qué los cristales de nieve tienen seis lados y cuándo se parecen sus brazos?

1. Un cristal de nieve no es una gota congelada: nace del vapor de agua

Lo normal es imaginar que la nieve es lluvia que se congeló al caer. No es así. Según el físico Kenneth Libbrecht, un cristal de nieve aparece cuando el vapor de agua del aire se convierte directamente en hielo, sin pasar antes por agua líquida[1].

Esto cambia la pregunta. Una gota que se congela sería una bolita, sin razón para tener esquinas. Pero un cristal que va construyéndose con moléculas de vapor que se pegan al hielo ya formado tiene que crecer siguiendo algún orden. La forma depende entonces de cómo se acomodan esas moléculas.

En esta página, «cristal de nieve» significa una sola pieza de hielo que crece de este modo. Es lo que suele llamarse «copo» cuando hablamos con naturalidad.

2. Los seis lados vienen de cómo se ordenan las moléculas del agua en el hielo

Libbrecht lo resume así: la simetría de seis que se ve en un cristal de nieve nace de la disposición de las moléculas de agua en la red del hielo[1].

La divulgadora Beatriz Pradillo da el detalle: una molécula de agua tiene dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, formando un ángulo de 104,5 grados, y las moléculas se unen entre sí mediante puentes de hidrógeno. Según su explicación, al congelarse las moléculas se ordenan en una estructura de forma hexagonal[2].

Dicho de otro modo: el cristal visible se parece a una versión ampliada del patrón que repiten las moléculas del hielo. Si las moléculas encajan en hexágonos, lo que se ve a gran escala tiende a ser de seis lados o de seis brazos. Esta es la primera sorpresa: el dibujo que ves en una ventana helada o en una foto de microscopio está escrito, en pequeño, en cada molécula de hielo.

3. Un físico japonés fabricó nieve en un laboratorio para ver qué decide la forma

Si todos los cristales parten del mismo orden hexagonal, ¿por qué no son todos iguales? Esa duda ocupó a Ukichiro Nakaya, físico japonés nacido en 1900. En Japón se le recuerda sobre todo como el científico de la nieve: en 1930 fue profesor en la Universidad de Hokkaido, en Sapporo, una región de inviernos fríos, y allí empezó a estudiarla[3].

Nakaya fotografió y clasificó más de 3000 cristales naturales. Descubrió que la temperatura y la humedad determinan juntas el tipo de cristal que se forma[3]. Según un resumen de la agencia meteorológica española, en 1954 propuso agrupar los cristales en siete grandes tipos y varios subtipos[4].

Aun así quedaba algo por comprobar: ¿de verdad la temperatura y la humedad lo explican, o es otra cosa? Para saberlo había que cultivar cristales en un lugar controlado. Tras años de intentos, el 12 de marzo de 1936 Nakaya logró producir los primeros cristales artificiales. La clave fue usar como semilla la punta de un pelo de conejo, del abrigo de un colaborador, sobre la que el hielo fue creciendo[3][4].

4. La temperatura decide si el cristal es placa, columna o rama, y la humedad decide cuánto se complica

El mapa que resume estos resultados se llama diagrama de morfología de los cristales de nieve, o diagrama de Nakaya, y fue descubierto en la década de 1930 por Nakaya y sus colaboradores[5]. Libbrecht da tres puntos de referencia: placas delgadas cerca de −2 °C, columnas delgadas cerca de −6 °C y placas grandes y finas cerca de −15 °C[5]. Son valores aproximados, no fronteras exactas.

La humedad añade un segundo factor. Cuando el aire es poco húmedo y el cristal crece despacio, las formas son simples. Cuando hay mucha humedad y el crecimiento es rápido, aparecen formas más complejas y ramificadas[5]. Por eso los cristales estrellados grandes, los más fotogénicos, solo crecen en un rango estrecho de temperatura alrededor de −15 °C[1].

Segunda sorpresa: el cristal no se queda con una sola condición, porque viaja. Libbrecht muestra un caso: un cristal que empezó a crecer hacia −6 °C como columna robusta, y que luego el viento llevó a una zona más fría, donde le crecieron placas finas en los extremos[5]. El hexágono es siempre el punto de partida, y el viaje decide el resto.

5. Los seis brazos salen casi iguales porque viven las mismas condiciones, sin ponerse de acuerdo

Falta la parte más curiosa. Si un cristal ramificado cambia de forma según la temperatura y la humedad, ¿cómo consiguen sus seis brazos cambiar a la vez? Cuando cambian la temperatura o la humedad alrededor del cristal, las seis ramas modifican su crecimiento al mismo tiempo, aunque no se comuniquen entre sí, y por eso se parecen: todas se forman en condiciones similares mientras el cristal viaja por la atmósfera[1][2]. No hay un «plano» que se copia seis veces: es la misma historia vivida por seis puntas a la vez.

Esto también ayuda con la vieja frase de que no hay dos copos iguales. Si cada cristal sigue un camino distinto por las nubes, acaba con una forma distinta. Aun así, Libbrecht consiguió fabricar dos cristales muy parecidos controlando con cuidado las condiciones durante el crecimiento, aunque no idénticos[4].

6. La forma de un cristal registra las temperaturas y la humedad que vivió en las nubes

Nakaya lo dijo con una frase que se sigue citando: un cristal de nieve es una carta enviada desde lo más alto del cielo[3]. Con lo que hemos visto, la imagen tiene sentido. El seis viene del hielo mismo; las placas, columnas o ramas dicen por qué temperaturas y humedades pasó; y que los seis brazos coincidan indica que las vivieron casi a la vez.

Así que la respuesta a la pregunta del título tiene dos capas. Seis, porque así se ordenan las moléculas del hielo. Y no cualquier seis, porque cada trayecto por la nube escribe un dibujo distinto sobre ese mismo molde.

7. Cómo comprobar en casa lo del seis y lo de los brazos iguales

Sin nieve y con cosas que hay en cualquier casa puedes hacer dos pruebas.

Imagen para el seis. Toma siete monedas del mismo tamaño y júntalas sobre una mesa. Una moneda del centro queda rodeada exactamente por seis. Es solo una imagen para ver cómo se empaquetan piezas iguales en un plano: no explica por qué el hielo es hexagonal, eso depende de los puentes de hidrógeno que vimos en el capítulo 2.

Brazos iguales. Busca en pantalla fotografías de cristales de nieve ramificados, por ejemplo en el sitio de Libbrecht. Elige una y compara dos brazos: ¿las ramitas laterales salen en el mismo sitio y con el mismo largo? Luego busca una donde no coincidan; verás que también existen.

Si vives donde nieva y hay un adulto contigo, puedes salir unos minutos bien abrigado a un lugar seguro, sin tráfico ni suelo resbaladizo, sostener una tela oscura y mirar con una lupa los cristales que caigan en ella. No los toques con las manos calientes, porque se deshacen enseguida. Si no nieva donde vives, las fotografías sirven igual.

Fuentes

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