冰晶

MGI 冰晶 由于其独特而醒目的形状，它们一直是科学家们研究的对象。 如果我们在显微镜下观察它们，我们可以看到它们具有壮观的几何形状，而这些几何形状为什么会在自然界中产生是令人惊讶的。

在本文中，我们将告诉您与冰晶相关的各种研究的结论是什么，以及迄今为止发现了什么。

冰晶的形成

高度对称的形状是由于水库的生长，水直接沉积在冰晶上并蒸发。 根据环境温度和湿度， 冰晶可以从最初的六角棱柱以许多对称的方式发展。 冰晶的可能形状有柱状、针状、板状和树枝状。 如果晶体迁移到不同环境条件的区域，生长模式可能会发生变化，最终的晶体可能会呈现混合模式。

冰晶倾向于以长轴水平排列的方式下落，因此在具有增强（正）差分反射值的极化气象雷达上可见。 冰晶加载会导致非水平对齐。 偏振天气雷达也可以很好地探测带电冰晶。 温度和湿度决定了许多不同的晶体形式。 冰晶是造成几种大气光学现象的原因。

冻云是由冰晶组成的，尤其是卷云和冻雾。 对流层中的冰晶导致蓝天略微变白，这可能是由于潮湿空气上升并冻结成冰晶而接近锋（和雨）的迹象。

在常温常压下， 水分子呈 V 形，两个氢原子以 105° 角与氧原子键合。 常见的冰晶是对称的六角形的

当在两层石墨烯之间压缩时，在室温下会形成方形冰晶。 该材料是一种新的冰晶相，与其他 17 种冰相结合。 该研究是在较早的发现之后进行的，即水蒸气和液态水可以穿过层压的氧化石墨烯片，这与氦等较小的分子不同。 这种效应被认为是由范德华力驱动的，它可能涉及超过 10.000 个大气压的压力。

冰晶研究

CSIC 和马德里康普顿斯大学的研究人员在巴塞罗那的 MareNostrum 超级计算机上进行的模拟证实，冰晶奇怪生长的关键在于其表面结构

冰面可以处于三种不同的状态，具有不同程度的无序。 从一个到另一个的通道会产生突然的变化 随着温度升高的增长率并解释不同的方式 （扁平、六边形或两者兼有）来自大气中的冰晶或雪晶。

这些特定晶体变化和生长的关键是它们的表面结构。 马德里康普顿斯大学 (UCM) 的研究人员 Luis González MacDowell、科学研究高级专员罗卡索拉诺物理化学研究所 (IQFR) 的 Eva Noya 和这两个机构的 Pablo Llombart 进行的一项研究在一定程度上证明了这一点。 . 这篇文章发表在《科学进展》杂志上。

“这种变化的原因一直是个谜，”González MacDowell 回忆说，日本研究员 Ukichiro Nakaya 在 1930 年代发现了最小的冰晶，称为钻石尘，形状像六角棱柱。 这些棱镜可以是扁平的，如菱形，也可以是细长的，如铅笔或六角棱镜，并且可以在特定温度下从一种形状转变为另一种形状。

模拟

研究人员观察到，在低温下，冰面光滑且相对有序。 当蒸气分子与表面碰撞时， 他们找不到地方冲进去迅速蒸发， 这使得晶体生长非常缓慢。

但在更高的温度下，冰面变得更加无序，有许多台阶。 蒸气分子很容易在台阶上找到它们的位置，晶体迅速生长。

“我们观察到这种变化不是渐进的，而是由于一种非常特殊的转变而发生的，这种转变称为拓扑转变。 但更不寻常的是，突然之间，当水晶的外壳融化时，表面又变得更加光滑和杂乱，”诺亚说。

当它再次变得非常光滑时，晶体那一侧的晶体生长变得非常缓慢，而另一侧则没有。 突然间有些长得快，有些长得慢，晶体的形状发生了变化， 正如 90 多年前 Nakatani 在实验中观察到的那样。

MareNostrum 中的模拟

鉴于冰是一种复杂的物质，由于其快速蒸发需要使用实验技术进行研究，因此已经在西班牙最大的计算机 MareNostrum (BSC-CNS) 上进行了八个月的模拟。

“计算工作使我们能够确定形成晶体的每个水分子的路径； 但是当然，要形成一个小晶体，我们需要数十万个分子，因此进行这项研究所需的计算量是巨大的。 隆巴特说。

González MacDowell 总结道，这些结果“非常有趣，但科学研究总是需要通过新的计算和验证来证实。 尽管有这种谨慎，但我们很高兴我们的努力取得了有趣的成果，因为获得资金的尝试多次失败。”

此外，化学家回忆说，大气中的雪晶在全球变暖中起着重要作用：“要了解对气候变化的影响，我们需要了解它的形状和增长率. 因此，我们更好的理解使我们能够在数百万美元的难题中再添一块。”

我希望通过这些信息，您可以更多地了解冰晶及其特性。