Tinh thể băng

tinh thể băng tự nhiên

Các tinh thể băng Chúng luôn là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học với hình dáng kỳ dị và nổi bật. Nếu chúng ta nhìn chúng dưới kính hiển vi, chúng ta có thể thấy rằng chúng có những hình dạng hình học ngoạn mục và điều đáng chú ý là tại sao những hình dạng hình học này lại được tạo ra trong tự nhiên.

Trong bài viết này, chúng tôi sẽ cho bạn biết kết luận của các nghiên cứu khác nhau liên quan đến tinh thể băng là gì và những gì đã được phát hiện cho đến nay.

sự hình thành của tinh thể băng

hình học

Hình dạng đối xứng cao là do sự phát triển của hồ chứa, nơi nước được lắng đọng trực tiếp trên các tinh thể băng và bốc hơi. Tùy thuộc vào nhiệt độ và độ ẩm xung quanh, các tinh thể nước đá có thể phát triển từ các lăng trụ lục giác ban đầu theo nhiều cách đối xứng. Các hình dạng có thể có của tinh thể băng là hình cột, hình kim, hình đĩa và hình đuôi gai. Nếu tinh thể di chuyển đến một vùng có điều kiện môi trường khác, chế độ tăng trưởng có thể thay đổi và tinh thể cuối cùng có thể hiển thị các chế độ hỗn hợp.

Các tinh thể băng có xu hướng rơi xuống với các trục dài của chúng được căn chỉnh theo chiều ngang, và do đó có thể nhìn thấy trên các radar thời tiết phân cực với các giá trị phản xạ vi sai nâng cao (dương). Việc tải tinh thể băng có thể gây ra các đường thẳng hàng khác với chiều ngang. Radar thời tiết phân cực cũng có thể phát hiện tốt các tinh thể băng tích điện. Nhiệt độ và độ ẩm quyết định nhiều dạng tinh thể khác nhau. Các tinh thể băng chịu trách nhiệm cho một số biểu hiện quang học trong khí quyển.

Các đám mây đông lạnh được tạo thành từ các tinh thể băng, đặc biệt là các đám mây ti và sương mù đóng băng. Các tinh thể băng trong tầng đối lưu khiến bầu trời xanh hơi chuyển sang màu trắng, đây có thể là dấu hiệu của một phía trước đang đến gần (và mưa) khi không khí ẩm bốc lên và đóng băng thành các tinh thể băng.

Ở nhiệt độ và áp suất bình thường, phân tử nước có hình chữ V và hai nguyên tử hydro liên kết với nguyên tử oxy một góc 105 °. Các tinh thể nước đá thông thường có dạng đối xứng và hình lục giác

Khi bị nén giữa hai lớp graphene, các tinh thể băng hình vuông sẽ hình thành ở nhiệt độ phòng. Vật liệu này là một pha tinh thể băng mới kết hợp với 17 loại đá khác. Nghiên cứu tiếp theo từ một khám phá trước đó rằng hơi nước và nước lỏng có thể đi qua các tấm graphene oxit nhiều lớp, không giống như các phân tử nhỏ hơn như heli. Hiệu ứng này được cho là do lực van der Waals thúc đẩy, có thể liên quan đến áp suất vượt quá 10.000 atm.

nghiên cứu về tinh thể băng

sự hình thành tinh thể băng

Các mô phỏng được thực hiện trên siêu máy tính MareNostrum ở Barcelona bởi các nhà nghiên cứu từ CSIC và Đại học Complutense của Madrid đã xác nhận rằng chìa khóa cho sự phát triển kỳ lạ của các tinh thể băng nằm ở cấu trúc bề mặt của chúng

Bề mặt băng có thể ở ba trạng thái khác nhau, với mức độ rối loạn khác nhau. Các đoạn từ này sang đoạn khác tạo ra những thay đổi đột ngột trong tốc độ tăng trưởng khi nhiệt độ tăng và giải thích các cách khác nhau (dẹt, hình lục giác hoặc cả hai) từ các tinh thể băng hoặc tuyết trong khí quyển.

Chìa khóa cho những thay đổi và tăng trưởng tinh thể cụ thể này là cấu trúc bề mặt của chúng. Một nghiên cứu được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu Luis González MacDowell từ Đại học Complutense Madrid (UCM), Eva Noya từ Viện Hóa lý Rocca Solano (IQFR) của Cao ủy Nghiên cứu Khoa học và Pablo Llombart từ cả hai cơ sở này đã chứng minh phần nào điều này. . Bài báo đã được đăng trên tạp chí Science Advances.

González MacDowell cho biết: “Lý do của sự thay đổi này cho đến nay vẫn còn là một bí ẩn, khi nhà nghiên cứu Nhật Bản Ukichiro Nakaya phát hiện vào những năm 1930 những tinh thể băng nhỏ nhất, được gọi là bụi kim cương, có hình dạng như một lăng kính lục giác. Những lăng kính này có thể phẳng, giống như hình thoi, hoặc dài ra, giống như một chiếc bút chì hoặc lăng trụ lục giác, và có thể biến đổi từ hình dạng này sang hình dạng khác ở một nhiệt độ cụ thể.

Mô phỏng

tinh thể băng

Các nhà nghiên cứu quan sát thấy ở nhiệt độ thấp, bề mặt băng nhẵn và tương đối trật tự. Khi các phân tử hơi va chạm với bề mặt, họ không thể tìm thấy một nơi để lao vào và nhanh chóng bay hơi, điều này làm cho sự phát triển của tinh thể rất chậm.

Nhưng ở nhiệt độ cao hơn, bề mặt băng trở nên rối loạn hơn, nhiều bậc. Các phân tử hơi có thể dễ dàng tìm thấy vị trí của chúng trên các bậc thang và các tinh thể phát triển nhanh chóng.

"Chúng tôi quan sát thấy rằng sự thay đổi này không diễn ra từ từ, mà xảy ra do một quá trình chuyển đổi rất cụ thể được gọi là chuyển đổi tôpô. Nhưng điều khiến lớp băng trở nên bất thường hơn nữa là đột nhiên, khi lớp vỏ bên ngoài của tinh thể tan chảy, bề mặt lại nhẵn và lộn xộn hơn ", Noah nói.

Khi nó trở nên rất mịn trở lại, sự phát triển của tinh thể trở nên rất chậm ở phía đó của tinh thể, nhưng không phải ở phía bên kia. Đột nhiên một số phát triển nhanh, một số khác phát triển chậm và hình dạng của các tinh thể thay đổi, như Nakatani đã quan sát trong các thí nghiệm hơn 90 năm trước.

Mô phỏng trong MareNostrum

Cho rằng băng là một chất phức tạp cần được nghiên cứu bằng các kỹ thuật thí nghiệm do nó bay hơi nhanh, các mô phỏng đã được thực hiện trong XNUMX tháng trên máy tính lớn nhất ở Tây Ban Nha, MareNostrum (BSC-CNS).

“Công việc tính toán đã cho phép chúng tôi xác định đường đi của từng phân tử nước tạo thành tinh thể; nhưng tất nhiên, để tạo thành một tinh thể nhỏ, chúng ta cần hàng trăm nghìn phân tử, vì vậy số lượng tính toán cần thiết để thực hiện nghiên cứu này là rất lớn. Llombart Say nói.

González MacDowell kết luận rằng những kết quả này “rất thú vị, nhưng nghiên cứu khoa học luôn cần được xác nhận bằng các tính toán và xác nhận mới. Bất chấp sự thận trọng này, chúng tôi hài lòng rằng những nỗ lực của chúng tôi đã mang lại kết quả dưới dạng những kết quả thú vị, bởi vì đã nhiều nỗ lực không thành công để có được tài trợ. ”

Ngoài ra, nhà hóa học nhớ lại rằng các tinh thể tuyết trong khí quyển đóng một vai trò quan trọng trong sự nóng lên toàn cầu: “Để hiểu tác động của biến đổi khí hậu, chúng ta cần hiểu hình dạng và tốc độ phát triển của nó. Vì vậy, sự hiểu biết tốt hơn của chúng tôi cho phép chúng tôi đặt một mảnh khác vào câu đố nhiều triệu đô la. "

Tôi hy vọng rằng với những thông tin này, bạn có thể tìm hiểu thêm về các tinh thể băng và đặc điểm của chúng.


Một bình luận, để lại của bạn

Để lại bình luận của bạn

địa chỉ email của bạn sẽ không được công bố. Các trường bắt buộc được đánh dấu bằng *

*

*

  1. Chịu trách nhiệm về dữ liệu: Miguel Ángel Gatón
  2. Mục đích của dữ liệu: Kiểm soát SPAM, quản lý bình luận.
  3. Hợp pháp: Sự đồng ý của bạn
  4. Truyền thông dữ liệu: Dữ liệu sẽ không được thông báo cho các bên thứ ba trừ khi có nghĩa vụ pháp lý.
  5. Lưu trữ dữ liệu: Cơ sở dữ liệu do Occentus Networks (EU) lưu trữ
  6. Quyền: Bất cứ lúc nào bạn có thể giới hạn, khôi phục và xóa thông tin của mình.

  1.   Thôi dijo

    Các chủ đề thú vị và đáng kinh ngạc mà mẹ thiên nhiên mang đến cho chúng ta rất đáng được trân trọng, vì chúng cung cấp cho chúng ta kiến ​​thức mà trí tưởng tượng yêu thích... Thật thú vị khi quan sát các tinh thể băng trông giống như một tác phẩm nghệ thuật... Chúc mừng