Kryštály ľadu

undefined ľadové kryštály Vždy boli predmetom skúmania vedcov vzhľadom na ich zvláštny a nápadný tvar. Ak sa na ne pozrieme pod mikroskopom, môžeme vidieť, že majú veľkolepé geometrické tvary a je zarážajúce, prečo tieto geometrické tvary vznikajú v prírode.

V tomto článku vám povieme, aké sú závery rôznych štúdií súvisiacich s kryštálmi ľadu a čo bolo doteraz objavené.

tvorba ľadových kryštálov

Vysoko symetrický tvar je spôsobený rastom nádrže, kde sa voda ukladá priamo na ľadové kryštály a vyparuje sa. V závislosti od okolitej teploty a vlhkosti, ľadové kryštály sa môžu vyvinúť z počiatočných šesťhranných hranolov mnohými symetrickými spôsobmi. Možné tvary ľadových kryštálov sú stĺpcovité, ihličkovité, tanierovité a dendritické. Ak kryštál migruje do oblasti s odlišnými podmienkami prostredia, režim rastu sa môže zmeniť a konečný kryštál môže vykazovať zmiešané režimy.

Ľadové kryštály majú tendenciu padať s ich dlhými osami zarovnanými horizontálne, a preto sú viditeľné na polarimetrických meteorologických radaroch so zvýšenými (pozitívnymi) hodnotami diferenciálnej odrazivosti. Zaťaženie ľadovými kryštálmi môže spôsobiť zarovnanie iné ako horizontálne. Polarizovaný meteorologický radar dokáže dobre odhaliť aj nabité ľadové kryštály. Teplota a vlhkosť určujú mnoho rôznych foriem kryštálov. Ľadové kryštály sú zodpovedné za viaceré atmosférické optické prejavy.

Zamrznuté oblaky sú tvorené ľadovými kryštálmi, najmä cirry a mrazivou hmlou. Ľadové kryštály v troposfére spôsobujú, že modrá obloha mierne zbelie, čo môže byť znakom blížiaceho sa frontu (a dažďa), keď vlhký vzduch stúpa a mrzne na ľadové kryštály.

Pri normálnej teplote a tlaku molekuly vody majú tvar V a dva atómy vodíka sú naviazané na atómy kyslíka pod uhlom 105°. Bežné ľadové kryštály sú symetrické a šesťuholníkové

Po stlačení medzi dvoma vrstvami grafénu sa pri izbovej teplote vytvoria štvorcové ľadové kryštály. Materiál je nová fáza ľadových kryštálov, ktorá sa kombinuje so 17 ďalšími ľadmi. Výskum nadväzuje na skorší objav, že vodná para a tekutá voda môžu prechádzať vrstvami laminovaného oxidu grafénu, na rozdiel od menších molekúl, ako je hélium. Predpokladá sa, že tento efekt je poháňaný van der Waalsovými silami, ktoré môžu zahŕňať tlaky presahujúce 10.000 XNUMX atmosfér.

štúdie o ľadových kryštáloch

Simulácie uskutočnené na superpočítači MareNostrum v Barcelone výskumníkmi z CSIC a Complutense University v Madride potvrdili, že kľúčom k podivnému rastu ľadových kryštálikov je ich povrchová štruktúra.

Ľadové plochy môžu byť v troch rôznych stavoch s rôznym stupňom neporiadku. Prechody z jedného do druhého spôsobujú prudké zmeny rýchlosti rastu so zvyšujúcou sa teplotou a vysvetľujú rôzne spôsoby (sploštené, šesťuholníkové alebo oboje) z ľadových alebo snehových kryštálov v atmosfére.

Kľúčom k týmto špecifickým zmenám a rastu kryštálov je ich povrchová štruktúra. Dokazuje to štúdia výskumníkov Luisa Gonzáleza MacDowella z Complutense University v Madride (UCM), Evy Noya z Inštitútu fyzikálnej chémie Rocca Solano (IQFR) Vysokého komisára pre vedecký výskum a Pabla Llombarta z oboch inštitúcií. . Článok bol publikovaný v časopise Science Advances.

„Dôvod tejto zmeny bol doteraz záhadou,“ hovorí González MacDowell a pripomína, že japonský výskumník Ukichiro Nakaya objavil v tridsiatych rokoch minulého storočia najmenšie ľadové kryštály, nazývané diamantový prach, v tvare šesťuholníkového hranolu. Tieto hranoly môžu byť ploché, ako kosoštvorec, alebo predĺžené, ako ceruzka alebo šesťhranný hranol, a môžu sa pri určitej teplote transformovať z jedného tvaru do druhého.

Simulácie

Vedci zistili, že pri nízkych teplotách bol povrch ľadu hladký a relatívne usporiadaný. Keď sa molekuly pary zrazia s povrchom, nevedia si nájsť miesto, kam sa ponáhľať a rýchlo sa vyparia, vďaka čomu je rast kryštálov veľmi pomalý.

Ale pri vyšších teplotách sa povrch ľadu stáva neusporiadanejším, s mnohými schodmi. Molekuly pár si ľahko nájdu svoje miesto na schodoch a kryštály rýchlo rastú.

"Pozorovali sme, že táto zmena nebola postupná, ale nastala v dôsledku veľmi špecifického prechodu nazývaného topologický prechod. Čo však urobilo ľad ešte nezvyčajnejším, bolo to, že zrazu, keď sa vonkajší obal kryštálu roztopil, povrch je opäť hladší a chaotický,“ povedal Noah.

Keď sa opäť stane veľmi hladkým, rast kryštálu sa na tej strane kryštálu veľmi spomalí, ale na druhej strane nie. Zrazu niektoré rastú rýchlo, iné pomaly a tvar kryštálov sa mení, ako Nakatani pozoroval pri pokusoch pred viac ako 90 rokmi.

Simulácia v MareNostrum

Vzhľadom na to, že ľad je komplexná látka, ktorú je potrebné skúmať pomocou experimentálnych techník z dôvodu jeho rýchleho vyparovania, prebiehali simulácie počas ôsmich mesiacov na najväčšom počítači v Španielsku MareNostrum (BSC-CNS).

„Výpočtová práca nám umožnila určiť cestu každej molekuly vody, ktorá tvorí kryštál; ale samozrejme, na vytvorenie malého kryštálu potrebujeme státisíce molekúl, takže množstvo výpočtov potrebných na vykonanie tejto štúdie je obrovské. hovorí Llombart Say.

González MacDowell dospel k záveru, že tieto výsledky sú „veľmi zaujímavé, ale vedecký výskum musí byť vždy potvrdený novými výpočtami a validáciami. Napriek tejto opatrnosti nás teší, že naše úsilie prinieslo ovocie v podobe zaujímavých výsledkov, pretože získanie financií si vyžiadalo veľa neúspešných pokusov.“

Okrem toho chemik pripomína, že atmosférické snehové kryštály hrajú dôležitú úlohu pri globálnom otepľovaní: „Aby sme pochopili vplyv na zmenu klímy, musíme pochopiť jej tvar a rýchlosť rastu. Takže naše lepšie pochopenie nám umožňuje vložiť ďalší kúsok do mnohomiliónovej skladačky.“

Dúfam, že s týmito informáciami sa dozviete viac o ľadových kryštáloch a ich vlastnostiach.