Foi preciso um vídeo do YouTube, um congelador de 20 graus negativos, e alguns estudantes de engenharia muito tolerantes ao frio para os investigadores finalmente descobrirem porque é que as bolhas de sabão geladas se assemelham ao brilho num globo de neve. O truque em si é uma popular experiência científica de inverno quando as temperaturas descem abaixo de zero: cabeça para fora, soprar uma bolha de sabão, mergulhá-la suavemente em alguma neve ou gelo, e ver como os cristais dançam no filme até que a coisa toda seja uma delicada bola de gelo. É visualmente deslumbrante – mas até muito recentemente, as pessoas não sabiam exactamente porque é que as bolhas congelam nesta forma particular e hipnotizante.
Normalmente, quando uma gota de água ou uma poça congela, começa a solidificar em gelo no ponto mais frio, onde entra em contacto com outra neve ou gelo. O gelo fresco congela a água vizinha, criando uma boa progressão ordeira através da poça chamada frente de congelação. Mas quando se congela uma bolha numa sala gelada, toda essa ordem sai rapidamente pela janela.
Começa a crescer normalmente, congelando de baixo, onde toca o gelo, em direcção ao topo, mas depois, de repente, centenas de frentes de congelação aparecem na superfície da bolha. “Parece um pouco como os cristais rodopiantes que se vêem num globo de neve de brinquedo. É por isso que lhe chamamos um efeito globo de neve”, diz Jonathan Boreyko, o co-autor de um novo artigo sobre o efeito globo de neve, publicado recentemente na revista Nature Communications.
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Boreyko, um engenheiro mecânico, lidera um laboratório na Virginia Tech que se concentra na forma como os fluidos se comportam – incluindo como as poças e as gotas congelam. Quando alguns dos seus alunos de graduação quiseram saber se conseguiam descobrir porque é que as bolhas nos vídeos populares do YouTube congelavam nesses padrões distintos, ele ficou entusiasmado. “Penso que esta é a primeira vez na minha vida que posso dizer que o meu trabalho foi inspirado pelo YouTube”, diz Boreyko. Durante anos, o aluno de pós-graduação Farzad Ahmadi e Christian Kingett, estudante universitário, juntava-se periodicamente em casacos e pedia emprestado o congelador de um laboratório vizinho – refrigerado a 20 graus negativos (quatro graus negativos Fahrenheit) – para depositar cuidadosamente bolhas de sabão no gelo usando pipetas.
Como resultado de todo aquele trabalho frio, descobriram que o efeito globo de neve era impulsionado por algo chamado fluxo Marangoni. “Isso é apenas conversa chique para basicamente, os fluidos fluem do quente para o frio numa interface”, diz Boreyko. À medida que as bolhas congelavam no congelador, a parte ainda líquida da bolha continuava a mover-se, arrancando cristais de gelo da frente de congelação crescente e atirando-os ao redor. Esses cristais de gelo criaram cada um a sua própria frente de congelação, tornando a superfície da bolha solidificada mais rapidamente.
Mas num congelador onde tudo está à mesma temperatura, como é que as partes da bolha aqueceram o suficiente para criar o fluxo? “Afinal, a resposta está no próprio congelamento”, diz Boreyko. “É muito contra-intuitivo para as pessoas não no campo, mas quando se congela a água, ela aquece-a realmente”. Aquele bocadinho de calor (geralmente apenas alguns graus) é suficiente para iniciar o sabão a subir em direcção ao topo da bolha, onde o congelador ainda o mantém frio.
Após os estudantes de graduação terem descongelado um pouco, tentaram a mesma experiência à temperatura ambiente, soprando novamente bolhas para um bloco de gelo. Os resultados foram muito diferentes, como se pode ver neste vídeo:
Em vez de congelar por completo, a meio da bolha a frente de congelação apenas… pára. O ar mais quente da sala mantém a bolha num purgatório estranho até que o ar começa a sair lentamente de pequenos buracos na metade congelada da bolha. Os buracos são tão pequenos, que Boreyko diz que demorou vários minutos para que algumas das bolhas meio congeladas colapsassem completamente.
As experiências têm resultados de aspecto selvagem, e se viver num clima frio, poderá ter a oportunidade de experimentar as experiências por si próprio este Inverno. Tudo o que precisa é de alguma solução de sabão, uma superfície fria (como a neve), e um dia em que o ar esteja abaixo de zero.
“É muito fácil para as pessoas fazerem e isso é parte da razão pela qual eu queria fazer isto”, diz Boreyko. “Qualquer pessoa pode ver os efeitos por si própria, e isto pode informar o porquê por detrás da beleza que está a ver, se estiver interessada em aprender mais sobre isso”.