Iskristaller

mycket iskristaller De har alltid varit föremål för studier av vetenskapsmän med tanke på deras säregna och slående form. Om vi ​​tittar på dem i mikroskop kan vi se att de har spektakulära geometriska former och det är slående varför dessa geometriska former genereras i naturen.

I den här artikeln kommer vi att berätta vad slutsatserna från olika studier relaterade till iskristaller är och vad som har upptäckts hittills.

bildandet av iskristaller

Den mycket symmetriska formen beror på reservoartillväxt, där vatten avsätts direkt på iskristaller och avdunstar. Beroende på omgivningstemperatur och luftfuktighet, Iskristaller kan utvecklas från de initiala hexagonala prismorna på många symmetriska sätt. De möjliga formerna av iskristaller är kolumnformade, nålformade, plattformade och dendritiska. Om kristallen migrerar till en region med olika miljöförhållanden kan tillväxtsättet ändras och den slutliga kristallen kan visa blandade lägen.

Iskristaller tenderar att falla med sina långa axlar horisontellt riktade och är därför synliga på polarimetriska väderradarer med förbättrade (positiva) differentialreflektansvärden. Iskristallladdning kan orsaka andra inriktningar än horisontella. Polariserad väderradar kan också detektera laddade iskristaller bra. Temperatur och luftfuktighet bestämmer många olika kristallformer. Iskristaller är ansvariga för flera atmosfäriska optiska manifestationer.

Frusna moln är gjorda av iskristaller, speciellt cirrusmoln och iskall dimma. Iskristaller i troposfären gör att den blå himlen blir svagt vit, vilket kan vara ett tecken på att fronten närmar sig (och regn) när fuktig luft stiger upp och fryser till iskristaller.

Vid normal temperatur och tryck, vattenmolekyler är V-formade och två väteatomer är bundna till syreatomer i en vinkel på 105°. Vanliga iskristaller är symmetriska och hexagonala

När de komprimeras mellan två lager av grafen bildas fyrkantiga iskristaller vid rumstemperatur. Materialet är en ny iskristallfas som kombineras med 17 andra isar. Forskningen följer på en tidigare upptäckt att vattenånga och flytande vatten kan passera genom ark av laminerad grafenoxid, till skillnad från mindre molekyler som helium. Denna effekt tros drivas av van der Waals krafter, som kan involvera tryck över 10.000 XNUMX atmosfärer.

studier om iskristaller

Simuleringar utförda på superdatorn MareNostrum i Barcelona av forskare från CSIC och Complutense University of Madrid har bekräftat att nyckeln till den märkliga tillväxten av iskristaller ligger i deras ytstruktur

Isytor kan vara i tre olika tillstånd, med olika grader av oordning. Passager från det ena till det andra skapar abrupta förändringar i tillväxthastigheter när temperaturen stiger och förklara de olika sätten (tillplattad, hexagonal eller båda) från is- eller snökristaller i atmosfären.

Nyckeln till dessa specifika kristallförändringar och tillväxt är deras ytstruktur. En studie utförd av forskarna Luis González MacDowell från Complutense University of Madrid (UCM), Eva Noya från Rocca Solano Institute of Physical Chemistry (IQFR) vid högkommissarien för vetenskaplig forskning och Pablo Llombart från båda institutionerna visar detta något. . Artikeln publicerades i tidskriften Science Advances.

"Orsaken till denna förändring har varit ett mysterium fram till nu", säger González MacDowell och påminner om att den japanske forskaren Ukichiro Nakaya upptäckte på 1930-talet de minsta iskristallerna, kallade diamantdamm, formade som ett sexkantigt prisma. Dessa prismor kan vara platta, som en pastill, eller långsträckta, som en penna eller sexkantiga prisma, och kan förvandlas från en form till en annan vid en specifik temperatur.

Simuleringar

Forskarna observerade att vid låga temperaturer var isytan jämn och relativt välordnad. När ångmolekylerna kolliderar med ytan, de kan inte hitta en plats att rusa in på och snabbt avdunsta, vilket gör kristalltillväxten mycket långsam.

Men vid högre temperaturer blir isytan mer oordnad, med många steg. Ångmolekyler kan lätt hitta sin plats på trappan och kristaller växer snabbt.

"Vi observerade att denna förändring inte var gradvis, utan inträffade på grund av en mycket specifik övergång som kallas en topologisk övergång. Men det som gjorde isen ännu mer ovanlig var att plötsligt, när det yttre skalet på kristallen smälte, är ytan jämnare och stökigare igen, sa Noah.

När den blir väldigt slät igen blir kristalltillväxten väldigt långsam på den sidan av kristallen, men inte på andra sidan. Plötsligt växer vissa snabbt, andra växer långsamt, och formen på kristallerna förändras, som Nakatani observerade i experiment för mer än 90 år sedan.

Simulering i MareNostrum

Med tanke på att is är ett komplext ämne som behöver studeras med experimentella tekniker på grund av dess snabba avdunstning, har simuleringar genomförts under åtta månader på Spaniens största dator, MareNostrum (BSC-CNS).

”Beräkningsarbetet har gjort det möjligt för oss att bestämma vägen för varje vattenmolekyl som bildar kristallen; men för att bilda en liten kristall behöver vi naturligtvis hundratusentals molekyler, så mängden beräkning som krävs för att göra denna studie är enorm. säger Llombart Say.

González MacDowell drog slutsatsen att dessa resultat är "mycket intressanta, men vetenskaplig forskning måste alltid bekräftas av nya beräkningar och valideringar. Trots denna försiktighet är vi glada över att våra ansträngningar har burit frukt i form av intressanta resultat, eftersom det krävdes många misslyckade försök att få finansiering.”

Dessutom påminner kemisten om att atmosfäriska snökristaller spelar en viktig roll i den globala uppvärmningen: "För att förstå effekterna på klimatförändringarna måste vi förstå dess form och tillväxttakt. Så vår bättre förståelse tillåter oss att lägga ytterligare en bit i pusslet för flera miljoner dollar."

Jag hoppas att du med denna information kan lära dig mer om iskristaller och deras egenskaper.