Els tipus de cristalls de neu

Si observem la neu que cau en diverses nevades d'una temporada veurem que la forma dels cristalls és molt variada; algunes vegades veurem cristalls dendrítics; d'altres, petites agulles; d'altres encara, cristalls dendrítics agregats en flocs o bé petites boletes anomenades neu rodona. Les formes dels cristalls de neu (també anomenades hàbits dels cristalls de neu) són molt variades, però segueixen sempre una simetria hexagonal.

Els cristalls de neu resulten de l'apilament de molècules d'aigua (H2O) seguint una distribució hexagonal (gel de tipus lh). En la figura, les boles blaves representen els àtoms d'oxigen i les barres grises representen els àtoms d'hidrogen (modificat de Libbrecht 2003).

En realitat, l'aigua pot cristal·litzar en 14 tipus de gel estable (molts més tipus que qualsevol altre sòlid conegut), i això vol dir que hi ha 14 maneres de distribuir les molècules d'aigua en l'espai. Totes aquestes formes, excepte el tipus de gel anomenat gel lh, cristal·litzen en condicions molt especials, en temperatures extremes o pressions molt altes. Normalment, són formes de gel amb empaquetaments molt atapeïts, és a dir, que les molècules d'aigua es disposen molt juntes. A temperatura ambient, la forma estable del gel és l'anomenada lh, que correspon a una simetria hexagonal. Aquesta simetria prové de forces químiques que determinen els angles entre les cares dels cristalls: a temperatura ambient, la simetria hexagonal maximitza les forces d'atracció entre les molècules i minimitza les forces de repulsió.

La forma dels cristalls de neu depèn essencialment de dos factors: de la humitat i de la temperatura dins el núvol. Per exemple, si el núvol es troba al voltant de -5ºC es formen petites agulles, i al voltant de -15ºC es formen plaques. En general, la complexitat de la forma dels cristalls de neu augmenta amb l'increment de la humitat. En la figura següent podeu observar la dependència de la forma dels cristalls de neu de la temperatura i de la humitat.

Cada cristall, però, es pot trobar dins el núvol amb diferents condicions d'humitat i de temperatura. El seu creixement s'adaptarà en cada moment a les condicions ambientals dominants. Per aquesta raó trobem formes tan complexes a partir de les quals, fins i tot, podem arribar a deduir les condicions ambientals dins el núvol que han format el cristall.

En el següent diagrama s'observa la dependència de la forma dels cristalls de neu de dos paràmetres: la humitat i la temperatura. El més fàcil d'observar és que com més humitat, més complexos són els cristalls de neu que es formen dins el núvol, i en com la temperatura controla el creixement dels cristalls de gel en els diferents eixos de la simetria hexagonal.

Aquest gràfic, reproduït nombroses vegades, va ser fet per primercop per Uckichiro Nakaya's als anys cinquanta; nosaltres l'hem modificat de Libbrecht (2003).

Les formes dels cristalls de neu són infinites, de fet és impossible trobar-ne dos d'iguals. En el següent quadre es presenta una classificació de les formes naturalsdels cristalls de neu realitzada per Magono el 1966.

La neu que no cau del cel

Hi ha un tipus de neu que no es forma als núvols; és el que s'anomena gebre de superfície, que vindria a ser l'equivalent sòlid de la rosada. El gebre de superfície pot arribar a formar capes gruixudes sobre el mantell nival, és molt important identificar-les per a predir el perill d'allaus (MacClung 1993).

Perquè es formi el gebre de superfície fan falta dues condicions ambientals: d'una banda, en l'aire hi ha d'haver suficient vapor d'aigua i, de l'altra, hi ha d'haver un fort gradient de temperatura just a la part superficial del mantell nival, és a dir, la superfície del mantell ha d'estar molt més freda, per sota del punt de congelació, que l'aire que té per sobre. En aquestes condicions, la pressió de vapor d'aigua de l'aire és molt superior a la de la superfície de la neu. El vapor d'aigua de l'aire cristal·litzarà sobre la superfície del mantell nival i farà créixer progressivament els cristalls de gebre de superfície.

Les condicions òptimes per formar el gebre de superfície es donen en nits fredes, sense núvols (fins i tot la presència de cirrus alts pot impedir-ne la formació) i sense vent, en les quals el mantell nival perd escalfor per radiació cap a l'espai i es refreda. Situacions amb inversions tèrmiques (de subsidència) just per sobre els cims faciliten el procés (Esteban 2007). Com a curiositat s'observa que en les zones còncaves és difícil que es formi el gebre, ja que sembla que les radiacions d'ona llarga que surten d'una de les parets de la concavitat xoquen a la paret del davant i no poden escapar cap a l'espai; en aquest cas, el refredament és menys important que en els terrenys plans.

Com en el cas dels cristalls de neu, el gebre de superfície és format per gel lh, per tant, per cristalls hexagonals. En les fotografies següents es pot veure molt clarament el creixement hexagonal dels cristalls de gebre.