बर्फाचे स्फटिका

अगोदर निर्देश केलेल्या बाबीसंबंधी बोलताना बर्फाचे स्फटिका त्यांच्या विलक्षण आणि धक्कादायक आकारामुळे ते नेहमीच शास्त्रज्ञांच्या अभ्यासाचा विषय राहिले आहेत. जर आपण त्यांना सूक्ष्मदर्शकाखाली पाहिले तर आपण पाहू शकतो की त्यांच्याकडे नेत्रदीपक भौमितिक आकार आहेत आणि हे भौमितिक आकार निसर्गात का निर्माण होतात हे आश्चर्यकारक आहे.

या लेखात आम्ही तुम्हाला बर्फाच्या स्फटिकांशी संबंधित विविध अभ्यासांचे निष्कर्ष काय आहेत आणि आजपर्यंत काय शोध लागले आहेत हे सांगणार आहोत.

बर्फाच्या क्रिस्टल्सची निर्मिती

अत्यंत सममितीय आकार जलाशयाच्या वाढीमुळे होतो, जेथे पाणी थेट बर्फाच्या क्रिस्टल्सवर जमा होते आणि बाष्पीभवन होते. सभोवतालचे तापमान आणि आर्द्रता यावर अवलंबून, सुरुवातीच्या षटकोनी प्रिझमपासून बर्फाचे स्फटिक अनेक सममितीय मार्गांनी विकसित होऊ शकतात. बर्फाच्या स्फटिकांचे संभाव्य आकार स्तंभाकार, सुई-आकाराचे, प्लेट-आकाराचे आणि डेन्ड्रिटिक आहेत. जर क्रिस्टल वेगवेगळ्या पर्यावरणीय परिस्थितीच्या प्रदेशात स्थलांतरित झाले, तर वाढीची पद्धत बदलू शकते आणि अंतिम क्रिस्टल मिश्रित मोड दर्शवू शकतो.

बर्फाचे स्फटिक त्यांच्या लांब अक्षांसह क्षैतिज संरेखित करून पडतात आणि अशा प्रकारे वर्धित (सकारात्मक) भिन्न प्रतिबिंब मूल्यांसह ध्रुवीय हवामान रडारवर दृश्यमान असतात. बर्फ क्रिस्टल लोडिंग क्षैतिज व्यतिरिक्त इतर संरेखन होऊ शकते. ध्रुवीकृत हवामान रडार चार्ज केलेले बर्फ क्रिस्टल्स देखील चांगले शोधू शकते. तापमान आणि आर्द्रता अनेक भिन्न क्रिस्टल फॉर्म निर्धारित करतात. बर्फ क्रिस्टल्स अनेक वातावरणातील ऑप्टिकल अभिव्यक्तीसाठी जबाबदार आहेत.

गोठलेले ढग बर्फाच्या स्फटिकांपासून बनलेले असतात, विशेषत: सिरस ढग आणि गोठवणारे धुके. ट्रोपोस्फियरमधील बर्फाच्या स्फटिकांमुळे निळे आकाश किंचित पांढरे होते, जे ओलसर हवा वाढून बर्फाच्या स्फटिकांमध्ये गोठते म्हणून समोरच्या (आणि पाऊस) येण्याचे लक्षण असू शकते.

सामान्य तापमान आणि दाबावर, पाण्याचे रेणू V-आकाराचे असतात आणि दोन हायड्रोजन अणू ऑक्सिजन अणूंशी 105° च्या कोनात जोडलेले असतात. सामान्य बर्फाचे क्रिस्टल्स सममितीय आणि षटकोनी असतात

ग्राफीनच्या दोन थरांमध्ये संकुचित केल्यावर, खोलीच्या तपमानावर चौरस बर्फाचे स्फटिक तयार होतात. सामग्री हा एक नवीन बर्फाचा क्रिस्टल टप्पा आहे जो इतर 17 बर्फांसह एकत्रित होतो. हेलियम सारख्या लहान रेणूंच्या विपरीत, लॅमिनेटेड ग्राफीन ऑक्साईडच्या शीटमधून पाण्याची वाफ आणि द्रव पाणी जाऊ शकते, या आधीच्या शोधातून हे संशोधन पुढे आले आहे. हा परिणाम व्हॅन डेर वॉल्स फोर्सद्वारे चालविला जातो असे मानले जाते, ज्यामध्ये 10.000 पेक्षा जास्त वातावरणातील दाबांचा समावेश असू शकतो.

बर्फाच्या क्रिस्टल्सवर अभ्यास

सीएसआयसी आणि माद्रिदच्या कॉम्प्युटेन्स युनिव्हर्सिटीच्या संशोधकांनी बार्सिलोनामधील मॅरेनोस्ट्रम सुपर कॉम्प्युटरवर केलेल्या सिम्युलेशनने पुष्टी केली आहे की बर्फाच्या क्रिस्टल्सच्या विचित्र वाढीची गुरुकिल्ली त्यांच्या पृष्ठभागाच्या संरचनेत आहे.

बर्फाचे पृष्ठभाग तीन वेगवेगळ्या स्थितीत असू शकतात, ज्यामध्ये वेगवेगळ्या प्रमाणात विकार असू शकतात. एक ते दुस-या पॅसेजमध्ये अचानक बदल घडतात तापमान वाढत असताना वाढीचा दर आणि विविध मार्गांचे स्पष्टीकरण (सपाट, षटकोनी किंवा दोन्ही) वातावरणातील बर्फ किंवा बर्फाच्या क्रिस्टल्समधून.

या विशिष्ट क्रिस्टल बदलांची आणि वाढीची गुरुकिल्ली म्हणजे त्यांची पृष्ठभागाची रचना. माद्रिदच्या कॉम्पुटेन्स युनिव्हर्सिटी (UCM) मधील संशोधक लुईस गोन्झालेझ मॅकडोवेल, वैज्ञानिक संशोधन उच्चायुक्तांच्या रोक्का सोलानो इन्स्टिट्यूट ऑफ फिजिकल केमिस्ट्री (IQFR) मधील इवा नोया आणि दोन्ही संस्थांमधील पाब्लो लोम्बार्ट यांनी केलेला अभ्यास काही प्रमाणात हे दर्शवतो. . हा लेख सायन्स अॅडव्हान्सेस या जर्नलमध्ये प्रकाशित झाला आहे.

"या बदलाचे कारण आत्तापर्यंत एक गूढ राहिले आहे," गोन्झालेझ मॅकडोवेल म्हणतात, जपानी संशोधक उकिचिरो नाकाया यांनी 1930 च्या दशकात षटकोनी प्रिझम सारख्या आकाराचे डायमंड डस्ट नावाचे सर्वात लहान बर्फाचे स्फटिक शोधले होते. हे प्रिझम सपाट, लोझेंजसारखे किंवा लांबलचक, पेन्सिल किंवा षटकोनी प्रिझमसारखे असू शकतात आणि विशिष्ट तापमानात एका आकारातून दुसऱ्या आकारात बदलू शकतात.

सिम्युलेशन

संशोधकांनी असे पाहिले की कमी तापमानात बर्फाचा पृष्ठभाग गुळगुळीत आणि तुलनेने व्यवस्थित होता. जेव्हा बाष्पाचे रेणू पृष्ठभागावर आदळतात, त्यांना घाई करायला आणि पटकन बाष्पीभवन करण्यासाठी जागा सापडत नाही, ज्यामुळे क्रिस्टलची वाढ खूप मंद होते.

परंतु उच्च तापमानात, बर्फाचा पृष्ठभाग अनेक पायऱ्यांसह अधिक विस्कळीत होतो. बाष्प रेणू सहजपणे पायऱ्यांवर त्यांचे स्थान शोधू शकतात आणि क्रिस्टल्स वेगाने वाढतात.

"आम्ही पाहिलं की हा बदल क्रमाक्रमाने झालेला नाही, तर टोपोलॉजिकल ट्रान्झिशन नावाच्या एका विशिष्ट संक्रमणामुळे झाला आहे. पण बर्फाला आणखी असामान्य बनवणारी गोष्ट म्हणजे अचानक, जेव्हा क्रिस्टलचा बाह्य कवच वितळला, तेव्हा पृष्ठभाग पुन्हा गुळगुळीत आणि गोंधळलेला झाला," नोहा म्हणाला.

जेव्हा ते पुन्हा खूप गुळगुळीत होते, तेव्हा क्रिस्टलच्या त्या बाजूला क्रिस्टलची वाढ खूप मंद होते, परंतु दुसऱ्या बाजूला नाही. अचानक काही वेगाने वाढतात, काही हळूहळू वाढतात आणि स्फटिकांचा आकार बदलतो, 90 वर्षांहून अधिक वर्षांपूर्वी नकटानी प्रयोगांमध्ये पाहिले होते.

MareNostrum मध्ये सिम्युलेशन

बर्फ हा एक जटिल पदार्थ आहे जो त्याच्या जलद बाष्पीभवनामुळे प्रायोगिक तंत्रांचा वापर करून अभ्यास करणे आवश्यक आहे, हे लक्षात घेता, स्पेनमधील सर्वात मोठ्या संगणकावर, MareNostrum (BSC-CNS) वर आठ महिने सिम्युलेशन केले गेले.

“संगणकीय कार्यामुळे आम्हाला क्रिस्टल बनवणाऱ्या प्रत्येक पाण्याच्या रेणूचा मार्ग निश्चित करण्याची परवानगी मिळाली आहे; परंतु अर्थातच, एक लहान स्फटिक तयार करण्यासाठी, आपल्याला शेकडो हजारो रेणूंची आवश्यकता आहे, म्हणून हा अभ्यास करण्यासाठी आवश्यक गणनेचे प्रमाण प्रचंड आहे. Llombart म्हणते.

गोन्झालेझ मॅकडोवेल यांनी निष्कर्ष काढला की हे परिणाम "अत्यंत मनोरंजक आहेत, परंतु वैज्ञानिक संशोधनांना नेहमी नवीन गणना आणि प्रमाणीकरणाद्वारे पुष्टी करणे आवश्यक आहे. ही खबरदारी असूनही, आम्हाला आनंद झाला की आमच्या प्रयत्नांना मनोरंजक परिणामांच्या रूपात फळ मिळाले आहे, कारण निधी मिळविण्यासाठी अनेक अयशस्वी प्रयत्न करावे लागले.”

याव्यतिरिक्त, रसायनशास्त्रज्ञ आठवते की वातावरणातील बर्फाचे क्रिस्टल्स ग्लोबल वार्मिंगमध्ये महत्त्वपूर्ण भूमिका बजावतात: “हवामान बदलावर होणारा परिणाम समजून घेण्यासाठी त्याचा आकार आणि वाढीचा दर समजून घेणे आवश्यक आहे. त्यामुळे आमची चांगली समज आम्हाला बहु-दशलक्ष डॉलर्सच्या कोडेमध्ये आणखी एक भाग ठेवण्याची परवानगी देते."

मला आशा आहे की या माहितीसह आपण बर्फ क्रिस्टल्स आणि त्यांच्या वैशिष्ट्यांबद्दल अधिक जाणून घेऊ शकता.