¿Por qué algunos carámbanos se convierten en vieiras en lugar de picos?

La densidad del agua puede tener efectos peculiares que los investigadores aún están descubriendo. Por ejemplo, nuevos experimentos muestran que los carámbanos sumergidos en agua líquida pueden derretirse en tres formas diferentes. En qué se convierten depende de la temperatura del agua.

Leif Ristroph es matemático en la ciudad de Nueva York. Formó parte de un equipo en la Universidad de Nueva York que mantuvo carámbanos ultra puros en su lugar. Cada cilindro mide 30 cm (11,8 pulgadas) de largo. Generalmente, cuanto más frío es el líquido, más denso es. Pero el agua dulce es más densa a 4 grados Celsius (39,2 grados Fahrenheit). A temperaturas más bajas, el agua se vuelve menos densa. Para probar cómo esto podría afectar el derretimiento del hielo, los investigadores sumergieron sus tanques de hielo en agua a una temperatura de 2 °C a 10 °C (35,6 °F a 50 °F).

Ristroph ahora informa que «casi todo» sobre el experimento fue sorprendente.

El hielo se derrite en picos suaves hacia abajo cuando se coloca en un enfriador de agua por debajo de los 5 °C (41 °F). Cuando los investigadores usaron computadoras para modelar este comportamiento, reveló «algo extraño», dijo Ristroph. “El agua líquida fría cerca del hielo en realidad flota.” Quiere flotar porque es menos densa que el resto del agua en el tanque. El flujo ascendente del agua de deshielo atrae el agua caliente más cerca del fondo del hielo. Esto hace que el hielo cerca del fondo se derrita más rápido que el de arriba.

Lo contrario es cierto cuando la temperatura del agua está por encima de los 7 °C (44,6 °F). Ahora el hielo forma un pico hacia arriba. El agua más fría cerca del hielo ahora es más densa que el cuerpo de agua que lo rodea. Entonces el agua más fría se hundirá. El modelo de computadora explicó que esto atrae agua más caliente en la parte superior del hielo, lo que hace que se derrita más rápido que en la parte inferior.

Entre aproximadamente 5 °C y 7 °C, el hielo se derrite en una columna en forma de abanico. «Básicamente, el agua ensucia», dijo Ristroph. Termina formando capas de diferentes densidades. Algunas capas tienden a elevarse mientras que otras se hunden. en el final, El agua se organiza en un «vórtice o vórtice de fluido». Esto deja «ondas extrañas en el hielo», observó.

El 28 de enero, su equipo Cartas de revisión física.

no es el final de la historia

«Nuestro Laboratorio de Matemáticas Aplicadas estudia la dinámica de fluidos», dijo Ristroph. El trabajo fue su «primera incursión en el hielo», dijo. Se necesita más trabajo para comprender la compleja combinación de factores que pueden desencadenar las diferentes formas que el hielo forma en la naturaleza a medida que se derrite.

Señaló que el agua en estas pruebas estaba «completamente tranquila» al comienzo de los experimentos. Pero en la naturaleza, todo tipo de cosas pueden producir movimiento: animales que nadan, barcos llenos de gente, carga, etc.

A continuación, Ristroph planea estudiar qué sucede con el hielo cuando la salinidad, o la salinidad, del agua de mar cambia con la temperatura.

También comenzó a investigar qué sucede cuando se coloca una botella de hielo en el tanque sin asegurarla en su lugar. Este hielo libre puede «moverse o voltearse», señala Ristroph. Su equipo tenía curiosidad por cómo todo este movimiento afecta la forma del hielo derretido, ya sea un cubo de vidrio o un iceberg en alta mar.

El estudio del hielo contiene «un hermoso conjunto de preguntas», dijo Ristroph. «Creo que puedes pasar toda tu carrera en el hielo y nunca tener nada que hacer».