Cristais de xeo

O cristais de xeo Sempre foron obxecto de estudo dos científicos dada a súa peculiar e rechamante forma. Se os observamos ao microscopio podemos ver que teñen formas xeométricas espectaculares e chama a atención por que se xeran estas formas xeométricas na natureza.

Neste artigo imos contarvos cales son as conclusións de diversos estudos relacionados cos cristais de xeo e o que se descubriu ata a data.

formación de cristais de xeo

A forma altamente simétrica débese ao crecemento do encoro, onde a auga se deposita directamente sobre os cristais de xeo e se evapora. Dependendo da temperatura e humidade ambiente, Os cristais de xeo poden desenvolverse a partir dos prismas hexagonais iniciais de moitas formas simétricas. As posibles formas dos cristais de xeo son columnares, en forma de agulla, en forma de placa e dendríticas. Se o cristal migra a unha rexión de diferentes condicións ambientais, o modo de crecemento pode cambiar e o cristal final pode mostrar modos mixtos.

Os cristais de xeo tenden a caer cos seus eixes longos aliñados horizontalmente e, polo tanto, son visibles nos radares meteorolóxicos polarimétricos con valores de reflectancia diferencial (positivo) mellorados. A carga de cristais de xeo pode provocar aliñacións distintas á horizontal. O radar meteorolóxico polarizado tamén pode detectar ben os cristais de xeo cargados. A temperatura e a humidade determinan moitas formas de cristais diferentes. Os cristais de xeo son responsables de varias manifestacións ópticas atmosféricas.

As nubes xeadas están feitas de cristais de xeo, especialmente cirros e néboas xeadas. Os cristais de xeo na troposfera fan que o ceo azul se volva lixeiramente branco, o que podería ser un sinal de que se achega unha fronte (e chove) a medida que o aire húmido sobe e se conxela en cristais de xeo.

A temperatura e presión normais, as moléculas de auga teñen forma de V e dous átomos de hidróxeno están unidos a átomos de osíxeno nun ángulo de 105°. Os cristais de xeo comúns son simétricos e hexagonais

Cando se comprimen entre dúas capas de grafeno, fórmanse cristais de xeo cadrados a temperatura ambiente. O material é unha nova fase de cristal de xeo que se combina con outros 17 xeos. A investigación segue a un descubrimento anterior de que o vapor de auga e a auga líquida poden atravesar láminas de óxido de grafeno laminado, a diferenza de moléculas máis pequenas como o helio. Crese que este efecto é impulsado polas forzas de van der Waals, que poden implicar presións superiores a 10.000 atmosferas.

estudos sobre cristais de xeo

As simulacións realizadas no superordenador MareNostrum de Barcelona por investigadores do CSIC e da Universidade Complutense de Madrid confirmaron que a clave do estraño crecemento dos cristais de xeo reside na súa estrutura superficial.

As superficies de xeo poden estar en tres estados diferentes, con distintos graos de desorde. Os pasos dun a outro crean cambios bruscos taxas de crecemento a medida que aumentan as temperaturas e explican as distintas formas (aplanado, hexagonal ou ambos) de cristais de xeo ou neve na atmosfera.

A clave destes cambios e crecemento específicos de cristais é a súa estrutura superficial. Un estudo realizado polos investigadores Luis González MacDowell da Universidade Complutense de Madrid (UCM), Eva Noya do Instituto de Química Física Rocca Solano (IQFR) do Alto Comisionado de Investigación Científica e Pablo Llombart de ambas institucións así o demostran. . O artigo foi publicado na revista Science Advances.

"A razón deste cambio foi un misterio ata agora", di González MacDowell, lembrando que o investigador xaponés Ukichiro Nakaya descubriu na década de 1930 os cristais de xeo máis pequenos, chamados po de diamante, con forma de prisma hexagonal. Estes prismas poden ser planos, como unha pastilla, ou alongados, como un lapis ou un prisma hexagonal, e poden transformarse dunha forma a outra a unha temperatura determinada.

Simulacións

Os investigadores observaron que a baixas temperaturas, a superficie do xeo era lisa e relativamente ordenada. Cando as moléculas de vapor chocan coa superficie, non poden atopar un lugar onde precipitarse e evaporarse rapidamente, o que fai que o crecemento dos cristais sexa moi lento.

Pero a temperaturas máis altas, a superficie do xeo faise máis desordenada, con moitos pasos. As moléculas de vapor poden atopar facilmente o seu lugar nos chanzos e os cristais crecen rapidamente.

"Observamos que este cambio non foi gradual, senón que ocorreu debido a unha transición moi específica chamada transición topolóxica. Pero o que fixo que o xeo fose aínda máis inusual foi que, de súpeto, cando a capa exterior do cristal se fundiu, a superficie volve ser máis lisa e desordenada", dixo Noah.

Cando volve ser moi suave de novo, o crecemento do cristal faise moi lento nese lado do cristal, pero non do outro lado. De súpeto, algúns crecen rápido, outros crecen lentamente e a forma dos cristais cambia, como observou Nakatani en experimentos hai máis de 90 anos.

Simulación en MareNostrum

Dado que o xeo é unha substancia complexa que é preciso estudar mediante técnicas experimentais pola súa rápida evaporación, leváronse a cabo simulacións durante oito meses no ordenador máis grande de España, o MareNostrum (BSC-CNS).

“O traballo computacional permitiunos determinar o camiño de cada molécula de auga que forma o cristal; pero por suposto, para formar un pequeno cristal, necesitamos centos de miles de moléculas, polo que a cantidade de cálculo necesaria para facer este estudo é enorme. di Llombart Say.

González MacDowell concluíu que estes resultados son “moi interesantes, pero a investigación científica sempre necesita ser confirmada por novos cálculos e validacións. A pesar desta precaución, estamos satisfeitos de que os nosos esforzos teñan resultado en forma de resultados interesantes, porque foron necesarios moitos intentos infrutuosos para conseguir financiamento".

Ademais, o químico lembra que os cristais de neve atmosféricos xogan un papel importante no quecemento global: “Para comprender o impacto sobre o cambio climático, necesitamos comprender a súa forma e ritmo de crecemento. Así que o noso mellor entendemento permítenos poñer outra peza no puzzle multimillonario".

Espero que con esta información poidas aprender máis sobre os cristais de xeo e as súas características.