Ledeni kristali

The ledeni kristali Oni su oduvijek bili predmet proučavanja znanstvenika s obzirom na njihov neobičan i upečatljiv oblik. Ako ih pogledamo pod mikroskopom, možemo vidjeti da imaju spektakularne geometrijske oblike i zapanjujuće je zašto ti geometrijski oblici nastaju u prirodi.

U ovom članku ćemo vam reći koji su zaključci raznih studija vezanih uz ledene kristale i što je do danas otkriveno.

stvaranje ledenih kristala

Visoko simetričan oblik posljedica je rasta rezervoara, gdje se voda taloži izravno na kristale leda i isparava. Ovisno o temperaturi i vlažnosti okoline, kristali leda mogu se razviti iz početnih šesterokutnih prizmi na mnoge simetrične načine. Mogući oblici ledenih kristala su stupčasti, igličasti, pločasti i dendritični. Ako kristal migrira u područje s različitim uvjetima okoline, način rasta se može promijeniti i konačni kristal može pokazati mješovite načine.

Kristali leda imaju tendenciju padati sa svojim dugim osima vodoravno poravnatim i stoga su vidljivi na polarimetrijskim vremenskim radarima s poboljšanim (pozitivnim) vrijednostima diferencijalne refleksije. Opterećenje kristalima leda može uzrokovati poravnanja koja nisu vodoravna. Polarizirani vremenski radar također može dobro otkriti nabijene kristale leda. Temperatura i vlažnost određuju mnogo različitih oblika kristala. Kristali leda odgovorni su za nekoliko atmosferskih optičkih manifestacija.

Smrznuti oblaci sačinjeni su od kristala leda, posebno cirusi i ledena magla. Kristali leda u troposferi uzrokuju da plavo nebo postane blago bijelo, što bi mogao biti znak približavanja fronte (i kiše) dok se vlažan zrak diže i smrzava u kristale leda.

Pri normalnoj temperaturi i tlaku, molekule vode imaju oblik slova V i dva atoma vodika vezana su na atome kisika pod kutom od 105°. Uobičajeni kristali leda su simetrični i šesterokutni

Kada se sabije između dva sloja grafena, kvadratni kristali leda nastaju na sobnoj temperaturi. Materijal je nova faza kristala leda koja se kombinira sa 17 drugih vrsta leda. Istraživanje se nastavlja na ranije otkriće da vodena para i tekuća voda mogu proći kroz slojeve laminiranog grafen oksida, za razliku od manjih molekula poput helija. Smatra se da ovaj učinak pokreću van der Waalsove sile, koje mogu uključivati ​​tlakove veće od 10.000 XNUMX atmosfera.

proučavanja ledenih kristala

Simulacije koje su na superračunalu MareNostrum u Barceloni proveli istraživači sa CSIC-a i Sveučilišta Complutense u Madridu potvrdile su da ključ čudnog rasta kristala leda leži u njihovoj površinskoj strukturi

Ledene površine mogu biti u tri različita stanja, s različitim stupnjevima nereda. Prijelazi s jednog na drugi stvaraju nagle promjene stope rasta kako temperature rastu i objasniti različite načine (spljošten, šesterokutan ili oboje) od kristala leda ili snijega u atmosferi.

Ključ ovih specifičnih promjena i rasta kristala je njihova površinska struktura. Studija koju su proveli istraživači Luis González MacDowell sa Sveučilišta Complutense u Madridu (UCM), Eva Noya s Instituta za fizikalnu kemiju Rocca Solano (IQFR) visokog povjerenika za znanstvena istraživanja i Pablo Llombart iz obje institucije to donekle pokazuje. . Članak je objavljen u časopisu Science Advances.

"Razlog ove promjene do sada je bio misterij", kaže González MacDowell, podsjećajući da je japanski istraživač Ukichiro Nakaya 1930-ih otkrio najmanje kristale leda, nazvane dijamantna prašina, u obliku šesterokutne prizme. Te prizme mogu biti ravne, poput rombova, ili izdužene, poput olovke ili šesterokutne prizme, i mogu se transformirati iz jednog oblika u drugi na određenoj temperaturi.

Simulacije

Istraživači su primijetili da je na niskim temperaturama površina leda glatka i relativno uredna. Kada se molekule pare sudare s površinom, ne mogu pronaći mjesto gdje bi požurili i brzo ispare, što čini rast kristala vrlo sporim.

Ali na višim temperaturama, površina leda postaje neuređenija, s mnogo stepenica. Molekule pare mogu lako pronaći svoje mjesto na stepenicama, a kristali brzo rastu.

"Primijetili smo da ova promjena nije bila postupna, već se dogodila zbog vrlo specifične tranzicije koja se naziva topološka tranzicija. Ali ono što je led učinilo još neobičnijim je to što je odjednom, kada se vanjska ljuska kristala otopila, površina opet bila glatkija i neurednija", rekao je Noah.

Kada ponovno postane vrlo gladak, rast kristala postaje vrlo spor na toj strani kristala, ali ne i na drugoj strani. Odjednom neki rastu brzo, drugi rastu sporo, a oblik kristala se mijenja, kako je Nakatani primijetio u eksperimentima prije više od 90 godina.

Simulacija u MareNostrumu

S obzirom da je led složena tvar koju je potrebno proučavati eksperimentalnim tehnikama zbog brzog isparavanja, simulacije su se provodile osam mjeseci na najvećem računalu u Španjolskoj, MareNostrum (BSC-CNS).

„Računalni rad nam je omogućio da odredimo putanju svake molekule vode koja tvori kristal; ali naravno, da bismo formirali mali kristal, potrebne su nam stotine tisuća molekula, tako da je količina računanja potrebna za ovu studiju ogromna. kaže Llombart Say.

González MacDowell zaključio je da su ovi rezultati “vrlo zanimljivi, ali znanstvena istraživanja uvijek trebaju biti potvrđena novim izračunima i validacijama. Unatoč tom oprezu, drago nam je što je naš trud urodio plodom u vidu zanimljivih rezultata, jer je bilo potrebno mnogo neuspješnih pokušaja da se dođe do sredstava.”

Osim toga, kemičar podsjeća da atmosferski snježni kristali igraju važnu ulogu u globalnom zatopljenju: “Da bismo razumjeli utjecaj na klimatske promjene, moramo razumjeti njihov oblik i stopu rasta. Dakle, naše bolje razumijevanje omogućuje nam da stavimo još jedan dio u slagalicu vrijednu više milijuna dolara."

Nadam se da ćete s ovim informacijama saznati više o kristalima leda i njihovim karakteristikama.