Ледени кристали

Лос ледени кристали Те винаги са били обект на изследване от учените поради тяхната особена и поразителна форма. Ако ги погледнем под микроскоп, можем да видим, че имат грандиозни геометрични форми и е поразително защо тези геометрични фигури се генерират в природата.

В тази статия ще ви разкажем какви са изводите от различни изследвания, свързани с ледените кристали и какво е открито до момента.

образуване на ледени кристали

Силно симетричната форма се дължи на растежа на резервоара, където водата се отлага директно върху ледени кристали и се изпарява. В зависимост от температурата и влажността на околната среда, ледените кристали могат да се развият от първоначалните шестоъгълни призми по много симетрични начини. Възможните форми на ледените кристали са колоновидни, игловидни, пластиновидни и дендритни. Ако кристалът мигрира към регион с различни условия на околната среда, режимът на растеж може да се промени и крайният кристал може да покаже смесени режими.

Ледените кристали са склонни да падат с дългите си оси, подравнени хоризонтално, и по този начин се виждат на поляриметрични метеорологични радари с повишени (положителни) диференциални стойности на отражение. Натоварването с ледени кристали може да причини подравнявания, различни от хоризонталните. Поляризираният метеорологичен радар също може да открива добре заредени ледени кристали. Температурата и влажността определят много различни кристални форми. Ледените кристали са отговорни за няколко атмосферни оптични прояви.

Замръзналите облаци са направени от ледени кристали, особено перестите облаци и замръзващата мъгла. Ледените кристали в тропосферата карат синьото небе да стане леко бяло, което може да е знак за приближаващ фронт (и дъжд), тъй като влажният въздух се издига и замръзва в ледени кристали.

При нормална температура и налягане, водните молекули имат V-образна форма и два водородни атома са свързани с кислородни атоми под ъгъл от 105°. Обикновените ледени кристали са симетрични и шестоъгълни

Когато се компресират между два слоя графен, се образуват квадратни ледени кристали при стайна температура. Материалът е нова фаза на ледени кристали, която се комбинира със 17 други леда. Изследването е продължение на по-ранно откритие, че водната пара и течната вода могат да преминават през листове от ламиниран графенов оксид, за разлика от по-малките молекули като хелий. Смята се, че този ефект се задвижва от силите на Ван дер Ваалс, които могат да включват налягане над 10.000 XNUMX атмосфери.

изследвания върху ледени кристали

Симулациите, извършени на суперкомпютъра MareNostrum в Барселона от изследователи от CSIC и университета Complutense в Мадрид, потвърдиха, че ключът към странния растеж на ледените кристали се крие в тяхната повърхностна структура

Ледените повърхности могат да бъдат в три различни състояния с различна степен на разстройство. Преходите от едно към друго създават резки промени в темповете на растеж при повишаване на температурите и обясняват различните начини (сплескани, шестоъгълни или и двете) от ледени или снежни кристали в атмосферата.

Ключът към тези специфични кристални промени и растеж е тяхната повърхностна структура. Проучване, проведено от изследователи Luis González MacDowell от университета Complutense в Мадрид (UCM), Eva Noya от Института по физична химия Rocca Solano (IQFR) на Върховния комисар за научни изследвания и Pablo Llombart от двете институции показва това донякъде. . Статията е публикувана в списанието Science Advances.

„Причината за тази промяна досега е била загадка“, казва Гонзалес Макдауъл, припомняйки, че японският изследовател Укичиро Накая открива през 1930-те години на миналия век най-малките ледени кристали, наречени диамантен прах, с форма на шестоъгълна призма. Тези призми могат да бъдат плоски, като таблетка за смучене, или удължени, като молив или шестоъгълна призма, и могат да се трансформират от една форма в друга при определена температура.

Симулации

Изследователите отбелязват, че при ниски температури повърхността на леда е гладка и сравнително подредена. Когато молекулите на парата се сблъскат с повърхността, те не могат да намерят място, където да се втурнат и бързо се изпаряват, което прави растежа на кристалите много бавен.

Но при по-високи температури ледената повърхност става по-неподредена, с много стъпки. Парните молекули могат лесно да намерят своето място на стъпалата, а кристалите растат бързо.

„Наблюдавахме, че тази промяна не е постепенна, а се е случила поради много специфичен преход, наречен топологичен преход. Но това, което направи леда още по-необичаен, беше, че изведнъж, когато външната обвивка на кристала се разтопи, повърхността отново стана по-гладка и по-разхвърляна“, каза Ноа.

Когато отново стане много гладък, растежът на кристала става много бавен от тази страна на кристала, но не и от другата страна. Изведнъж някои растат бързо, други растат бавно и формата на кристалите се променя, както Накатани наблюдава в експерименти преди повече от 90 години.

Симулация в MareNostrum

Като се има предвид, че ледът е сложно вещество, което трябва да бъде изследвано с помощта на експериментални техники поради бързото му изпаряване, симулациите са проведени в продължение на осем месеца на най-големия компютър в Испания, MareNostrum (BSC-CNS).

„Изчислителната работа ни позволи да определим пътя на всяка водна молекула, която образува кристала; но разбира се, за да образуваме малък кристал, имаме нужда от стотици хиляди молекули, така че количеството изчисления, необходими за извършване на това изследване, е огромно. казва Ломбарт Сей.

Гонзалес Макдауъл заключи, че тези резултати са „много интересни, но научните изследвания винаги трябва да бъдат потвърдени от нови изчисления и валидации. Въпреки тази предпазливост, ние сме доволни, че усилията ни дадоха плод под формата на интересни резултати, защото бяха необходими много неуспешни опити за получаване на финансиране.“

Освен това химикът припомня, че атмосферните снежни кристали играят важна роля в глобалното затопляне: „За да разберем въздействието върху изменението на климата, трябва да разберем неговата форма и темп на растеж. Така че нашето по-добро разбиране ни позволява да поставим още едно парче в пъзела за милиони долари."

Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за ледените кристали и техните характеристики.