PowderPeople | Jürg Trachsel, investigador de nieve de SLF

Un sistema frontal empuja aire húmedo desde el noroeste hacia los Alpes. Las moléculas de agua que una vez nadaron en el Atlántico se arremolinan, junto con polvo fino, polen y otras partículas pequeñas que son arrastradas hacia arriba por el viento y la turbulencia.

El aire que fluye hacia nosotros golpea el borde de los Alpes y tiene que moverse hacia arriba, enfriándose en el proceso. Esto hace que la humedad relativa aumente hasta el punto de saturación. Las moléculas individuales de agua comienzan a congelarse en las partículas de polvo existentes y gradualmente forman una gran nube gris de polvo que activa la alarma del norte.

Las partículas de hielo no están dispuestas al azar, sino que forman una rejilla regular. A presión normal, este entramado tiene una estructura hexagonal. En el compuesto, los átomos de una molécula de agua reaccionan a la carga de los átomos de las moléculas vecinas y se disponen de la forma energéticamente más favorable posible. Seis moléculas de agua forman así un minúsculo prisma hexagonal, el componente básico de todo copo de nieve.

Debido a las condiciones de la nube (sobresaturación), las moléculas que siguen volando libremente tienden a unirse a los minicristales hexagonales. Esto significa que al prisma de base hexagonal le crecen gradualmente brazos desde las esquinas (crecimiento dendrítico), que a su vez pueden desarrollar ramas. Dependiendo de la temperatura y la humedad, se forman las clásicas estrellas de copo de nieve del libro ilustrado u otras estructuras hexagonales, como pequeñas plaquetas o agujas.

La singularidad proverbial y real de los copos de nieve resulta de las diferencias mínimas en las condiciones ambientales de la nube y de las grandes fluctuaciones de temperatura, presión y humedad que atraviesa un cristal en su camino a través de la nube. Incluso los cambios más pequeños dan lugar a cristales con formas diferentes y cada copo sigue un camino distinto a través de la nube: las turbulencias hacen que los copos individuales vuelvan a elevarse y los guían a través de diferentes capas de aire.

La nieve como objeto de investigación

En las últimas décadas ya se ha dado respuesta a muchas preguntas sobre la formación de los copos de nieve y la física de la nieve. Sin embargo, no todo se ha aclarado. Hoy en día, la atención se centra en las propiedades específicas de los materiales, como la fractura y la mecánica del flujo, que desempeñan un papel importante en la previsión de avalanchas, por ejemplo, o los procesos de intercambio entre el manto de nieve y la atmósfera, que son relevantes en la investigación del clima.

Utilizar sobre el terreno una muestra de nieve con ftalato de dietilo es una forma de proteger estas estructuras durante el transporte. Así se rellenan las cavidades entre los cristales de nieve y se les da soporte. El producto químico se endurece y, cuando el hielo se evapora en el laboratorio, queda una imagen negativa de la estructura, que puede analizarse posteriormente. Sin embargo, este método sólo es adecuado para analizar la estructura física de la nieve. Cuando se trata de analizar sustancias químicas, hay que evitar cualquier contaminación externa.

Transportar sus muestras también es un reto para Jürg Trachsel. Realiza algunas de sus mediciones y experimentos en el emplazamiento de medición de SLF en el Weissfluhjoch (2550 metros sobre el nivel del mar). La gran ventaja de este lugar es que está equipado con un gran número de sensores. De este modo, él y otros investigadores disponen de datos sobre el tiempo, el balance de radiación y las temperaturas de la superficie y del suelo sin tener que recogerlos individualmente.

Jürg registra todos los meses el perfil completo de la nieve en el campo de medición, que en su caso es algo más complejo que un "perfil de esquiador". Vestido con un traje protector blanco, rellena individualmente cada capa de nieve en un tubo de plástico. Los tubos se cierran herméticamente y deben enviarse al PSI de Villigen AG, un lugar distante, lo antes posible y sin que se derritan. Para ello, se embalan cuidadosamente con elementos de refrigeración y varias capas de aislamiento. A continuación, la caja se baja esquiando hasta el valle. Y gracias al (normalmente) excelente sistema de transporte público, en tren hasta el PSI.

Polvo del laboratorio

¡Sin embargo, la nieve natural no es adecuada para todos los experimentos! En la investigación básica, en particular, puede ser ventajoso disponer de nieve lo más definida y uniforme posible como material de partida. Por eso, no toda la nieve que Jürg utiliza en sus experimentos de laboratorio procede de nubes de nieve del norte que crecen en estado salvaje. Algunas muestras proceden de una "nube" artificial, ajustable con precisión, que vive permanentemente en uno de los laboratorios de frío del SLF, el llamado SnowMaker. En la cámara climática de temperatura regulada que alberga el SnowMaker, la temperatura es de -24 °C tanto en verano como en invierno. En lugar de bata de laboratorio, Jürg lleva un grueso traje de expedición de plumón.

Lo primero que llama la atención tras la pesada puerta aislada son las cajas de poliestireno blanco que contienen muestras de nieve de todo el mundo. El resto de la sala está ocupado por el SnowMaker. La nube artificial zumba en el frío y se parece más a un voluminoso armario que a una nube. El concepto fue ideado originalmente por un investigador japonés de la nieve en los años setenta. Martin Schneebeli, investigador de la nieve en la SLF, optimizó la nube artificial a lo largo de los años. El principio básico sigue siendo el mismo: el aire frío fluye sobre el agua caliente y se sobresatura en el proceso.

Al igual que el aire polar, que se enriquece con humedad al pasar sobre el Atlántico Norte, comparativamente más cálido, el aire del soplador SnowMaker también absorbe humedad al pasar sobre un charco de agua caliente: el agua se calienta a temperaturas de unos 30°C y el aire que aspira el soplador tiene la misma temperatura que el aire ambiente del laboratorio frío, es decir, -24°C. La fuerte diferencia de temperatura favorece el proceso de evaporación.

La nieve de laboratorio ayuda a comprender la naturaleza

La muestra que se acaba de producir se coloca en una cámara climática más pequeña. Junto con las muestras del campo de medición, se expone a un gradiente de temperatura. Esto significa que la temperatura debajo de la muestra es unos grados más alta que en la superficie. En la naturaleza se dan exactamente las mismas condiciones: mientras que el suelo bajo la capa de nieve está constantemente a cero grados durante todo el invierno, la superficie está más fría debido al clima. Esta diferencia de temperatura hace que los cristales de nieve se transformen y cambien completamente de forma sin fundirse. Esta recristalización no sólo puede dar lugar a capas débiles que pueden resultar problemáticas para los esquiadores, sino que también influye en la distribución de las impurezas contenidas en la nieve, el campo de investigación de Jürg. Algunas sustancias son transportadas a la superficie, otras quedan firmemente atrapadas en los cristales de nieve. Con los experimentos en el laboratorio, las observaciones de la naturaleza pueden verificarse y los procesos individuales pueden estudiarse con gran detalle.

¿Polvo artificial también para esquiar?

El entusiasmo de Jürg por la nieve también es evidente fuera del trabajo: en su tiempo libre, se le puede encontrar en la nieve con la misma frecuencia, ya sea de forma privada en excursiones de esquí, como líder con la JO Brugg o simplemente en la pista. Por supuesto, su afinidad por el "oro blanco" desempeña un papel en su elección de trabajo y trabajar en la SLF, donde casi todo gira en torno a la nieve, es el doble de emocionante si a uno mismo le gusta estar en la nieve.

Cuando se le pregunta si algún día será posible producir nieve en polvo para las pistas, Jürg lo descarta. La capacidad es demasiado pequeña y el consumo de energía de la nube artificial es demasiado alto. Pero en realidad está bastante contento: No es tan fácil engañar a la naturaleza. Por eso le parece tan importante que todos sigamos trabajando para proteger nuestro medio ambiente. Porque sólo si hace suficiente frío en las próximas décadas podrá la nube de deshielo del norte traernos no sólo lluvia, sino también polvo de verdad.