Kristal es

Los Kristal es Mereka selalu menjadi objek studi para ilmuwan karena bentuknya yang aneh dan mencolok. Jika kita melihatnya di bawah mikroskop, kita dapat melihat bahwa mereka memiliki bentuk geometris yang spektakuler dan sangat mengejutkan mengapa bentuk geometris ini dihasilkan di alam.

Pada artikel ini kami akan memberi tahu Anda apa kesimpulan dari berbagai penelitian terkait kristal es dan apa yang telah ditemukan hingga saat ini.

pembentukan kristal es

Bentuk yang sangat simetris ini disebabkan oleh pertumbuhan reservoir, di mana air diendapkan langsung pada kristal es dan menguap. Tergantung pada suhu dan kelembaban lingkungan, kristal es dapat berkembang dari prisma heksagonal awal dalam banyak cara simetris. Kemungkinan bentuk kristal es adalah kolumnar, berbentuk jarum, berbentuk piring, dan dendritik. Jika kristal bermigrasi ke wilayah dengan kondisi lingkungan yang berbeda, mode pertumbuhan dapat berubah dan kristal akhir dapat menunjukkan mode campuran.

Kristal es cenderung jatuh dengan sumbu panjangnya sejajar secara horizontal, dan dengan demikian terlihat pada radar cuaca polarimetri dengan nilai reflektansi diferensial (positif) yang ditingkatkan. Pemuatan kristal es dapat menyebabkan keberpihakan selain horizontal. Radar cuaca terpolarisasi juga dapat mendeteksi kristal es bermuatan dengan baik. Suhu dan kelembaban menentukan banyak bentuk kristal yang berbeda. Kristal es bertanggung jawab atas beberapa manifestasi optik atmosfer.

Awan beku terbuat dari kristal es, terutama awan cirrus dan kabut beku. Kristal es di troposfer menyebabkan langit biru menjadi sedikit putih, yang bisa menjadi tanda akan datangnya bagian depan (dan hujan) saat udara lembab naik dan membeku menjadi kristal es.

Pada suhu dan tekanan normal, molekul air berbentuk V dan dua atom hidrogen terikat pada atom oksigen pada sudut 105 °. Kristal es yang umum adalah simetris dan heksagonal

Ketika dikompresi antara dua lapisan graphene, kristal es persegi terbentuk pada suhu kamar. Material tersebut merupakan fase kristal es baru yang bergabung dengan 17 es lainnya. Penelitian ini melanjutkan dari penemuan sebelumnya bahwa uap air dan air cair dapat melewati lembaran oksida graphene yang dilaminasi, tidak seperti molekul yang lebih kecil seperti helium. Efek ini diperkirakan didorong oleh gaya van der Waals, yang dapat melibatkan tekanan lebih dari 10.000 atmosfer.

studi tentang kristal es

Simulasi yang dilakukan pada superkomputer MareNostrum di Barcelona oleh para peneliti dari CSIC dan Complutense University of Madrid telah mengkonfirmasi bahwa kunci pertumbuhan aneh kristal es terletak pada struktur permukaannya.

Permukaan es dapat berada dalam tiga keadaan yang berbeda, dengan berbagai tingkat ketidakteraturan. Bagian dari satu ke yang lain membuat perubahan mendadak dalam tingkat pertumbuhan saat suhu naik dan jelaskan cara yang berbeda (diratakan, heksagonal, atau keduanya) dari kristal es atau salju di atmosfer.

Kunci dari perubahan dan pertumbuhan kristal spesifik ini adalah struktur permukaannya. Sebuah studi yang dilakukan oleh peneliti Luis González MacDowell dari Complutense University of Madrid (UCM), Eva Noya dari Institut Kimia Fisika Rocca Solano (IQFR) dari Komisaris Tinggi untuk Penelitian Ilmiah dan Pablo Llombart dari kedua institusi menunjukkan hal ini. . Artikel itu diterbitkan dalam jurnal Science Advances.

"Alasan perubahan ini menjadi misteri sampai sekarang," kata González MacDowell, mengingat peneliti Jepang Ukichiro Nakaya menemukan pada tahun 1930-an kristal es terkecil, yang disebut debu berlian, berbentuk seperti prisma heksagonal. Prisma ini bisa datar, seperti permen, atau memanjang, seperti pensil atau prisma heksagonal, dan dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain pada suhu tertentu.

Simulasi

Para peneliti mengamati bahwa pada suhu rendah, permukaan es halus dan relatif teratur. Ketika molekul uap bertumbukan dengan permukaan, mereka tidak dapat menemukan tempat untuk masuk dan dengan cepat menguap, yang membuat pertumbuhan kristal sangat lambat.

Tetapi pada suhu yang lebih tinggi, permukaan es menjadi lebih tidak teratur, dengan banyak langkah. Molekul uap dapat dengan mudah menemukan tempatnya di tangga dan kristal tumbuh dengan cepat.

"Kami mengamati bahwa perubahan ini tidak bertahap, tetapi terjadi karena transisi yang sangat spesifik yang disebut transisi topologi. Tapi apa yang membuat es lebih tidak biasa adalah tiba-tiba, ketika kulit terluar kristal mencair, permukaannya menjadi lebih halus dan berantakan lagi," kata Noah.

Ketika menjadi sangat halus lagi, pertumbuhan kristal menjadi sangat lambat di sisi kristal itu, tetapi tidak di sisi lain. Tiba-tiba beberapa tumbuh cepat, yang lain tumbuh lambat, dan bentuk kristal berubah, seperti yang diamati Nakatani dalam eksperimen lebih dari 90 tahun yang lalu.

Simulasi di MareNostrum

Mengingat es adalah zat kompleks yang perlu dipelajari menggunakan teknik eksperimental karena penguapannya yang cepat, simulasi telah dilakukan selama delapan bulan di komputer terbesar di Spanyol, MareNostrum (BSC-CNS).

“Pekerjaan komputasi telah memungkinkan kami untuk menentukan jalur setiap molekul air yang membentuk kristal; tetapi tentu saja, untuk membentuk kristal kecil, kita membutuhkan ratusan ribu molekul, sehingga jumlah komputasi yang diperlukan untuk melakukan penelitian ini sangat besar. kata Llombart Say.

González MacDowell menyimpulkan bahwa hasil ini “sangat menarik, tetapi penelitian ilmiah selalu perlu dikonfirmasi dengan perhitungan dan validasi baru. Terlepas dari kehati-hatian ini, kami senang bahwa upaya kami telah membuahkan hasil dalam bentuk hasil yang menarik, karena banyak upaya yang gagal untuk mendapatkan dana.”

Selain itu, ahli kimia mengingat bahwa kristal salju di atmosfer memainkan peran penting dalam pemanasan global: “Untuk memahami dampaknya terhadap perubahan iklim, kita perlu memahami bentuk dan laju pertumbuhannya. Jadi pemahaman kami yang lebih baik memungkinkan kami untuk memasukkan potongan lain ke dalam teka-teki jutaan dolar."

Saya berharap dengan informasi ini Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang kristal es dan karakteristiknya.