Naturligt förekommande isspikar, ofta i form av cirkulära isljus eller polyedriska istorn (vanligen triangulära), hittas ibland i behållare med fruset regn- eller kranvatten. Vatten expanderar med 9 % när det fryser till is och den enklaste formen på en iskristall som återspeglar dess inre struktur är ett sexkantigt prisma. Kristallens över- och undersida är hexagonala plan som kallas basalplan och riktningen som är vinkelrät mot basalplanet kallas c-axeln.
Play media
Processen börjar när ytvattnet bildar kärnor kring oregelbundenheter där det möter behållarens vägg och fryser inåt. Om c-axeln i den första kristallen som bildas inte är vertikal, skär basalplanet ytan längs en linje vinkelrätt mot c-axeln och isnålar tenderar att fortplanta sig över ytan längs denna linje. Samtidigt växer en ridå av is ner i det underkylda vattnet längs basalplanet. När isfilmen växer och täcker större delen av ytan smälter kristallerna samman och fixeras styvt på plats och isskivan fortsätter att frysa mot mitten tills endast ett litet hål förblir ofruset. Kristallitridåerna har en tendens att ansluta sig i en vinkel på 60 grader och därför är hålet ofta triangulärt, även om andra geometriska former är möjliga. Den fortsatta expansionen av isen nedåt i vattnet pressar sedan det återstående vattnet upp genom hålet och det bildas en konvex menisk som buktar ut något högre än isens yta. När meniskens kanter fryser till is bildar de en liten damm som får vattnet att stiga högre och när det expanderar ovanför isdammen fryser kanterna till is igen och bildar ytterligare en damm ovanpå den första. Om vattnets expansionshastighet är densamma som fryshastigheten vid hålets kant, upprepas denna process kontinuerligt och de på varandra följande lagren bildar ett rör av is. Rörets tillväxt fortsätter på detta sätt tills spetsen förseglas eller tills allt vatten är fruset. Bildandet av istappar är relaterat till vattenkroppens form, koncentrationen av lösta föroreningar, lufttemperaturen och cirkulationen ovanför vattnet. Spikar som växer från en kristallit som bildats under vattenytan kan skjuta ut från isflaket i en brant vinkel, snarare än vinkelrätt mot det.
Små isspikar kan bildas på konstgjord väg på iskuber som produceras i hushållskylskåp; med hjälp av destillerat vatten i iskuberbrickor av plast. Bildandet av spikar liknar det som sker vid naturligt förekommande spikar genom att expansionen av det inre vattnet och minskningen av volymen i kubens inre ökar trycket på vattnet och trycker det uppåt genom hålet. Rörets tillväxt upphör när droppen i toppen av röret fryser helt och hållet, vilket är betydligt innan resten av vattnet i kuben fryser. Denna metod ger små spikar som vanligtvis är runda eller triangulära i tvärsnitt med vassa spetsar. Försök med denna metod har utförts i laboratoriemiljöer, men det har visat sig att det är mindre sannolikt att spikar bildas i iskuber gjorda av icke-destillerat vatten, eftersom föroreningar i vattnet hämmar spikbildningen. Libbrecht och Lui har föreslagit att när det gäller de små spikar som odlas i ett kylskåp kommer orenheterna att bli alltmer koncentrerade i den lilla ofrusna droppen högst upp i röret, vilket minskar frysningstakten och därmed rörets tillväxt. De tror dock att i de sällsynta fall då exceptionellt stora spikar växer i naturliga isformationer utomhus måste någon annan mekanism avlägsna de orenheter som byggs upp i toppen av det växande röret. Antingen tvingas orenheterna in i fickor som fryser långsammare, eller så kanske ett konvektivt flöde, som skulle vara obetydligt i de mindre, artificiellt växande spikarna, ersätter vattnet i toppen av röret med färskt vatten underifrån.
Resultaten av det arbete som utförts vid Caltech har gett förslag på experiment som ytterligare skulle kunna belysa detta fenomen.