Kristali leda

u kristali leda Oduvijek su bili predmet proučavanja naučnika s obzirom na njihov osebujan i upečatljiv oblik. Ako ih pogledamo pod mikroskopom, možemo vidjeti da imaju spektakularne geometrijske oblike i zapanjujuće je zašto se ovi geometrijski oblici stvaraju u prirodi.

U ovom članku ćemo vam reći koji su zaključci različitih studija u vezi s kristalima leda i što je do danas otkriveno.

formiranje kristala leda

Visoko simetričan oblik je rezultat rasta rezervoara, gdje se voda taloži direktno na kristale leda i isparava. U zavisnosti od temperature i vlažnosti okoline, kristali leda mogu se razviti iz početnih heksagonalnih prizmi na mnogo simetričnih načina. Mogući oblici ledenih kristala su stupasti, igličasti, pločasti i dendritični. Ako kristal migrira u područje različitih uvjeta okoline, način rasta se može promijeniti i konačni kristal može pokazati mješovite modove.

Kristali leda imaju tendenciju da padaju sa svojim dugim osama vodoravno poravnatim, pa su stoga vidljivi na polarimetrijskim vremenskim radarima s poboljšanim (pozitivnim) vrijednostima diferencijalne refleksije. Opterećenje kristalima leda može uzrokovati poravnanja koja nisu horizontalna. Polarizirani vremenski radar također može dobro otkriti nabijene kristale leda. Temperatura i vlažnost određuju mnoge različite oblike kristala. Kristali leda su odgovorni za nekoliko atmosferskih optičkih manifestacija.

Zaleđeni oblaci su napravljeni od kristala leda, posebno cirusnih oblaka i ledene magle. Kristali leda u troposferi uzrokuju da plavo nebo postane blago bijelo, što bi mogao biti znak približavanja fronta (i kiše) jer se vlažan zrak diže i smrzava u kristale leda.

Pri normalnoj temperaturi i pritisku, molekule vode su u obliku slova V i dva atoma vodika su vezana za atome kisika pod uglom od 105°. Uobičajeni kristali leda su simetrični i heksagonalni

Kada se stisnu između dva sloja grafena, na sobnoj temperaturi formiraju se kvadratni kristali leda. Materijal je nova faza kristala leda koja se kombinuje sa 17 drugih leda. Istraživanje se nastavlja na ranije otkriće da vodena para i tečna voda mogu proći kroz slojeve laminiranog grafenskog oksida, za razliku od manjih molekula poput helijuma. Smatra se da je ovaj efekat izazvan van der Waalsovim silama, koje mogu uključivati ​​pritiske veće od 10.000 atmosfera.

studije o kristalima leda

Simulacije koje su na superkompjuteru MareNostrum u Barceloni izveli istraživači sa CSIC-a i Univerziteta Complutense u Madridu potvrdile su da ključ čudnog rasta kristala leda leži u njihovoj površinskoj strukturi.

Ledene površine mogu biti u tri različita stanja, sa različitim stepenom neuređenosti. Prelasci s jednog na drugi stvaraju nagle promjene stope rasta kako temperature rastu i objasniti različite načine (spljošten, heksagonalni ili oboje) od kristala leda ili snijega u atmosferi.

Ključ za ove specifične promjene i rast kristala je njihova površinska struktura. Studija koju su proveli istraživači Luis González MacDowell sa Univerziteta Complutense u Madridu (UCM), Eva Noya sa Instituta za fizičku hemiju Rocca Solano (IQFR) Visokog komesara za naučna istraživanja i Pablo Llombart iz obje institucije to donekle demonstrira. . Članak je objavljen u časopisu Science Advances.

"Razlog za ovu promjenu do sada je bio misterija", kaže González MacDowell, podsjećajući da je japanski istraživač Ukichiro Nakaya 1930-ih otkrio najmanje kristale leda, nazvane dijamantska prašina, u obliku heksagonalne prizme. Ove prizme mogu biti ravne, poput pastile, ili izdužene, poput olovke ili heksagonalne prizme, i mogu se transformirati iz jednog oblika u drugi na određenoj temperaturi.

Simulacije

Istraživači su primijetili da je na niskim temperaturama površina leda bila glatka i relativno uredna. Kada se molekuli pare sudare s površinom, ne mogu da nađu mesto da požure i brzo ispare, što čini rast kristala veoma sporim.

Ali na višim temperaturama, površina leda postaje neuređenija, s mnogo koraka. Molekuli pare mogu lako pronaći svoje mjesto na stepenicama, a kristali brzo rastu.

„Primijetili smo da ova promjena nije bila postepena, već se dogodila zbog vrlo specifične tranzicije koja se naziva topološka tranzicija. Ali ono što je led učinilo još neobičnijim bilo je to što je odjednom, kada se vanjski omotač kristala otopi, površina ponovo glatkija i neurednija", rekao je Noah.

Kada ponovo postane veoma glatka, rast kristala postaje veoma spor na toj strani kristala, ali ne i na drugoj strani. Odjednom neki rastu brzo, drugi rastu sporo, a oblik kristala se mijenja, kako je Nakatani uočio u eksperimentima prije više od 90 godina.

Simulacija u MareNostrumu

S obzirom na to da je led kompleksna supstanca koju je potrebno proučavati eksperimentalnim tehnikama zbog brzog isparavanja, simulacije su se provodile osam mjeseci na najvećem kompjuteru u Španiji, MareNostrum (BSC-CNS).

„Rad računanja nam je omogućio da odredimo putanju svakog molekula vode koji formira kristal; ali naravno, da bismo formirali mali kristal, potrebne su nam stotine hiljada molekula, tako da je količina proračuna potrebna za ovu studiju ogromna. kaže Llombart Say.

González MacDowell je zaključio da su ovi rezultati „veoma zanimljivi, ali naučna istraživanja uvijek moraju biti potvrđena novim proračunima i validacijama. Uprkos ovom oprezu, drago nam je što su naši napori urodili plodom u vidu zanimljivih rezultata, jer je bilo potrebno mnogo neuspješnih pokušaja da se dođe do sredstava.”

Osim toga, hemičar podsjeća da atmosferski snježni kristali igraju važnu ulogu u globalnom zagrijavanju: “Da bismo razumjeli utjecaj na klimatske promjene, moramo razumjeti njihov oblik i stopu rasta. Dakle, naše bolje razumijevanje nam omogućava da stavimo još jedan dio u slagalicu od više miliona dolara."

Nadam se da ćete uz ove informacije saznati više o kristalima leda i njihovim karakteristikama.