Jääkiteitä

Los jääkiteitä Tiedemiehet ovat aina olleet tutkijoiden kohteena niiden erikoisen ja silmiinpistävän muodon vuoksi. Jos katsomme niitä mikroskoopilla, voimme nähdä, että niissä on näyttäviä geometrisia muotoja, ja on hämmästyttävää, miksi nämä geometriset muodot syntyvät luonnossa.

Tässä artikkelissa kerromme sinulle, mitkä ovat jääkiteisiin liittyvien erilaisten tutkimusten päätelmät ja mitä tähän mennessä on löydetty.

jääkiteiden muodostuminen

Erittäin symmetrinen muoto johtuu säiliön kasvusta, jossa vesi laskeutuu suoraan jääkiteiden päälle ja haihtuu. Riippuen ympäristön lämpötilasta ja kosteudesta, jääkiteet voivat kehittyä alkuperäisistä kuusikulmaisista prismoista monin symmetrisin tavoin. Jääkiteiden mahdolliset muodot ovat pylväsmäisiä, neulamaisia, levymäisiä ja dendriittisiä. Jos kide siirtyy alueelle, jolla on erilaiset ympäristöolosuhteet, kasvutapa voi muuttua ja lopullisessa kiteessä voi olla sekamuotoja.

Jääkiteillä on taipumus pudota pitkän akselinsa ollessa vaakasuorassa linjassa, joten ne näkyvät polarimetrisissä säätutkissa, joilla on parannetut (positiiviset) differentiaaliset heijastusarvot. Jääkiteiden kuormitus voi aiheuttaa muita kuin vaakasuuntaisia ​​kohdistuksia. Polarisoitu säätutka tunnistaa myös varautuneita jääkiteitä hyvin. Lämpötila ja kosteus määräävät monia erilaisia ​​kidemuotoja. Jääkiteet ovat vastuussa useista ilmakehän optisista ilmenemismuodoista.

Jääkiteistä muodostuvat jääkiteet, erityisesti cirruspilvet ja jäätävä sumu. Troposfäärin jääkiteet saavat sinisen taivaan muuttumaan hieman valkoiseksi, mikä voi olla merkki lähestyvästä rintamasta (ja sateesta), kun kostea ilma nousee ja jäätyy jääkiteiksi.

Normaalissa lämpötilassa ja paineessa, Vesimolekyylit ovat V:n muotoisia ja kaksi vetyatomia on sitoutunut happiatomeihin 105°:n kulmassa. Tavalliset jääkiteet ovat symmetrisiä ja kuusikulmaisia

Kun puristetaan kahden grafeenikerroksen väliin, huoneenlämpötilassa muodostuu neliömäisiä jääkiteitä. Materiaali on uusi jääkidefaasi, joka yhdistyy 17 muun jään kanssa. Tutkimus on jatkoa aikaisemmalle löydölle, jonka mukaan vesihöyry ja nestemäinen vesi voivat kulkea laminoitujen grafeenioksidilevyjen läpi, toisin kuin pienemmät molekyylit, kuten helium. Tämän vaikutuksen uskotaan johtuvan van der Waalsin voimista, jotka voivat sisältää yli 10.000 XNUMX ilmakehän paineita.

tutkimuksia jääkiteistä

CSIC:n ja Madridin Complutensen yliopiston tutkijoiden MareNostrum-supertietokoneella Barcelonassa tekemät simulaatiot ovat vahvistaneet, että avain jääkiteiden oudolle kasvulle on niiden pintarakenteessa.

Jääpinnat voivat olla kolmessa eri tilassa, ja ne voivat olla eriasteisia. Siirtyminen yhdestä toiseen luo äkillisiä muutoksia kasvunopeudet lämpötilojen noustessa ja selittävät eri tapoja (litistetty, kuusikulmainen tai molemmat) ilmakehän jää- tai lumikiteistä.

Avain näihin spesifisiin kiteen muutoksiin ja kasvuun on niiden pintarakenne. Tutkimus, jonka ovat suorittaneet tutkijat Luis González MacDowell Madridin Complutense-yliopistosta (UCM), Eva Noya tieteellisen tutkimuksen päävaltuutetun Rocca Solano -instituutista (IQFR) ja Pablo Llombart molemmista instituutioista osoittavat tämän jonkin verran. . Artikkeli julkaistiin Science Advances -lehdessä.

"Syy tähän muutokseen on ollut mysteeri tähän asti", sanoo González MacDowell ja muistuttaa, että japanilainen tutkija Ukichiro Nakaya löysi 1930-luvulla pienimmät jääkiteet, joita kutsutaan timanttipölyksi ja jotka olivat muotoiltu kuusikulmion muotoiseksi prismaksi. Nämä prismat voivat olla litteitä, kuten pastilli, tai pitkänomaisia, kuten kynä tai kuusikulmainen prisma, ja ne voivat muuttua muodosta toiseen tietyssä lämpötilassa.

Simulaatiot

Tutkijat havaitsivat, että alhaisissa lämpötiloissa jään pinta oli tasainen ja suhteellisen tasainen. Kun höyrymolekyylit törmäävät pintaan, he eivät löydä paikkaa kiirehtiä sisään ja haihtuvat nopeasti, mikä hidastaa kiteiden kasvua.

Mutta korkeammissa lämpötiloissa jään pinta muuttuu epäjärjestyneemmäksi, ja siinä on monia vaiheita. Höyrymolekyylit löytävät helposti paikkansa portaissa ja kiteet kasvavat nopeasti.

"Havaitsimme, että tämä muutos ei ollut asteittainen, vaan se tapahtui erittäin spesifisestä siirtymisestä, jota kutsutaan topologiseksi siirtymäksi. Mutta mikä teki jäästä vieläkin epätavallisen, oli se, että yhtäkkiä, kun kiteen ulkokuori suli, pinta on taas tasaisempi ja sotkuisampi", Noah sanoi.

Kun siitä tulee jälleen hyvin sileä, kiteen kasvu hidastuu kiteen toisella puolella, mutta ei toisella puolella. Yhtäkkiä jotkut kasvavat nopeasti, toiset hitaasti, ja kiteiden muoto muuttuu, kuten Nakatani havaitsi kokeissa yli 90 vuotta sitten.

Simulaatio MareNostrumissa

Koska jää on monimutkainen aine, jota on tutkittava kokeellisilla tekniikoilla sen nopean haihtumisen vuoksi, simulaatioita on tehty kahdeksan kuukauden ajan Espanjan suurimmalla tietokoneella MareNostrumilla (BSC-CNS).

”Laskennallinen työ on antanut meille mahdollisuuden määrittää jokaisen kiteen muodostavan vesimolekyylin polun; mutta tietysti pienen kiteen muodostamiseksi tarvitsemme satoja tuhansia molekyylejä, joten tämän tutkimuksen suorittamiseen vaadittava laskentamäärä on valtava. sanoo Llombart Say.

González MacDowell totesi, että nämä tulokset ovat "erittäin mielenkiintoisia, mutta tieteellinen tutkimus on aina vahvistettava uusilla laskelmilla ja validoinneilla. Tästä varovaisuudesta huolimatta olemme iloisia, että ponnistelumme ovat kantaneet hedelmää mielenkiintoisten tulosten muodossa, sillä rahoituksen saaminen vaati useita epäonnistuneita yrityksiä."

Lisäksi kemisti muistuttaa, että ilmakehän lumikiteillä on tärkeä rooli ilmaston lämpenemisessä: ”Ymmärtääksemme ilmastonmuutoksen vaikutuksia meidän on ymmärrettävä sen muoto ja kasvuvauhti. Joten parempi ymmärryksemme antaa meille mahdollisuuden laittaa uusi pala monen miljoonan dollarin palapeliin."

Toivon, että näiden tietojen avulla voit oppia lisää jääkiteistä ja niiden ominaisuuksista.