Hielo

Hielo, agua en estado sólido. Ciertas formas congeladas de otras sustancias como el dióxido de carbono, también se conocen como hielo. El hielo es incoloro y transparente y cristaliza en el sistema hexagonal. Su punto de fusión es de 0 °C; el agua pura también se solidifica a 0 °C, pero el hielo sólo se formará a 0 °C si el agua está turbia o contaminada con polvo u otros objetos.

Una propiedad importante del hielo es que se expande al solidificarse. A 0 °C tiene una densidad relativa de 0,9168 comparada con la densidad 0,9998 g/cm³ del agua a la misma temperatura. Como resultado, el hielo flota en el agua. Debido a que el agua se expande al solidificarse, un aumento de la presión tiende a transformar el hielo en agua, y por lo tanto a descender el punto de fusión del hielo. Este efecto no es muy marcado para los aumentos ordinarios de presión. Por ejemplo, a una presión 100 veces la presión atmosférica normal, el punto de fusión del hielo es sólo 1 °C menor que a una presión normal. A presiones más altas, sin embargo, se forman varias modificaciones alotrópicas o alótropos (diferentes formas de un elemento existentes en el mismo estado físico) del hielo. Estas formas se designan como Hielo II, Hielo III, Hielo V, Hielo VI y Hielo VII. El hielo ordinario es el Hielo I. Esos alótropos son más densos que el agua y sus puntos de fusión aumentan al aumentar la presión. A unas 6.000 atmósferas, el punto de fusión vuelve a ser de 0 °C, y a una presión de 20.000 atmósferas, el punto de fusión se eleva por encima de los 80 °C.

La expansión del agua al solidificarse tiene efectos geológicos importantes. El agua que se introduce en las grietas diminutas de las rocas de la superficie terrestre crea una enorme cantidad de presión al solidificarse, y parte o rompe las rocas. Esta acción del hielo desempeña un papel importante en la erosión.

Estas propiedades de solidificación del agua explican la forma en que se congelan las masas de agua al aire libre. Cuando la temperatura de la superficie de una masa de agua al aire libre desciende hasta el punto de solidificación, el agua de la superficie se hace más densa, y por lo tanto se hunde, siendo reemplazada por agua más caliente que está debajo. Con el tiempo, toda la masa de agua alcanza una temperatura uniforme de 4,0 °C, el punto en que el agua tiene su densidad máxima. Si el agua sigue enfriándose, su densidad disminuye, y acaba por formarse hielo en la superficie. Debido a estas diferencias de densidad, las masas de agua se solidifican desde arriba hacia abajo, y no al contrario.

Sin embargo, en los ríos se forma a veces hielo debajo de la superficie. En las noches frías de invierno, una corriente que fluye rápidamente puede enfriarse muy por debajo de 0 °C debido a su contacto con el aire. Dicha agua ‘sobreenfriada’, mezclada con las capas más cálidas de debajo, produce una masa esponjosa de cristales de hielo conocida como frazil (‘hielo en aguas’). A veces, las masas de frazil aposentadas bajo las superficies de hielo en aguas más quietas, pueden obstruir una corriente y causar inundaciones. Otra forma de hielo debajo de la superficie es el hielo anclado, que se forma alrededor de las rocas en los lechos de los ríos. Durante las noches frías, las rocas pueden enfriarse lo suficiente como para congelar el agua que fluye a su alrededor. Cuando el sol calienta las rocas durante el día, las masas de hielo anclado pueden desprenderse y subir a la superficie de la corriente. Ver Nieve.

Cuando un glaciar o capa de hielo llega al mar, el movimiento del hielo acaba sumergiendo el extremo del glaciar dentro del agua, que es más profunda que el espesor del hielo del glaciar. Partes de ese extremo del glaciar se rompen y forman unas masas flotantes conocidas como icebergs o banquisas. Los icebergs tienen a menudo tamaños enormes, y pueden alcanzar una altura de 90 a 150 m por encima de la superficie del mar. Sin embargo, aproximadamente un 90% de la masa de un iceberg está debajo de la superficie del agua. Los icebergs son muy comunes en las regiones árticas y antárticas, y a menudo son transportados a latitudes más bajas por las corrientes marinas, especialmente en el Atlántico norte. Todos los icebergs del Atlántico norte proceden de los glaciares de Groenlandia y han llegado a ser vistos a 3.200 km de su origen. Después del hundimiento del Titanic, 16 naciones instituyeron una patrulla para controlar los icebergs en el Atlántico norte. Se la conoce como la Patrulla del Hielo, y sigue la pista de los icebergs e informa a los barcos de su posición.