Los investigadores han desarrollado un nuevo método para detectar y estudiar cómo se forma el hielo en nubes de fase mixta, lo que aumenta significativamente la capacidad de los científicos para pronosticar el tiempo y modelar el cambio climático.
«Las nubes son vitales para el clima y el ciclo del agua de la Tierra , ya que influyen tanto en las precipitaciones como en el equilibrio energético del planeta», afirmó Devendra Pal, investigadora postdoctoral y profesora de cursos temporales en el Departamento de Ciencias Atmosféricas y Oceánicas de McGill. «Sin embargo, las nubes de fase mixta son difíciles de comprender y modelar, en parte porque los investigadores aún desconocen por completo cómo se forman en ellas los cristales de hielo más pequeños ni cómo se comportan a lo largo del tiempo».
«Al observar cómo estos nanocristales se forman, crecen y dispersan la luz solar, podemos mejorar la precisión de los pronósticos meteorológicos y los modelos climáticos «, dijo Pal, quien codirigió el estudio con Parisa Ariya, profesora James McGill de Química y Ciencias Atmosféricas y Oceánicas.
«Este descubrimiento es importante para todos aquellos afectados por los cambios en los patrones climáticos , desde agricultores y urbanistas hasta equipos de respuesta ante desastres y responsables de políticas climáticas», afirmó Pal.
El trabajo se publica en la revista npj Climate and Atmospheric Science .
Los cristales de hielo a escala nanométrica eran demasiado pequeños para observarlos directamente.
Las nubes de fase mixta contienen tanto cristales de hielo como gotitas de líquido superenfriado, o gotitas de agua que permanecen líquidas a temperaturas inferiores a 0 °C.
La formación de hielo en las nubes comienza con partículas nucleadoras de hielo (INP), diminutas partículas suspendidas en el aire, a menudo de escala nanométrica, que actúan como precursores de la congelación. Estas INP desencadenan la formación de cristales de hielo que pueden crecer desde nanómetros hasta milímetros.
Hasta ahora, estos cristales de hielo a escala nanométrica eran demasiado pequeños para observarlos directamente o distinguirlos de sus contrapartes líquidas en tiempo real. En cambio, los científicos debían inferir si una partícula era hielo basándose en su límite de tamaño o analizar cómo dispersaba la luz mediante un método llamado relación de polarización.
Un nuevo instrumento para observar la formación de hielo en tiempo real
Para superar este desafío, el equipo desarrolló la Cámara de Nucleación de Hielo en Tiempo Real de McGill (MRINC). Esta cámara simula las condiciones de las nubes en el laboratorio mediante un control preciso de la temperatura y la humedad.
«En esta cámara, introdujimos partículas de yoduro de plata (AgI), conocidas por desencadenar la formación de hielo , y ajustamos cuidadosamente el entorno para replicar condiciones similares a las de las nubes», dijo Pal.
Los investigadores utilizaron una técnica de imágenes láser llamada microscopía holográfica digital para observar la formación de cristales de hielo en tiempo real, algo previamente imposible a esta escala. Las imágenes holográficas resultantes se analizaron mediante un software con inteligencia artificial, que determinó al instante si cada partícula era un cristal de hielo o una gota de líquido, y evaluó su tamaño, forma y textura superficial.
«Esta es la primera vez que se captura información microfísica tan detallada a esta escala y con tanto detalle», afirmó Pal.
Ariya añadió: «Debido a la falta de tecnología, ningún modelo de cambio climático pudo predecir con precisión estos cristales de hielo más pequeños. MRINC nos permite avanzar en nuestra comprensión de los procesos de interacción entre la nucleación del hielo, la radiación y el cambio climático».
Próxima parada: Nubes naturales
Los hallazgos abren una nueva ventana a las primeras etapas de la formación de hielo en las nubes, con implicaciones para las observaciones de nubes por satélite, los estudios de precipitaciones e incluso la siembra de nubes, una forma de modificación manual del clima.
Como siguiente paso, los miembros del equipo están adaptando el sistema MRINC para estudios de campo a bordo de aeronaves de investigación y observatorios de montaña. También están perfeccionando el instrumento para hacerlo aún más preciso y adaptable a diferentes condiciones atmosféricas. Estas mejoras permitirán a los investigadores rastrear cómo diversas partículas, como la contaminación, el polvo o el humo de los incendios forestales, afectan la formación de hielo.
«En última instancia, nuestro objetivo es proporcionar datos en tiempo real que fortalezcan tanto la ciencia del clima como la previsión meteorológica operativa», añadió Pal.
Más información: Devendra Pal et al., Detección microfísica de nanonúcleos de hielo a cristales de hielo: una plataforma para la investigación de la nucleación del hielo, npj Climate and Atmospheric Science (2025). DOI: 10.1038/s41612-025-01062-4
