Natürlich vorkommende Eiszapfen, oft in Form kreisförmiger Eiskerzen oder vielflächiger Eistürme (meist dreieckig), werden gelegentlich in Behältern mit gefrorenem Regen- oder Leitungswasser gefunden. Wasser dehnt sich um 9 % aus, wenn es zu Eis gefriert. Die einfachste Form eines Eiskristalls, die seine innere Struktur widerspiegelt, ist ein sechseckiges Prisma. Die Ober- und Unterseite des Kristalls sind sechseckige Ebenen, die Basalebenen genannt werden, und die Richtung, die senkrecht zu den Basalebenen verläuft, wird als c-Achse bezeichnet.
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Der Prozess beginnt, wenn sich Oberflächenwasser um Unregelmäßigkeiten herum bildet, wo es auf die Behälterwand trifft und nach innen gefriert. Wenn die c-Achse des ersten sich bildenden Kristalls nicht senkrecht ist, schneidet die Basalebene die Oberfläche entlang einer Linie senkrecht zur c-Achse und die Eisnadeln neigen dazu, sich entlang dieser Linie über die Oberfläche auszubreiten. Gleichzeitig wächst entlang der Basalebene ein Eisvorhang in das unterkühlte Wasser hinab. Wenn der Eisfilm den größten Teil der Oberfläche bedeckt, verschmelzen die Kristalle und werden fest an ihrem Platz fixiert, und die Eisschicht gefriert weiter zur Mitte hin, bis nur noch ein kleines Loch ungefroren bleibt. Die Kristallitvorhänge neigen dazu, sich in einem Winkel von 60 Grad zu verbinden, so dass das Loch oft dreieckig ist, obwohl auch andere geometrische Formen möglich sind. Die anhaltende Ausdehnung des Eises nach unten in das Wasser hinein drückt dann das restliche Wasser durch das Loch nach oben, und es bildet sich ein konvexer Meniskus, der sich etwas über die Oberfläche des Eises hinauswölbt. Wenn die Ränder des Meniskus gefrieren, bilden sie einen kleinen Damm, der das Wasser höher steigen lässt, und wenn es sich über dem Eisdamm ausdehnt, gefrieren die Ränder erneut und bilden einen weiteren Damm über dem ersten. Wenn die Ausdehnungsgeschwindigkeit des Wassers dieselbe ist wie die Gefriergeschwindigkeit am Rand des Lochs, wiederholt sich dieser Vorgang ständig und die aufeinanderfolgenden Schichten bilden eine Eisröhre. Das Wachstum der Röhre setzt sich auf diese Weise fort, bis die Spitze verschlossen oder das gesamte Wasser gefroren ist. Die Bildung von Eiszapfen hängt von der Form des Gewässers, der Konzentration der gelösten Verunreinigungen, der Lufttemperatur und der Zirkulation über dem Wasser ab. Spikes, die aus einem unter der Wasseroberfläche gebildeten Kristallit entstehen, können in einem steilen Winkel aus der Eisdecke herausragen, anstatt senkrecht dazu zu stehen.
Kleine Eisspikes können künstlich auf Eiswürfeln gebildet werden, die in Haushaltskühlschränken hergestellt werden; dazu wird destilliertes Wasser in Plastik-Eiswürfelschalen verwendet. Die Bildung des Spikes ähnelt der des natürlich vorkommenden Spikes insofern, als die Ausdehnung des Wassers im Inneren des Würfels und die Verringerung des Volumens im Inneren des Würfels den Druck auf das Wasser erhöhen und es durch das Loch nach oben drücken. Das Wachstum der Röhre hört auf, wenn der Tropfen am oberen Ende der Röhre vollständig gefriert, d. h. deutlich bevor das restliche Wasser im Würfel gefroren ist. Bei dieser Methode entstehen kleine Stacheln, die in der Regel einen runden oder dreieckigen Querschnitt mit scharfen Spitzen haben. Experimente mit dieser Methode wurden in Laboratorien durchgeführt, aber es wurde festgestellt, dass sich in Eiswürfeln aus nicht destilliertem Wasser weniger wahrscheinlich Spikes bilden, da Verunreinigungen im Wasser die Spike-Bildung hemmen. Libbrecht und Lui vermuten, dass sich bei den kleinen Spikes, die in einem Kühlschrank gezüchtet werden, die Verunreinigungen zunehmend in dem kleinen ungefrorenen Tröpfchen am oberen Ende der Röhre konzentrieren und so die Gefrierrate und damit das Wachstum der Röhre verringern. Sie glauben jedoch, dass in den seltenen Fällen, in denen außergewöhnlich große Spikes in natürlichen Eisformationen im Freien wachsen, ein anderer Mechanismus die Verunreinigungen entfernen muss, die sich an der Spitze der wachsenden Röhre ansammeln. Entweder werden die Verunreinigungen in Taschen gezwungen, die langsamer gefrieren, oder vielleicht ersetzt eine Konvektionsströmung, die bei den kleineren, künstlich gewachsenen Spikes unbedeutend wäre, das Wasser an der Spitze der Röhre durch frisches Wasser von unten.
Die Ergebnisse der am Caltech durchgeführten Arbeiten haben Experimente vorgeschlagen, die dieses Phänomen weiter aufklären könnten.