Rejubilie os amantes de gelados. Dr. Freeze entregou a sua opus magnum.
Para que conste, Stephen Morris, um professor de física da Universidade de Toronto, não se intitula Dr. Freeze. Mas pela sua própria admissão, ele é obcecado por icicles. Ele os observou no ambiente e os cultivou em seu laboratório. Ele acumulou milhares de fotos e centenas de vídeos de icicles se formando sob diferentes condições.
E ele tentou – e ainda está tentando – desvendar a teoria subjacente que rege sua essência fria e pontiaguda.
E agora ele está dando tudo de si.
Ele o chama de Atlas do Icicle. É uma base de dados online que inclui quase todas as suas pesquisas sobre icicle até hoje, e é grátis para qualquer um usar sem restrições, sejam eles cientistas, artistas ou designers de cartões de Natal.
É uma quantidade invulgar de dados científicos para tornar público – o equivalente a mais de 200 DVDs – todos dedicados a iciclos. Nunca existiu nada parecido. E em uma época em que os físicos normalmente ganham prêmios Nobel por estudar partículas invisíveis e fenômenos que estão muito além do alcance dos sentidos humanos, é apenas um pouco rebelde.
“Estou interessado em padrões na natureza em geral”, diz o Prof. Morris, cuja área de especialização é oficialmente chamada de física experimental não linear, mas que pode ser tão facilmente descrita como a ciência da experiência cotidiana.
“Estou altamente motivado a entender coisas que vejo à minha frente… coisas que são aparentes para todos, mas que são relativamente inexplicáveis.”
E quando o Prof. Morris anda pelo campus e pelas ruas do bairro de Toronto onde ele vive, o que ele vê à sua frente são iciclos.
Veja o processo hipnotizante de construir um Atlas de iciclos
ICLE PLANET
A primeira coisa a apreciar sobre os icicles é que, embora sejam um fenómeno natural, não são facilmente encontrados na natureza.
Dê um passeio de Inverno na floresta e encontrará gelo e neve em todo o lado, mas poucos icicles. Viaje através do sistema solar e você vai detectar água congelada em praticamente todos os recantos, desde a superfície fraturada da lua de Júpiter Europa até as profundezas das crateras permanentemente sombreadas em Mercúrio assado ao sol. Mas sem icicles.
Apenas aqui na Terra – e, na sua maioria, apenas nas cidades do norte – os icicles são uma característica relativamente comum. Isto porque os icicles requerem duas coisas: uma atmosfera que permita a existência de água, e as condições certas onde essa água está pingando, e pode ser coaxada para transferir calor suficiente para o ar para congelar.
Em ambientes puramente naturais, tais circunstâncias só surgem onde a água está perto do ponto de congelamento e em movimento vertical, como ao redor de cachoeiras, ou infiltrando-se ao longo de faces de penhascos que podem formar cascatas congeladas.
Mas tais lugares são raros. Foi a chegada da paisagem urbana que tornou o nosso mundo de gelo amigável. Uma típica cidade canadense do século XIX é essencialmente uma máquina gigantesca para a geração de gelo. Se é água pingando que você precisa, você simplesmente não consegue vencer aqueles beirados salientes e telhados mal isolados.
Isso explica porque existem tantos icicles nas partes mais antigas de Ottawa, Montreal e Toronto, entre outros lugares. E porque ele vive em uma parte do mundo que é otimizada para a produção de gelo, parece inevitável que os icicles acabariam por chamar a atenção do Prof. Morris.
A VERDADE SEGURA
Iciclos são inerentemente interessantes para os físicos, porque ao contrário da órbita da lua ou da estrutura de um átomo, não existe uma teoria física que preveja com segurança suas formas e características precisas, dado um conjunto particular de condições iniciais. E o problema não é apenas acadêmico. Os ciclones pertencem a um conjunto maior de fenômenos que são igualmente desafiadores de prever e mitigar, desde o crescimento de granizo até a acumulação de gelo nas asas dos aviões, linhas de energia e pontes.
Em resumo, os icicles oferecem “um problema científico bem definido e compacto, com aplicações práticas”, diz Lasse Makkonen, um cientista principal do Centro de Pesquisa Técnica VTT da Finlândia em Espoo.
Dr. Makkonen está entre o punhado de cientistas que se debruçaram sobre os detalhes da estrutura e comportamento do gelo. A partir dos anos 80, ele desenvolveu uma descrição matemática do crescimento do gelo que ajuda a explicar por que os picles são longos e pontiagudos.
Embora o senso comum dite que a água deve estar congelando a uma taxa igual em todas as partes de um gelo, é claro que a ponta cresce mais rápido do que os lados – até 20 vezes mais rápido, diz o Dr. Makkonen. Isto porque a ponta de um pingente de gelo forma um tubo oco que cresce dentro da gota de água onde ela se estreita. Como a gota cai periodicamente, ela transporta o calor e expõe a ponta ao ar. O ar então rouba mais calor e promove mais crescimento de gelo.
Dr. Makkonen lembra-se de ter chegado à conclusão no papel de que os pingos de gelo devem ter pontas ocas e depois sair para testá-lo no mundo real um dia.
“Peguei numa agulha de pinheiro e empurrei-a para a ponta de um pingente de gelo. Foi em todo o caminho, cerca de cinco centímetros. Foi uma sensação engraçada: Eu só notei, sem surpresa. Tinha que ser assim”
Later, Raymond Goldstein e colegas da Universidade de Cambridge na Grã-Bretanha propuseram uma teoria para a forma de um pingente de gelo – ou melhor, o ideal platônico de um pingente de gelo. Embora a teoria reproduzisse a longa forma pontiaguda, havia características que ela não podia reproduzir, incluindo ondulações.
Todos os iciclos encontrados na “natureza” têm superfícies onduladas, com a distância entre cada ondulação ondulada sendo em média de cerca de um centímetro. Este número é notavelmente consistente, independentemente da temperatura e taxa de fluxo.
Ondulações de gelo foram estudadas por pesquisadores japoneses no Instituto de Ciências de Baixa Temperatura em Hokkaido. Em uma publicação de 2002, eles postaram que as ondulações se formam por causa de uma “instabilidade superficial” na água que flui por um pingente de gelo – um leve desvio que tende a crescer com o tempo. Mas quanto ao porquê dessa instabilidade, os pesquisadores japoneses não puderam dizer.
Foi nesse ponto, a partir de 2008, que o Prof. Morris tomou posse do mistério do gelo – ou talvez vice-versa.
A MÁQUINA DE CICLOS
A chave para a física dos iciclos só pode ser descoberta com dados, o Prof. Morris decidiu, e bastante.
Mas esperar por iciclos para formar ao ar livre não é uma abordagem conveniente nem adequada para um estudo controlado. Trabalhando com um aluno de pós-graduação, Antony Szu-Han Chen, o Prof. Morris decidiu construir uma máquina de gelo em seu laboratório.
No exterior, a máquina parece uma caixa de isopor com uma janela estreita para uma câmera capturar imagens do que está dentro. Ali, paredes refrigeradas fecham um espaço refrigerado de cerca de um metro de altura com uma cavilha giratória de madeira no topo, na qual a água gelada é gotejada lentamente e onde os pingos de gelo podem crescer. A rotação equaliza os efeitos das correntes de ar na caixa e permite que a câmera capture todos os lados de um pingente de gelo à medida que ele se desenvolve. Muitas outras modificações evoluíram para garantir que a máquina possa cultivar iciclos de forma confiável.
“Todos dizem que parece um projeto de feira de ciências, mas é enganosamente complicado”, diz ele.
A máquina permitiu que o Prof. Morris e o Sr. Chen fizessem o que ninguém tinha feito antes de forma sistemática: cultivar iciclos, uma e outra vez, sob uma ampla gama de condições. Eles tiraram muitas e muitas fotos.
Eventualmente, eles descobriram algo que ninguém tinha percebido antes: As ondulações dos icebergs são causadas por impurezas, como sais, na água. Quando a água destilada é usada na máquina de gelo, as ondulações desaparecem e os pingos de gelo acabam parecendo muito mais o ideal platônico do Dr. Goldstein.
Adicionar apenas uma quantidade mínima de sal, cerca de duas partes em 100.000 – o que é menos do que a impureza total da água normal da torneira – e as ondulações voltam.
O trabalho é “deslumbrante”, diz o Dr. Goldstein, “porque as respostas são tão inesperadas”
Prof. Morris também usou a máquina para cultivar iciclos que são decididamente não-platônicos, com formas agachadas, ondulações extensas e múltiplas ramificações ou “pernas”. Todos esses exemplos podem ser encontrados no Atlas do Gelo, formando um repositório de formas de gelo bem medidas.
Mas o objetivo maior ainda não foi alcançado: um conjunto de equações matemáticas que antecipa corretamente a gama completa de formas de gelo e as circunstâncias sob as quais elas aparecerão.
“Eu vou chegar lá”, diz o Prof. Morris sobre a teoria elusiva dos icicles. “Este é um projeto de longo prazo.”
O ATLAS
Prof. As descobertas de Morris têm atraído a atenção para além da comunidade de pesquisa. Pessoas ao redor do mundo enviaram-lhe fotos de icicles em diferentes estados de crescimento. Uma vez um empresário se aproximou dele sobre como fazer icicles com sabor que poderiam ser cultivados em uma loja. (É mais difícil do que parece e não é muito saboroso.) Mais tarde nesta primavera, o conjunto musical de Toronto Continuum apresentará uma peça que foi parcialmente inspirada nos icicles do Prof. Morris.
Foi este apelo estético dos icicles que o obrigou a tornar seus dados públicos sem restrições, “Espero ser surpreendido com o que as pessoas fazem com ele”, diz ele.
Para alguns, a resposta será simplesmente navegar nas páginas digitais do Atlas e assistir a vídeos de icicles crescendo na máquina do Prof. Morris. Eles estão hipnotizando.
Eles também nos lembram que há outro ponto para os icicles – além do óbvio. Como subprodutos do nosso calor desperdiçado, eles são a prova da nossa persistência e até mesmo da nossa prosperidade diante de uma estação fria e imperdoável. É uma forma de beleza espontânea que acontece porque nós estamos aqui para testemunhá-la.
Considerar o gelo, diz Stephen Morris, e regozijar-se.