Ledové krystaly

přírodní ledový krystal

L ledové krystaly Vzhledem k jejich zvláštnímu a nápadnému tvaru byly vždy předmětem studia vědců. Když se na ně podíváme pod mikroskopem, vidíme, že mají velkolepé geometrické tvary a je zarážející, proč tyto geometrické tvary vznikají v přírodě.

V tomto článku vám řekneme, jaké jsou závěry různých studií souvisejících s ledovými krystaly a co bylo dosud objeveno.

tvorba ledových krystalků

geometrické útvary

Vysoce symetrický tvar je způsoben růstem nádrže, kde se voda ukládá přímo na ledové krystaly a odpařuje se. V závislosti na okolní teplotě a vlhkosti, ledové krystaly se mohou vyvíjet z počátečních šestihranných hranolů mnoha symetrickými způsoby. Možné tvary ledových krystalů jsou sloupcovité, jehlovité, deskovité a dendritické. Pokud krystal migruje do oblasti s odlišnými podmínkami prostředí, může se změnit režim růstu a konečný krystal může vykazovat smíšené režimy.

Ledové krystaly mají tendenci padat s jejich dlouhými osami zarovnanými vodorovně, a proto jsou viditelné na polarimetrických meteorologických radarech se zvýšenými (pozitivními) hodnotami diferenciální odrazivosti. Zatížení ledovými krystaly může způsobit jiné než horizontální zarovnání. Polarizovaný meteorologický radar dokáže dobře detekovat i nabité ledové krystaly. Teplota a vlhkost určují mnoho různých krystalických forem. Ledové krystaly jsou zodpovědné za několik atmosférických optických projevů.

Zmrzlé mraky jsou tvořeny ledovými krystaly, zejména cirry a mrazivou mlhou. Ledové krystaly v troposféře způsobují, že modrá obloha lehce zbělá, což by mohlo být známkou blížící se fronty (a deště), protože vlhký vzduch stoupá a mrzne do ledových krystalků.

Při normální teplotě a tlaku molekuly vody mají tvar V a dva atomy vodíku jsou navázány na atomy kyslíku pod úhlem 105°. Běžné ledové krystaly jsou symetrické a šestihranné

Při stlačení mezi dvěma vrstvami grafenu se při pokojové teplotě tvoří čtvercové ledové krystaly. Materiál je nová fáze ledových krystalů, která se kombinuje se 17 dalšími ledy. Výzkum navazuje na dřívější objev, že vodní pára a kapalná voda mohou procházet vrstvami laminovaného oxidu grafenu, na rozdíl od menších molekul, jako je helium. Předpokládá se, že tento efekt je řízen van der Waalsovými silami, které mohou zahrnovat tlaky přesahující 10.000 XNUMX atmosfér.

studie o ledových krystalech

tvorba ledových krystalů

Simulace provedené na superpočítači MareNostrum v Barceloně výzkumníky z CSIC a Complutense University v Madridu potvrdily, že klíč k podivnému růstu ledových krystalů spočívá v jejich povrchové struktuře.

Ledové plochy mohou být ve třech různých stavech s různou mírou neuspořádanosti. Přechody z jednoho do druhého způsobují náhlé změny rychlosti růstu s rostoucí teplotou a vysvětlují různé způsoby (zploštělé, šestiúhelníkové nebo obojí) z ledových nebo sněhových krystalů v atmosféře.

Klíčem k těmto specifickým změnám a růstu krystalů je jejich povrchová struktura. Studie provedená výzkumníky Luisem Gonzálezem MacDowellem z Complutense University of Madrid (UCM), Evou Noyou z Rocca Solano Institute of Physical Chemistry (IQFR) Vysokého komisaře pro vědecký výzkum a Pablo Llombartem z obou institucí to poněkud dokazuje. . Článek byl publikován v časopise Science Advances.

„Důvod této změny byl až dosud záhadou,“ říká González MacDowell a připomíná, že japonský badatel Ukichiro Nakaya objevil ve 1930. letech XNUMX. století nejmenší ledové krystaly, zvané diamantový prach, ve tvaru šestibokého hranolu. Tyto hranoly mohou být ploché, jako kosočtverec, nebo podlouhlé, jako tužka nebo šestihranný hranol, a mohou se transformovat z jednoho tvaru do druhého při určité teplotě.

Simulace

ledové krystaly

Vědci pozorovali, že při nízkých teplotách byl povrch ledu hladký a relativně uspořádaný. Když se molekuly páry srazí s povrchem, nemohou najít místo, kam by přispěchat a rychle se vypaří, což velmi zpomaluje růst krystalů.

Ale při vyšších teplotách se povrch ledu stává neuspořádanějším, s mnoha kroky. Molekuly páry mohou snadno najít své místo na schodech a krystaly rychle rostou.

"Pozorovali jsme, že tato změna nebyla postupná, ale nastala díky velmi specifickému přechodu zvanému topologický přechod. Ale to, co udělalo led ještě neobvyklejším, bylo to, že najednou, když vnější obal krystalu roztál, povrch je zase hladší a chaotický,“ řekl Noah.

Když se opět stane velmi hladkým, růst krystalu se na této straně krystalu velmi zpomalí, ale na druhé straně ne. Najednou některé rostou rychle, jiné pomalu a tvar krystalů se mění, jak Nakatani pozoroval v experimentech před více než 90 lety.

Simulace v MareNostrum

Vzhledem k tomu, že led je složitá látka, kterou je třeba kvůli rychlému odpařování studovat pomocí experimentálních technik, probíhají simulace po dobu osmi měsíců na největším počítači ve Španělsku MareNostrum (BSC-CNS).

„Výpočetní práce nám umožnila určit cestu každé molekuly vody, která tvoří krystal; ale samozřejmě, abychom vytvořili malý krystal, potřebujeme stovky tisíc molekul, takže množství výpočtů potřebné k provedení této studie je obrovské. říká Llombart Say.

González MacDowell dospěl k závěru, že tyto výsledky jsou „velmi zajímavé, ale vědecký výzkum musí být vždy potvrzen novými výpočty a validacemi. I přes tuto opatrnost nás těší, že naše snažení přineslo ovoce v podobě zajímavých výsledků, protože získání financí vyžadovalo mnoho neúspěšných pokusů.“

Chemik navíc připomíná, že atmosférické sněhové krystaly hrají důležitou roli v globálním oteplování: „Abychom pochopili dopad na změnu klimatu, musíme porozumět jejímu tvaru a rychlosti růstu. Takže naše lepší porozumění nám umožňuje vložit další dílek do skládačky mnoha milionů dolarů."

Doufám, že s těmito informacemi se dozvíte více o ledových krystalech a jejich vlastnostech.


Obsah článku se řídí našimi zásadami redakční etika. Chcete-li nahlásit chybu, klikněte zde.

Komentář, nechte svůj

Zanechte svůj komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Povinné položky jsou označeny *

*

*

  1. Odpovědný za údaje: Miguel Ángel Gatón
  2. Účel údajů: Ovládací SPAM, správa komentářů.
  3. Legitimace: Váš souhlas
  4. Sdělování údajů: Údaje nebudou sděleny třetím osobám, s výjimkou zákonných povinností.
  5. Úložiště dat: Databáze hostovaná společností Occentus Networks (EU)
  6. Práva: Vaše údaje můžete kdykoli omezit, obnovit a odstranit.

  1.   Přestat řekl

    Zajímavá a neuvěřitelná témata, která nám naše matka příroda předkládá, si musíme vážit, protože nám poskytují vědomosti, které baví fantazie... Je tak příjemné pozorovat ledové krystaly, které připomínají umělecké dílo... Zdravím