Los científicos analizan en detalle los cambios moleculares que se producen al congelar las gotas de agua superenfriadas
Los investigadores han podido observar en detalle cómo las gotas de agua se transforman en hielo a temperaturas bajo cero, lo que proporciona información valiosa sobre la formación de nubes y la precipitación.
Un estudio de la Universidad de Hawái en Mānoa sobre la congelación de gotas de agua suspendidas en el aire arroja luz sobre un proceso clave en el ciclo del agua de la Tierra: la transformación del agua superenfriada en hielo.
La investigación, que se llevó a cabo mediante una novedosa cámara de levitación ultrasónica refrigerada criogénicamente, captura cambios a nivel molecular en tiempo real durante el proceso de congelación, imitando las condiciones de la atmósfera terrestre. Esta innovadora configuración permite a los investigadores observar cómo las gotas de agua se transforman en hielo a temperaturas bajo cero, lo que proporciona información valiosa sobre la formación de nubes y la precipitación.
Esta investigación se vincula a un esfuerzo más amplio de los investigadores de UH Mānoa y sus colaboradores para abordar los desafíos climáticos a través de un proyecto para desarrollar tecnologías de refrigerantes sostenibles.
"Al descubrir los mecanismos de congelación del agua superenfriada, abrimos caminos para innovaciones en química de baja temperatura y tecnologías de enfriamiento amigables con el clima", dijo el profesor del Departamento de Química de UH Mānoa, Ralf I. Kaiser. "Esta investigación tiene particular importancia para Hawái, donde las soluciones de enfriamiento sustentable son vitales para abordar los desafíos ambientales y energéticos únicos de la región".
Los resultados de la investigación fueron publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences, recientemente.
Al recrear las condiciones atmosféricas, incluidas las variaciones de presión y temperatura, el estudio también abre la puerta a futuros experimentos que involucren gases traza químicamente reactivos, avanzando en nuestra comprensión de la nucleación del hielo (el proceso mediante el cual el hielo comienza a formarse, comenzando con pequeños cristales de hielo que se desarrollan en agua superenfriada) en escenarios realistas.
Comprender las interacciones moleculares que impulsan la formación de hielo puede ayudar a refinar los modelos de dinámica de nubes y patrones de precipitación, los cuales desempeñan un papel crítico en la predicción de los cambios meteorológicos y climáticos.
El proyecto sobre refrigerantes se centra en reducir las emisiones nocivas de los sistemas de calefacción y refrigeración, que contribuyen en gran medida a la emisión global de gases de efecto invernadero. Al integrar los hallazgos de estudios como la investigación sobre las gotas de agua, los científicos pueden predecir mejor cómo interactúan los nuevos refrigerantes con las partículas de hielo atmosférico, lo que en última instancia sirve de base para innovaciones respetuosas con el clima.
Referencia
Souvick Biswas et al, Simulating atmospheric freezing of single aqueous droplets to ice in a cryogenically cooled ultrasonic levitator, Proceedings of the National Academy of Sciences (2025). DOI: 10.1073/pnas.2425543122