Jääkristallid

osa jääkristallid Neid on teadlaste omapärase ja silmatorkava kuju tõttu alati uurinud. Kui vaatame neid mikroskoobi all, näeme, et neil on suurejoonelised geomeetrilised kujundid ja on hämmastav, miks need geomeetrilised kujundid looduses tekivad.

Selles artiklis räägime teile, millised on erinevate jääkristallidega seotud uuringute järeldused ja mida on tänaseks avastatud.

jääkristallide moodustumine

Väga sümmeetriline kuju on tingitud reservuaari kasvust, kus vesi ladestub otse jääkristallidele ja aurustub. Olenevalt ümbritseva õhu temperatuurist ja niiskusest, jääkristallid võivad algsetest kuusnurksetest prismadest areneda mitmel sümmeetrilisel viisil. Jääkristallide võimalikud kujud on sambakujulised, nõelakujulised, plaadikujulised ja dendriitsed. Kui kristall migreerub erinevate keskkonnatingimustega piirkonda, võib kasvurežiim muutuda ja lõplik kristall võib näidata segatüüpe.

Jääkristallid kipuvad langema nii, et nende pikad teljed on horisontaalselt joondatud, ja on seega nähtavad polarimeetrilistel ilmaradaritel, millel on täiustatud (positiivsed) diferentsiaalpeegelduse väärtused. Jääkristallide laadimine võib põhjustada muid joondusi kui horisontaalne. Polariseeritud ilmaradar suudab hästi tuvastada ka laetud jääkristalle. Temperatuur ja niiskus määravad palju erinevaid kristallivorme. Jääkristallid vastutavad mitmete atmosfääri optiliste ilmingute eest.

Jääkristallidest koosnevad külmunud pilved, eriti rünkpilved ja jääkülma udu. Jääkristallid troposfääris muudavad sinise taeva kergelt valgeks, mis võib olla märk lähenevast frondist (ja vihmast), kuna niiske õhk tõuseb ja külmub jääkristallideks.

Normaalsel temperatuuril ja rõhul, veemolekulid on V-kujulised ja kaks vesinikuaatomit on seotud hapnikuaatomitega 105° nurga all. Tavalised jääkristallid on sümmeetrilised ja kuusnurksed

Kahe grafeenikihi vahel kokkusurumisel tekivad toatemperatuuril kandilised jääkristallid. Materjaliks on uus jääkristalli faas, mis ühineb 17 muu jääga. Uuring järgneb varasemale avastusele, et veeaur ja vedel vesi võivad erinevalt väiksematest molekulidest nagu heelium läbida lamineeritud grafeenoksiidi lehti. Arvatakse, et seda mõju põhjustavad van der Waalsi jõud, mis võivad hõlmata rõhku üle 10.000 XNUMX atmosfääri.

uuringud jääkristallide kohta

CSICi ja Madridi Complutense ülikooli teadlaste simulatsioonid Barcelonas superarvutis MareNostrum on kinnitanud, et jääkristallide kummalise kasvu võti peitub nende pinnastruktuuris.

Jääpinnad võivad olla kolmes erinevas olekus, erineva korratuse astmega. Üleminekud ühest teise tekitavad järske muutusi kasvumäärad temperatuuri tõustes ja selgitavad erinevaid viise (tasane, kuusnurkne või mõlemad) atmosfääri jää- või lumekristallidest.

Nende spetsiifiliste kristallide muutuste ja kasvu võti on nende pinna struktuur. Uuring, mille viisid läbi teadlased Luis González MacDowell Madridi Complutense ülikoolist (UCM), Eva Noya Rocca Solano Füüsikalise Keemia Instituudist (IQFR) Teadusuuringute Ülemkomissarist ja Pablo Llombart mõlemast institutsioonist näitavad seda mõnevõrra. . Artikkel avaldati ajakirjas Science Advances.

"Selle muutuse põhjus on siiani olnud mõistatus," ütleb González MacDowell, meenutades, et Jaapani teadlane Ukichiro Nakaya avastas 1930. aastatel väikseimad jääkristallid, mida nimetatakse teemanditolmuks ja mis on kujundatud kuusnurkse prisma kujul. Need prismad võivad olla lamedad, nagu pastill, või piklikud, nagu pliiats või kuusnurkne prisma, ja võivad teatud temperatuuril muutuda ühest kujust teise.

Simulatsioonid

Teadlased täheldasid, et madalatel temperatuuridel oli jääpind sile ja suhteliselt korras. Kui auru molekulid põrkuvad pinnaga, nad ei leia kohta, kuhu sisse tormata ja haihtuvad kiiresti, mis muudab kristallide kasvu väga aeglaseks.

Kuid kõrgematel temperatuuridel muutub jääpind mitme sammuga korratumaks. Aurumolekulid leiavad kergesti oma koha astmetel ja kristallid kasvavad kiiresti.

"Me täheldasime, et see muutus ei olnud järkjärguline, vaid toimus väga spetsiifilise ülemineku tõttu, mida nimetatakse topoloogiliseks üleminekuks. Kuid veelgi ebatavalisemaks muutis jää see, et ühtäkki, kui kristalli välimine kest sulas, on pind jälle siledam ja segasem,» rääkis Noah.

Kui see muutub jälle väga siledaks, muutub kristallide kasv väga aeglaseks sellel pool kristalli, kuid mitte teisel pool. Järsku mõned kasvavad kiiresti, teised aeglaselt ja kristallide kuju muutub, nagu Nakatani rohkem kui 90 aastat tagasi katsetes täheldas.

Simulatsioon MareNostrumis

Arvestades, et jää on keerukas aine, mida tuleb selle kiire aurustumise tõttu uurida eksperimentaalsete meetoditega, on kaheksa kuud tehtud simulatsioone Hispaania suurimas arvutis MareNostrum (BSC-CNS).

„Arvutustöö on võimaldanud meil määrata iga kristalli moodustava veemolekuli tee; kuid loomulikult vajame väikese kristalli moodustamiseks sadu tuhandeid molekule, nii et selle uuringu tegemiseks kulub tohutult palju arvutusi. ütleb Llombart Say.

González MacDowell jõudis järeldusele, et need tulemused on "väga huvitavad, kuid teadusuuringuid tuleb alati kinnitada uute arvutuste ja kinnitustega. Sellest ettevaatlikkusest hoolimata on meil hea meel, et meie pingutused on end huvitavate tulemuste näol ära tasunud, sest rahastuse saamiseks kulus palju ebaõnnestunud katseid.

Lisaks tuletab keemik meelde, et atmosfääri lumekristallidel on globaalses soojenemises oluline roll: “Kliimamuutuste mõju mõistmiseks peame mõistma selle kuju ja kasvutempot. Seega võimaldab meie parem arusaamine panna mitme miljoni dollari suurusesse puslesse veel üks tükk."

Loodan, et selle teabe abil saate rohkem teada jääkristallide ja nende omaduste kohta.