Buz kristalleri

Jardines de Viveros buz kristalleri Kendine özgü ve çarpıcı şekliyle bilim adamları tarafından her zaman inceleme konusu olmuştur. Onlara mikroskop altında baktığımızda muhteşem geometrik şekillere sahip olduklarını görebiliriz ve bu geometrik şekillerin doğada neden oluştuğu dikkat çekicidir.

Bu yazıda size buz kristalleri ile ilgili çeşitli çalışmaların sonuçlarının neler olduğunu ve bugüne kadar keşfedilenleri anlatacağız.

buz kristallerinin oluşumu

Oldukça simetrik şekil, suyun doğrudan buz kristalleri üzerinde biriktiği ve buharlaştığı rezervuar büyümesinden kaynaklanmaktadır. Ortam sıcaklığına ve nemine bağlı olarak, buz kristalleri ilk altıgen prizmalardan birçok simetrik yolla gelişebilir. Buz kristallerinin olası şekilleri sütun şeklinde, iğne şeklinde, plaka şeklinde ve dendritiktir. Kristal, farklı çevresel koşullara sahip bir bölgeye göç ederse, büyüme modu değişebilir ve nihai kristal karışık modlar gösterebilir.

Buz kristalleri, yatay olarak hizalanmış uzun eksenleri ile düşme eğilimindedir ve bu nedenle, geliştirilmiş (pozitif) diferansiyel yansıma değerleri ile polarimetrik hava radarlarında görülebilir. Buz kristali yüklemesi, yataydan farklı hizalamalara neden olabilir. Polarize hava radarı, yüklü buz kristallerini de iyi tespit edebilir. Sıcaklık ve nem birçok farklı kristal formunu belirler. Buz kristalleri, birkaç atmosferik optik tezahürden sorumludur.

Donmuş bulutlar, özellikle sirrus bulutları ve donan sis olmak üzere buz kristallerinden oluşur. Troposferdeki buz kristalleri, mavi gökyüzünün hafifçe beyaza dönmesine neden olur; bu, yaklaşan bir cephenin (ve yağmurun) bir işareti olabilir, çünkü nemli hava yükselir ve buz kristallerine donar.

Normal sıcaklık ve basınçta, su molekülleri V şeklindedir ve iki hidrojen atomu oksijen atomlarına 105°'lik bir açıyla bağlanmıştır. Yaygın buz kristalleri simetrik ve altıgendir

İki grafen tabakası arasında sıkıştırıldığında, oda sıcaklığında kare buz kristalleri oluşur. Materyal, diğer 17 buzla birleşen yeni bir buz kristali fazıdır. Araştırma, su buharı ve sıvı suyun, helyum gibi daha küçük moleküllerin aksine, lamine grafen oksit tabakalarından geçebileceğine dair daha önceki bir keşiften yola çıkıyor. Bu etkinin, 10.000 atmosferin üzerindeki basınçları içerebilen van der Waals kuvvetleri tarafından yönlendirildiği düşünülmektedir.

buz kristalleri üzerine çalışmalar

CSIC ve Madrid Complutense Üniversitesi'nden araştırmacılar tarafından Barselona'daki MareNostrum süper bilgisayarında gerçekleştirilen simülasyonlar, buz kristallerinin tuhaf büyümesinin anahtarının yüzey yapılarında yattığını doğruladı.

Buz yüzeyleri, değişen derecelerde düzensizlik ile üç farklı durumda olabilir. Birinden diğerine geçişler ani değişiklikler yaratır. sıcaklık arttıkça büyüme oranları ve farklı yolları açıklayın atmosferdeki buz veya kar kristallerinden (düzleştirilmiş, altıgen veya her ikisi).

Bu özel kristal değişikliklerinin ve büyümesinin anahtarı, yüzey yapılarıdır. Madrid Complutense Üniversitesi'nden (UCM) araştırmacılar Luis González MacDowell, Bilimsel Araştırmalar Yüksek Komiseri Rocca Solano Fiziksel Kimya Enstitüsü'nden (IQFR) Eva Noya ve her iki kurumdan Pablo Llombart tarafından yürütülen bir çalışma bunu bir şekilde gösteriyor. . Makale Science Advances dergisinde yayınlandı.

González MacDowell, Japon araştırmacı Ukichiro Nakaya'nın 1930'larda elmas tozu adı verilen ve altıgen prizma şeklinde en küçük buz kristallerini keşfettiğini hatırlatarak, "Bu değişikliğin nedeni şimdiye kadar bir sırdı" diyor. Bu prizmalar baklava dilimi gibi düz veya kurşun kalem veya altıgen prizma gibi uzun olabilir ve belirli bir sıcaklıkta bir şekilden diğerine dönüşebilir.

simülasyonlar

Araştırmacılar, düşük sıcaklıklarda buz yüzeyinin pürüzsüz ve nispeten düzenli olduğunu gözlemledi. Buhar molekülleri yüzeyle çarpıştığında, acele edecek bir yer bulamıyorlar ve çabucak buharlaşıyorlar, bu da kristal büyümesini çok yavaşlatır.

Ancak daha yüksek sıcaklıklarda, buz yüzeyi birçok adımda daha düzensiz hale gelir. Buhar molekülleri basamaklarda kolayca yerlerini bulur ve kristaller hızla büyür.

"Bu değişikliğin kademeli olmadığını, topolojik geçiş adı verilen çok özel bir geçiş nedeniyle meydana geldiğini gözlemledik. Ancak buzu daha da sıra dışı yapan şey, kristalin dış kabuğu eridiğinde birdenbire, yüzeyin tekrar daha pürüzsüz ve daha dağınık olmasıydı," dedi Noah.

Tekrar çok düzgün hale geldiğinde, kristal büyümesi kristalin o tarafında çok yavaş olur, ancak diğer tarafında olmaz. Aniden bazıları hızlı büyür, diğerleri yavaş büyür ve kristallerin şekli değişir, Nakatani'nin 90 yıldan uzun bir süre önce deneylerde gözlemlediği gibi.

MareNostrum'da Simülasyon

Buzun hızlı buharlaşması nedeniyle deneysel teknikler kullanılarak incelenmesi gereken karmaşık bir madde olduğu göz önüne alındığında, İspanya'nın en büyük bilgisayarı MareNostrum'da (BSC-CNS) sekiz ay boyunca simülasyonlar gerçekleştirilmiştir.

“Hesaplama çalışması, kristali oluşturan her su molekülünün yolunu belirlememize izin verdi; ama elbette küçük bir kristal oluşturmak için yüz binlerce moleküle ihtiyacımız var, bu yüzden bu çalışmayı yapmak için gereken hesaplama miktarı çok büyük. diyor Llombart Say.

González MacDowell, bu sonuçların “çok ilginç olduğu, ancak bilimsel araştırmaların her zaman yeni hesaplamalar ve doğrulamalarla teyit edilmesi gerektiği” sonucuna varmıştır. Bu uyarıya rağmen, çabalarımızın ilginç sonuçlar şeklinde meyve vermesinden memnunuz, çünkü fon bulmak için birçok başarısız girişimde bulunuldu.”

Ayrıca kimyager, atmosferik kar kristallerinin küresel ısınmada önemli bir rol oynadığını hatırlıyor: “İklim değişikliği üzerindeki etkisini anlamak için büyümenin şeklini ve oranını anlamamız gerekiyor.. Bu yüzden daha iyi anlamamız, multi-milyon dolarlık yapbozun bir parçasını daha koymamıza izin veriyor."

Umarım bu bilgilerle buz kristalleri ve özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.