冰晶

很多 冰晶 由於其獨特而醒目的形狀，它們一直是科學家們研究的對象。 如果我們在顯微鏡下觀察它們，我們可以看到它們具有壯觀的幾何形狀，而這些幾何形狀為什麼會在自然界中產生是令人驚訝的。

在本文中，我們將告訴您與冰晶相關的各種研究的結論是什麼，以及迄今為止發現了什麼。

冰晶的形成

高度對稱的形狀是由於水庫的生長，水直接沉積在冰晶上並蒸發。 根據環境溫度和濕度， 冰晶可以從最初的六角棱柱以許多對稱的方式發展。 冰晶的可能形狀有柱狀、針狀、板狀和樹枝狀。 如果晶體遷移到不同環境條件的區域，生長模式可能會發生變化，最終的晶體可能會呈現混合模式。

冰晶傾向於以長軸水平排列的方式下落，因此在具有增強（正）差分反射值的極化氣象雷達上可見。 冰晶加載會導致非水平對齊。 偏振天氣雷達也可以很好地探測帶電冰晶。 溫度和濕度決定了許多不同的晶體形式。 冰晶是造成幾種大氣光學現象的原因。

凍雲是由冰晶組成的，尤其是卷雲和凍霧。 對流層中的冰晶導致藍天略微變白，這可能是由於潮濕空氣上升並凍結成冰晶而接近鋒（和雨）的跡象。

在常溫常壓下， 水分子呈 V 形，兩個氫原子以 105° 角與氧原子鍵合。 常見的冰晶是對稱的六角形的

當在兩層石墨烯之間壓縮時，在室溫下會形成方形冰晶。 該材料是一種新的冰晶相，與其他 17 種冰相結合。 該研究是在較早的發現之後進行的，即水蒸氣和液態水可以穿過層壓的氧化石墨烯片，這與氦等較小的分子不同。 這種效應被認為是由范德華力驅動的，它可能涉及超過 10.000 個大氣壓的壓力。

冰晶研究

CSIC 和馬德里康普頓斯大學的研究人員在巴塞羅那的 MareNostrum 超級計算機上進行的模擬證實，冰晶奇怪生長的關鍵在於其表面結構

冰面可以處於三種不同的狀態，具有不同程度的無序。 從一個到另一個的通道會產生突然的變化 隨著溫度升高的增長率並解釋不同的方式 （扁平、六邊形或兩者兼有）來自大氣中的冰晶或雪晶。

這些特定晶體變化和生長的關鍵是它們的表面結構。 馬德里康普頓斯大學 (UCM) 的研究人員 Luis González MacDowell、科學研究高級專員羅卡索拉諾物理化學研究所 (IQFR) 的 Eva Noya 和這兩個機構的 Pablo Llombart 進行的一項研究在一定程度上證明了這一點。 . 這篇文章發表在《科學進展》雜誌上。

“這種變化的原因一直是個謎，”González MacDowell 回憶說，日本研究員 Ukichiro Nakaya 在 1930 年代發現了最小的冰晶，稱為鑽石塵，形狀像六角棱柱。 這些棱鏡可以是扁平的，如菱形，也可以是細長的，如鉛筆或六角棱鏡，並且可以在特定溫度下從一種形狀轉變為另一種形狀。

模擬

研究人員觀察到，在低溫下，冰面光滑且相對有序。 當蒸氣分子與表面碰撞時， 他們找不到地方衝進去迅速蒸發， 這使得晶體生長非常緩慢。

但在更高的溫度下，冰面變得更加無序，有許多台階。 蒸氣分子很容易在台階上找到它們的位置，晶體迅速生長。

“我們觀察到這種變化不是漸進的，而是由於一種非常特殊的轉變而發生的，這種轉變稱為拓撲轉變。 但更不尋常的是，突然之間，當水晶的外殼融化時，表面又變得更加光滑和雜亂，”諾亞說。

當它再次變得非常光滑時，晶體那一側的晶體生長變得非常緩慢，而另一側則沒有。 突然間有些長得快，有些長得慢，晶體的形狀發生了變化， 正如 90 多年前 Nakatani 在實驗中觀察到的那樣。

MareNostrum 中的模擬

鑑於冰是一種複雜的物質，由於其快速蒸發需要使用實驗技術進行研究，因此已經在西班牙最大的計算機 MareNostrum (BSC-CNS) 上進行了八個月的模擬。

“計算工作使我們能夠確定形成晶體的每個水分子的路徑； 但是當然，要形成一個小晶體，我們需要數十萬個分子，因此進行這項研究所需的計算量是巨大的。 隆巴特說。

González MacDowell 總結道，這些結果“非常有趣，但科學研究總是需要通過新的計算和驗證來證實。 儘管有這種謹慎，但我們很高興我們的努力取得了有趣的成果，因為獲得資金的嘗試多次失敗。”

此外，化學家回憶說，大氣中的雪晶在全球變暖中起著重要作用：“要了解對氣候變化的影響，我們需要了解它的形狀和增長率. 因此，我們更好的理解使我們能夠在數百萬美元的難題中再添一塊。”

我希望通過這些信息，您可以更多地了解冰晶及其特性。