Los picos de hielo que se producen de forma natural, a menudo en forma de velas de hielo circulares o torres de hielo poliédricas (normalmente triangulares), se encuentran ocasionalmente en contenedores de agua de lluvia o de grifo congelada. El agua se expande un 9% al congelarse en hielo y la forma más sencilla de un cristal de hielo que refleja su estructura interna es un prisma hexagonal. Las caras superior e inferior del cristal son planos hexagonales llamados planos basales y la dirección perpendicular a los planos basales se llama eje c.
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El proceso comienza cuando el agua de la superficie se nuclea alrededor de las irregularidades donde se encuentra con la pared del recipiente y se congela hacia dentro. Si el eje c del primer cristal que se forma no es vertical, el plano basal interseca la superficie a lo largo de una línea perpendicular al eje c y las agujas de hielo tienden a propagarse por la superficie a lo largo de esta línea. Al mismo tiempo, una cortina de hielo crece hacia abajo en el agua sobreenfriada a lo largo del plano basal. A medida que la película de hielo crece hasta cubrir la mayor parte de la superficie, los cristales se fusionan y se fijan rígidamente en su lugar y la lámina de hielo continúa congelándose hacia el centro hasta que sólo queda un pequeño hueco sin congelar. Las cortinas de cristalitos tienden a unirse en un ángulo de 60 grados, por lo que el agujero suele ser triangular, aunque son posibles otras formas geométricas. La continua expansión del hielo hacia abajo en el agua hace que el agua restante suba por el agujero y se forme un menisco convexo que sobresale ligeramente de la superficie del hielo. Cuando los bordes del menisco se congelan, crean una pequeña presa que hace que el agua suba más y, al expandirse por encima de la presa de hielo, los bordes vuelven a congelarse para formar otra presa encima de la primera. Si la velocidad de expansión del agua es la misma que la de congelación en el labio del agujero, este proceso se repite continuamente y las sucesivas capas forman un tubo de hielo. El crecimiento del tubo continúa de esta manera hasta que la punta se sella o hasta que toda el agua se congela. La formación de picos de hielo está relacionada con la forma de la masa de agua, la concentración de impurezas disueltas, la temperatura del aire y la circulación por encima del agua. Las espigas que crecen a partir de un cristalito formado bajo la superficie del agua pueden sobresalir de la capa de hielo en un ángulo pronunciado, en lugar de ser perpendiculares a ella.
Pueden formarse artificialmente pequeñas espigas de hielo en los cubos de hielo producidos en los frigoríficos domésticos; utilizando agua destilada en bandejas de hielo de plástico. La formación de la espiga es similar a la de la espiga que se produce de forma natural en el sentido de que la expansión del agua interior y, la reducción del volumen en el interior del cubo, aumentan la presión sobre el agua empujándola hacia arriba a través del agujero. El crecimiento del tubo cesa cuando la gota de la parte superior del tubo se congela por completo, lo que ocurre sustancialmente antes de que se congele el resto del agua del cubo. Este método produce pequeños picos que suelen ser redondos o triangulares en sección transversal con puntas afiladas. Se han realizado experimentos con este método en el laboratorio, pero se ha descubierto que es menos probable que se formen puntas en los cubitos de hielo fabricados con agua no destilada, ya que las impurezas del agua inhiben la formación de puntas. Esto plantea la cuestión de cómo se forman las puntas de hielo de forma natural en el agua del grifo o de la lluvia y, Libbrecht y Lui han sugerido que, en el caso de las pequeñas puntas cultivadas en un frigorífico, las impurezas se concentrarán cada vez más en la pequeña gota no congelada de la parte superior del tubo reduciendo la velocidad de congelación y, por tanto, el crecimiento del tubo. Sin embargo, creen que en las raras ocasiones en las que crecen espigas excepcionalmente grandes en formaciones de hielo natural al aire libre, algún otro mecanismo debe eliminar las impurezas que se acumulan en la parte superior del tubo en crecimiento. O bien las impurezas son forzadas a entrar en bolsas que se congelan más lentamente, o tal vez un flujo convectivo, que sería insignificante en las espigas más pequeñas crecidas artificialmente, sustituye el agua de la parte superior del tubo por agua fresca procedente de la parte inferior.
Los resultados del trabajo realizado en Caltech han sugerido experimentos que podrían dilucidar más este fenómeno.