Iskrystaller

masse iskrystaller De har altid været genstand for undersøgelser af videnskabsmænd på grund af deres ejendommelige og slående form. Hvis vi ser på dem under et mikroskop, kan vi se, at de har spektakulære geometriske former, og det er slående, hvorfor disse geometriske former er genereret i naturen.

I denne artikel vil vi fortælle dig, hvad konklusionerne af forskellige undersøgelser relateret til iskrystaller er, og hvad der er blevet opdaget til dato.

dannelse af iskrystaller

Den meget symmetriske form skyldes reservoirvækst, hvor vand aflejres direkte på iskrystaller og fordamper. Afhængigt af den omgivende temperatur og luftfugtighed, iskrystaller kan udvikle sig fra de indledende sekskantede prismer på mange symmetriske måder. De mulige former for iskrystaller er søjleformede, nåleformede, pladeformede og dendritiske. Hvis krystallen migrerer til et område med forskellige miljøforhold, kan væksttilstanden ændre sig, og den endelige krystal kan vise blandede tilstande.

Iskrystaller har en tendens til at falde med deres lange akser justeret vandret og er således synlige på polarimetriske vejrradarer med forbedrede (positive) differentielle reflektansværdier. Iskrystalbelastning kan forårsage andre justeringer end vandret. Polariseret vejrradar kan også godt registrere ladede iskrystaller. Temperatur og luftfugtighed bestemmer mange forskellige krystalformer. Iskrystaller er ansvarlige for flere atmosfæriske optiske manifestationer.

Frosne skyer er lavet af iskrystaller, især cirrusskyer og frysende tåge. Iskrystaller i troposfæren får den blå himmel til at blive let hvid, hvilket kan være et tegn på en nærmer sig front (og regn), når fugtig luft stiger op og fryser til iskrystaller.

Ved normal temperatur og tryk, vandmolekyler er V-formede og to brintatomer er bundet til oxygenatomer i en vinkel på 105°. Almindelige iskrystaller er symmetriske og sekskantede

Når de komprimeres mellem to lag grafen, dannes firkantede iskrystaller ved stuetemperatur. Materialet er en ny iskrystalfase, der kombineres med 17 andre is. Forskningen følger efter en tidligere opdagelse af, at vanddamp og flydende vand kan passere gennem plader af lamineret grafenoxid, i modsætning til mindre molekyler som helium. Denne effekt menes at være drevet af van der Waals-kræfter, som kan involvere tryk på over 10.000 atmosfærer.

undersøgelser af iskrystaller

Simuleringer udført på MareNostrum-supercomputeren i Barcelona af forskere fra CSIC og Complutense University of Madrid har bekræftet, at nøglen til den mærkelige vækst af iskrystaller ligger i deres overfladestruktur

Isoverflader kan være i tre forskellige tilstande med varierende grader af uorden. Passager fra den ene til den anden skaber bratte ændringer i vækstrater i takt med at temperaturen stiger og forklare de forskellige måder (fladet, sekskantet eller begge dele) fra is- eller snekrystaller i atmosfæren.

Nøglen til disse specifikke krystalændringer og vækst er deres overfladestruktur. En undersøgelse udført af forskerne Luis González MacDowell fra Complutense University of Madrid (UCM), Eva Noya fra Rocca Solano Institute of Physical Chemistry (IQFR) af højkommissæren for videnskabelig forskning og Pablo Llombart fra begge institutioner viser dette noget. . Artiklen blev publiceret i tidsskriftet Science Advances.

"Årsagen til denne ændring har indtil nu været et mysterium," siger González MacDowell og minder om, at den japanske forsker Ukichiro Nakaya i 1930'erne opdagede de mindste iskrystaller, kaldet diamantstøv, formet som et sekskantet prisme. Disse prismer kan være flade, som en sugetablet, eller aflange, som en blyant eller et sekskantet prisme, og kan omdannes fra en form til en anden ved en bestemt temperatur.

Simuleringer

Forskerne observerede, at ved lave temperaturer var isoverfladen glat og relativt velordnet. Når dampmolekylerne kolliderer med overfladen, de kan ikke finde et sted at skynde sig ind og hurtigt fordampe, hvilket gør krystalvæksten meget langsom.

Men ved højere temperaturer bliver isoverfladen mere uordnet, med mange trin. Dampmolekyler kan nemt finde deres plads på trapperne, og krystaller vokser hurtigt.

"Vi observerede, at denne ændring ikke var gradvis, men opstod på grund af en meget specifik overgang kaldet en topologisk overgang. Men det, der gjorde isen endnu mere usædvanlig, var, at pludselig, da den ydre skal af krystallen smeltede, er overfladen igen glattere og rodere," sagde Noah.

Når det bliver meget glat igen, bliver krystalvæksten meget langsom på den side af krystallen, men ikke på den anden side. Pludselig vokser nogle hurtigt, andre vokser langsomt, og formen på krystallerne ændrer sig, som Nakatani observerede i eksperimenter for mere end 90 år siden.

Simulering i MareNostrum

I betragtning af at is er et komplekst stof, der skal studeres ved hjælp af eksperimentelle teknikker på grund af dets hurtige fordampning, er der i otte måneder blevet udført simuleringer på den største computer i Spanien, MareNostrum (BSC-CNS).

"Beregningsarbejdet har gjort det muligt for os at bestemme stien for hvert vandmolekyle, der danner krystallen; men selvfølgelig, for at danne en lille krystal, har vi brug for hundredtusindvis af molekyler, så mængden af ​​beregning, der kræves for at udføre denne undersøgelse, er enorm. siger Llombart Say.

González MacDowell konkluderede, at disse resultater er "meget interessante, men videnskabelig forskning skal altid bekræftes af nye beregninger og valideringer. På trods af denne forsigtighed er vi glade for, at vores indsats har givet pote i form af interessante resultater, for det har krævet mange mislykkede forsøg at få finansiering.”

Derudover minder kemikeren om, at atmosfæriske snekrystaller spiller en vigtig rolle i den globale opvarmning: "For at forstå indvirkningen på klimaændringer er vi nødt til at forstå deres form og væksthastighed. Så vores bedre forståelse giver os mulighed for at lægge endnu en brik i puslespillet på flere millioner dollars."

Jeg håber, at du med denne information kan lære mere om iskrystaller og deres egenskaber.