Vârfurile de gheață de origine naturală, adesea sub forma unor lumânări de gheață circulare sau a unor turnuri de gheață poliedrice (de obicei triunghiulare), se găsesc ocazional în recipientele cu apă de ploaie înghețată sau apă de robinet. Apa se dilată cu 9% atunci când îngheață în gheață și cea mai simplă formă a unui cristal de gheață care reflectă structura sa internă este o prismă hexagonală. Fețele de sus și de jos ale cristalului sunt planuri hexagonale numite planuri bazale, iar direcția care este perpendiculară pe planurile bazale se numește axa c.
Play media
Procesul începe atunci când apa de suprafață se nuclează în jurul unor neregularități unde întâlnește peretele recipientului și îngheață spre interior. Dacă axa c a primului cristal care se formează nu este verticală, planul bazal intersectează suprafața de-a lungul unei linii perpendiculare pe axa c, iar acele de gheață tind să se propage pe suprafață de-a lungul acestei linii. În același timp, o perdea de gheață se dezvoltă în jos în apa supraîncălzită de-a lungul planului bazal. Pe măsură ce pelicula de gheață crește până la a acoperi cea mai mare parte a suprafeței, cristalele se contopesc și se fixează rigid pe loc, iar stratul de gheață continuă să înghețe spre mijloc până când doar o mică gaură rămâne neînghețată. Perdelele de cristalite tind să se unească la un unghi de 60 de grade și astfel gaura este adesea triunghiulară, deși sunt posibile și alte forme geometrice. Expansiunea continuă a gheții în jos în apă presează apoi apa rămasă în sus prin gaură și se formează un menisc convex care se umflă puțin mai sus decât suprafața gheții. Pe măsură ce marginile meniscului îngheață, ele creează un mic baraj care face ca apa să se ridice mai sus și, pe măsură ce se extinde deasupra barajului de gheață, marginile îngheață din nou pentru a forma un alt baraj peste primul. Dacă rata de expansiune a apei este aceeași cu rata de îngheț la buza găurii, atunci acest proces se repetă continuu și straturile succesive formează un tub de gheață. Creșterea tubului continuă în acest fel până când vârful se închide sau până când toată apa este înghețată. Formarea vârfurilor de gheață este legată de forma corpului de apă, de concentrația de impurități dizolvate, de temperatura aerului și de circulația deasupra apei. Vârfurile care cresc dintr-un cristalit format sub suprafața apei se pot proiecta din stratul de gheață într-un unghi abrupt, mai degrabă decât perpendicular pe acesta.
Vârfurile de gheață mici pot fi formate artificial pe cuburile de gheață produse în frigiderele domestice; folosind apă distilată în tăvițe de plastic pentru cuburi de gheață. Formarea spike-ului este similară cu cea a spike-ului natural în sensul că expansiunea apei din interior și, reducerea volumului din interiorul cubului, cresc presiunea asupra apei împingând-o în sus prin gaură. Creșterea tubului încetează atunci când picătura din partea superioară a tubului îngheață în întregime, ceea ce se întâmplă cu mult înainte ca restul apei din cub să înghețe. Această metodă produce țepi mici, care au de obicei o secțiune transversală rotundă sau triunghiulară cu vârfuri ascuțite. Experimentele care utilizează această metodă au fost efectuate în laborator, dar s-a constatat că este mai puțin probabil să se formeze vârfuri în cuburile de gheață fabricate din apă nedestilată, deoarece impuritățile din apă inhibă formarea vârfurilor. Libbrecht și Lui au sugerat că, în cazul micilor spițe cultivate într-un frigider, impuritățile se vor concentra din ce în ce mai mult în mica picătură necongelată din partea superioară a tubului, reducând rata de îngheț și, prin urmare, creșterea tubului. Cu toate acestea, ei cred că, în rarele ocazii în care țepușe excepțional de mari cresc în formațiuni de gheață naturale, în aer liber, un alt mecanism trebuie să elimine impuritățile care se acumulează în partea de sus a tubului în creștere. Fie impuritățile sunt forțate să intre în buzunare care îngheață mai lent, fie poate că un flux convectiv, care ar fi nesemnificativ în cazul vârfurilor mai mici, crescute artificial, înlocuiește apa din vârful tubului cu apă proaspătă de jos.
Rezultatele lucrărilor efectuate la Caltech au sugerat experimente care ar putea elucida mai bine acest fenomen.
.