얼음 결정

롯 얼음 결정 그것들은 독특하고 눈에 띄는 모양으로 인해 항상 과학자들의 연구 대상이었습니다. 우리가 그것들을 현미경으로 보면 장관을 이루는 기하학적 모양을 가지고 있음을 알 수 있으며 이러한 기하학적 모양이 자연에서 생성된 이유가 놀랍습니다.

이 기사에서는 얼음 결정과 관련된 다양한 연구의 결론이 무엇이며 현재까지 발견된 사실을 알려 드리겠습니다.

얼음 결정의 형성

고도로 대칭적인 모양은 물이 얼음 결정에 직접 침전되어 증발하는 저수지 성장으로 인한 것입니다. 주변 온도와 습도에 따라 얼음 결정은 초기 육각 프리즘에서 많은 대칭 방식으로 발전할 수 있습니다. 얼음 결정의 가능한 모양은 기둥 모양, 바늘 모양, 판 모양 및 수지상입니다. 결정이 다른 환경 조건의 영역으로 이동하면 성장 모드가 변경되어 최종 결정이 혼합 모드를 보일 수 있습니다.

얼음 결정은 긴 축이 수평으로 정렬된 상태로 떨어지는 경향이 있으므로 향상된(양의) 차등 반사율 값이 있는 편광 기상 레이더에서 볼 수 있습니다. 얼음 결정 로딩은 수평이 아닌 정렬을 유발할 수 있습니다. 편광 기상 레이더는 하전된 얼음 결정도 잘 감지할 수 있습니다. 온도와 습도는 다양한 결정 형태를 결정합니다. 얼음 결정은 여러 대기 광학 현상을 담당합니다.

얼어붙은 구름은 얼음 결정, 특히 권운과 얼어붙은 안개로 이루어져 있습니다. 대류권의 얼음 결정으로 인해 푸른 하늘이 약간 하얗게 변하는데, 이는 습한 공기가 상승하고 얼음 결정으로 얼어붙어 전선(및 비)이 접근하고 있다는 신호일 수 있습니다.

정상적인 온도와 압력에서, 물 분자는 V자 모양이고 두 개의 수소 원자가 105° 각도로 산소 원자에 결합되어 있습니다. 일반적인 얼음 결정은 대칭 및 육각형입니다.

그래핀의 두 층 사이를 압축하면 실온에서 정사각형 얼음 결정이 형성됩니다. 재료는 17개의 다른 얼음과 결합하는 새로운 얼음 결정 단계입니다. 이 연구는 수증기와 액체 물이 헬륨과 같은 더 작은 분자와 달리 적층된 산화 그래핀 시트를 통과할 수 있다는 초기 발견에서 이어집니다. 이 효과는 10.000기압을 초과하는 압력을 수반할 수 있는 반 데르 발스 힘에 의해 유발되는 것으로 생각됩니다.

얼음 결정에 대한 연구

CSIC와 마드리드 Complutense 대학의 연구원들이 바르셀로나의 MareNostrum 슈퍼컴퓨터에서 수행한 시뮬레이션은 얼음 결정의 이상한 성장의 열쇠가 표면 구조에 있음을 확인했습니다.

얼음 표면은 다양한 정도의 무질서와 함께 세 가지 다른 상태에 있을 수 있습니다. 하나에서 다른 것으로의 통로는 온도 상승에 따른 성장률 및 다양한 방법 설명 (평평한, 육각형 또는 둘 다) 대기의 얼음이나 눈 결정에서.

이러한 특정 결정 변화 및 성장의 핵심은 표면 구조입니다. UCM(Complutense University of Madrid)의 Luis González MacDowell 연구원, 과학 연구 고등 판무관의 Rocca Solano 물리 화학 연구소(IQFR)의 Eva Noya 및 두 기관의 Pablo Llombart가 수행한 연구는 이를 어느 정도 입증합니다. . 이 기사는 Science Advances 저널에 게재되었습니다.

González MacDowell은 일본 연구원 Ukichiro Nakaya가 1930년대에 육각 프리즘 모양의 다이아몬드 더스트라고 불리는 가장 작은 얼음 결정을 발견했다고 회상하면서 "이 변화의 이유는 지금까지 미스터리였습니다"라고 말합니다. 이 프리즘은 마름모꼴처럼 평평하거나 연필이나 육각형 프리즘과 같이 길쭉할 수 있으며 특정 온도에서 한 모양에서 다른 모양으로 변형될 수 있습니다.

시뮬레이션

연구자들은 낮은 온도에서 얼음 표면이 부드럽고 비교적 질서 정연하다는 것을 관찰했습니다. 증기 분자가 표면과 충돌할 때, 급히 증발할 곳을 찾지 못하고, 결정 성장을 매우 느리게 만듭니다.

그러나 더 높은 온도에서 얼음 표면은 여러 단계로 더 무질서해집니다. 증기 분자는 계단에서 쉽게 제자리를 찾을 수 있으며 결정은 빠르게 자랍니다.

"우리는 이 변화가 점진적인 것이 아니라 토폴로지 전환이라는 매우 구체적인 전환으로 인해 발생했음을 관찰했습니다. 그러나 얼음을 더욱 특이하게 만든 것은 결정의 바깥 껍질이 갑자기 녹았을 때 표면이 다시 매끄러워지고 더러워졌다는 것입니다."라고 Noah가 말했습니다.

다시 매우 매끄러워지면 결정 성장이 결정 쪽에서는 매우 느려지지만 다른 쪽에서는 그렇지 않습니다. 갑자기 어떤 것은 빠르게, 어떤 것은 천천히 자라며, 결정의 모양이 변하고, Nakatani가 90년 이상 전에 실험에서 관찰한 것처럼.

MareNostrum의 시뮬레이션

얼음은 빠른 증발로 인해 실험 기술을 사용하여 연구해야 하는 복잡한 물질임을 감안할 때 스페인에서 가장 큰 컴퓨터인 MareNostrum(BSC-CNS)에서 시뮬레이션이 XNUMX개월 동안 수행되었습니다.

“계산 작업을 통해 결정을 형성하는 각 물 분자의 경로를 결정할 수 있었습니다. 물론 작은 결정을 형성하려면 수십만 개의 분자가 필요하므로 이 연구를 수행하는 데 필요한 계산량은 엄청납니다. Llombart Say는 말합니다.

González MacDowell은 이러한 결과가 “매우 흥미롭지만 과학적 연구는 항상 새로운 계산과 검증을 통해 확인되어야 합니다. 이러한 주의에도 불구하고 자금 조달을 위해 여러 번 시도했지만 실패했기 때문에 우리의 노력이 흥미로운 결과의 형태로 결실을 맺게 된 것을 기쁘게 생각합니다.”

또한 화학자는 대기의 눈 결정이 지구 온난화에 중요한 역할을 한다고 회상합니다.기후 변화에 대한 영향을 이해하려면 기후 변화의 형태와 성장률을 이해해야 합니다.. 따라서 더 나은 이해를 통해 수백만 달러의 퍼즐에 또 다른 조각을 넣을 수 있습니다."

이 정보를 통해 얼음 결정과 그 특성에 대해 더 많이 알 수 있기를 바랍니다.