Todo comienza en la atmósfera, en el corazón de una fría nube. Es ahí donde arranca el complejo proceso natural, relacionado con el crecimiento del hielo, que dará como resultado la formación de los copos de nieve. En realidad, bajo la denominación genérica copo de nieve podemos toparnos con muchas cosas, desde cristales individuales de diversos tamaños hasta una especie de aglomerado constituido por varios de ellos. Y es que, en su caída a través del aire, estas minúsculas estructuras se encuentran sometidas a un constante zarandeo. Así, acaban adhiriéndose unas a otras, lo que da como resultado los copos, cuyas dimensiones y esponjosidad varían en función de las condiciones meteorológicas presentes durante la nevada.
La génesis de esos cristalitos sucede en el interior de las nubes, a temperaturas lo suficientemente bajas como para que una parte de las gotitas de agua líquida contenidas en ellas se congele y se formen los microscópicos embriones de hielo sobre los que crecerán los citados cristales. Eso sí, en la atmósfera, las gotitas de agua líquida no se congelan de inmediato cuando la temperatura desciende por debajo de 0 ºC. De hecho, pueden mantener su condición de líquido –como agua subfundida o sobreenfriada– a temperaturas mucho más bajas, de hasta -40 ºC. Ahora bien, la presencia en el aire de partículas sólidas en suspensión, como polvo, esporas, sales marinas y polen, no solo sirve de soporte físico a esas diminutas gotas, sino que favorece la congelación de parte de ellas cuando rondan los -5 ºC. En esas nubes frías, coexisten gotitas de agua en estado líquido y congeladas. Es en ese ambiente tan cargado de humedad –sobresaturado de vapor de agua– donde se inicia el mecanismo de formación de la nieve.
La cuestión es que las gotitas de agua líquida tienden a evaporarse espontáneamente. El vapor de agua resultante se incorpora a las que ya están congeladas, de modo que se convierten directamente en hielo cuando entran en contacto con ellas. Este empieza así a crecer, y comienzan a modelarse minúsculos prismas hexagonales. Estas figuras geométricas de hielo microscópicas, que apenas miden unas décimas de milímetro de largo, tienen siempre esa estructura debido a que esa es la forma que adoptan las moléculas de agua en el hielo cuando se agrupan. Una vez que esos prismas cristalinos se forman en el interior de la nube, crecen mediante un proceso de ramificación, que puede experimentar variaciones en función de la temperatura y el grado de sobresaturación de vapor de agua del aire que rodea los cristales.
Los principales resultados de sus investigaciones se resumen en su famoso diagrama morfológico de la nieve, que hemos reproducido en la página siguiente. En dicha figura aparecen los distintos tipos de cristales de nieve que pueden formarse en función de la humedad y del rango de temperaturas en que tiene lugar el proceso de crecimiento. Si nos fijamos en el diagrama, lo primero que salta a la vista es que si el ambiente no es muy húmedo –algo que viene representado en la parte inferior del mismo–, los cristales de nieve resultantes no son excesivamente complejos, con independencia de que el entorno no se encuentre a más o menos grados bajo cero. De este modo, se formarán prismas y placas hexagonales bastante elementales. Por el contrario, en un ambiente más rico en vapor de agua, los cristales se vuelven bastante más sofisticados y dan lugar a las espectaculares formas dendríticas, esto es, ramificadas, que tanto nos maravillan cuando los científicos y los aficionados nos las muestran bajo la luz del microscopio.
El diagrama de Nakaya también permite comprobar cómo las estrellitas de nieve pueden formarse tanto a temperaturas de entre 0 ºC y -3 ºC como en ambientes mucho más fríos, de -10 ºC a -22 ºC. Una vez más, cuanto más vapor de agua haya disponible –esto es, mayor saturación–, más grandes y complejas serán. Todas estas formas estrelladas tienen seis puntas, una consecuencia de la simetría hexagonal del hielo. Aunque a veces se representan con ocho, lo cierto es que no es posible encontrar un cristal de tal tipo en la naturaleza. A veces, sin embargo, se solapan dos de seis y dan lugar a una estructura dodecagonal.
Como hemos visto, los cristales de hielo parten siempre de una forma hexagonal básica de tamaño microscópico, pero crecen de manera diferente en función de las condiciones ambientales. Este hallazgo constituye, posiblemente, la principal contribución de Nakaya al conocimiento del microcosmos de la nieve. Tras fotografiar concienzudamente una enorme cantidad de copos, que había obtenido en su laboratorio, estableció una clasificación que consideraba nada menos que 41 tipos de cristales de nieve diferentes.
En 1952, la Comisión Internacional de Nieve y Hielo dio a conocer otro sistema de catalogación que establecía siete tipos básicos: platos o placas, estrellas, dendritas, columnas, columnas cubiertas –esto es, con tapa–, agujas y formas irregulares. Dentro de cada una de estas categorías se establecen, a su vez, distintas variedades, hasta completar todo el índice, que incluye también la nieve granulada y el granizo.
En 1966, los meteorólogos japoneses Choji Magono y Chung Woo Lee, de la Universidad de Hokkaido, presentaron a la comunidad científica el sistema de ordenación de cristales de nieve naturales más completo realizado hasta la fecha. Este describe ochenta variedades distintas, y entre todas ellas encontramos desde prismas simples hasta complejas dendritas estelares con forma de helecho, columnas huecas o placas dobles. Lo más habitual es que un copo de nieve contenga cristales de diferentes tipos, ya que durante su caída –y mientras los cristales crecen en el interior de las nubes– las condiciones de humedad y temperatura cambian. Esto da como resultado una extraordinaria variedad de formas. Los cristales de hielo microscópicos iniciales son extremadamente sensibles a los factores apuntados, por lo que basta una pequeña alteración de temperatura o una mayor o menor acumulación de vapor de agua para que el resultado final sea diferente. Aunque el grado de conocimiento actual nos permite comprender buena parte de los procesos implicados en la formación de los copos, el hecho de que su crecimiento sea un fenómeno no lineal, así como la enorme complejidad que conllevan algunos de esos procesos físicos, tales como la dinámica molecular, el desarrollo de inestabilidades, la formación de fractales o la microfísica que tiene lugar en la interfaz hielo-aire, hace que, en la práctica, sigamos siendo incapaces de predecir con exactitud cuál será la forma que adoptarán. Y es que, al igual que ellos, su perfecta simetría también se muestra escurridiza.