Ledeni kristali

P ledeni kristali Že od nekdaj so bili predmet preučevanja znanstvenikov zaradi svoje nenavadne in osupljive oblike. Če jih pogledamo pod mikroskopom, lahko vidimo, da imajo spektakularne geometrijske oblike in osupljivo je, zakaj te geometrijske oblike nastajajo v naravi.

V tem članku vam bomo povedali, kakšni so zaključki različnih študij v zvezi z ledenimi kristali in kaj je bilo odkrito do danes.

nastajanje ledenih kristalov

Zelo simetrična oblika je posledica rasti rezervoarja, kjer se voda odlaga neposredno na ledene kristale in izhlapeva. Odvisno od temperature in vlažnosti okolja, ledeni kristali se lahko razvijejo iz začetnih šesterokotnih prizem na številne simetrične načine. Možne oblike ledenih kristalov so stebričaste, igličaste, ploščaste in dendritične. Če se kristal preseli v območje z drugačnimi okoljskimi pogoji, se lahko način rasti spremeni in končni kristal lahko pokaže mešane načine.

Ledeni kristali ponavadi padajo s svojimi dolgimi osemi, poravnanimi vodoravno, in so zato vidni na polarimetričnih vremenskih radarjih z izboljšanimi (pozitivnimi) vrednostmi diferencialne odbojnosti. Obremenitev ledenih kristalov lahko povzroči poravnave, ki niso vodoravne. Polariziran vremenski radar lahko dobro zazna tudi nabite ledene kristale. Temperatura in vlažnost določata veliko različnih kristalnih oblik. Ledeni kristali so odgovorni za številne atmosferske optične manifestacije.

Zamrznjeni oblaki so sestavljeni iz ledenih kristalov, zlasti cirusov in ledene megle. Če želite izvedeti več o teh vrstah oblakov, si oglejte članek o radovedni cirusi. Če vas zanima nastanek različnih vrst oblakov, se lahko pozanimate tudi o kako se oblaki razkrojijo. Ledeni kristali v troposferi povzročijo, da se modro nebo obarva rahlo belo, kar bi lahko bil znak bližajoče se fronte (in dežja), ko se vlažen zrak dviga in zamrzne v ledene kristale.

Pri normalni temperaturi in tlaku, molekule vode so v obliki črke V in dva atoma vodika sta vezana na atome kisika pod kotom 105°. Navadni ledeni kristali so simetrični in šesterokotni.

Pri stiskanju med dve plasti grafena se pri sobni temperaturi oblikujejo kvadratni ledeni kristali. Material je nova faza ledenih kristalov, ki se kombinira s 17 drugimi ledi. Raziskava sledi prejšnjemu odkritju, da lahko vodna para in tekoča voda prehajata skozi plošče laminiranega grafenovega oksida, za razliko od manjših molekul, kot je helij. Ta učinek naj bi povzročile van der Waalsove sile, ki lahko vključujejo pritiske, ki presegajo 10.000 atmosfer.

Povezani članek:

Kondenzacija, zmrzovanje in sublimacija: ključni procesi v meteorologiji

študije o ledenih kristalih

Simulacije, ki so jih na superračunalniku MareNostrum v Barceloni izvedli raziskovalci iz CSIC in Univerze Complutense v Madridu, so potrdile, da je ključ do nenavadne rasti ledenih kristalov v njihovi površinski strukturi.

Ledene površine so lahko v treh različnih stanjih z različnimi stopnjami neurejenosti. Prehodi iz enega v drugega povzročajo nenadne spremembe stopnje rasti, ko se temperature dvignejo, in pojasni različne načine (sploščen, šestkoten ali oboje) iz ledenih ali snežnih kristalov v ozračju.

Ključ do teh specifičnih kristalnih sprememb in rasti je njihova površinska struktura. Študija, ki so jo izvedli raziskovalci Luis González MacDowell z Univerze Complutense v Madridu (UCM), Eva Noya z Inštituta za fizikalno kemijo Rocca Solano (IQFR) Visokega komisarja za znanstvene raziskave in Pablo Llombart iz obeh institucij to delno dokazuje. Članek je bil objavljen v reviji Science Advances.

Poleg tega je zanimivo, da je japonski raziskovalec Ukichiro Nakaya v tridesetih letih prejšnjega stoletja odkril najmanjše ledene kristale, imenovane diamantni prah, v obliki šesterokotne prizme. Te prizme so lahko ravne, kot tableta, ali podolgovate, kot svinčnik ali šestkotna prizma, in se lahko spreminjajo iz ene oblike v drugo pri določeni temperaturi.

Povezani članek:

Snežne zanimivosti: česa še niste vedeli

Simulacije

Raziskovalci so opazili, da je pri nizkih temperaturah ledena površina gladka in razmeroma urejena. Ko molekule pare trčijo ob površino, ne najdejo mesta, kamor bi pohiteli in hitro izhlapijo, zaradi česar je rast kristalov zelo počasna. V tem smislu se predlaga študija o kumulonimbusni oblaki lahko koristno za boljše razumevanje pojavov, povezanih z ledom v ozračju.

Toda pri višjih temperaturah postane ledena površina bolj neurejena, s številnimi stopnicami. Molekule hlapov zlahka najdejo svoje mesto na stopnicah in kristali hitro rastejo.

"Opazili smo, da ta sprememba ni bila postopna, ampak se je zgodila zaradi zelo specifičnega prehoda, imenovanega topološki prehod. Toda tisto, zaradi česar je bil led še bolj nenavaden, je bilo to, da je nenadoma, ko se zunanja lupina kristala stopi, površina spet bolj gladka in neurejena," je dejal Noah.

Ko spet postane zelo gladek, postane rast kristala zelo počasna na tisti strani kristala, ne pa tudi na drugi strani. Nenadoma nekateri rastejo hitro, drugi rastejo počasi in oblika kristalov se spreminja, kot je opazil Nakatani v poskusih pred več kot 90 leti.

Povezani članek:

Raziskovanje kumulusov: značilnosti, nastanek in vrste

Simulacija v MareNostrum

Glede na to, da je led kompleksna snov, ki jo je treba zaradi hitrega izhlapevanja preučevati z eksperimentalnimi tehnikami, so simulacije izvajali osem mesecev na največjem računalniku v Španiji MareNostrum (BSC-CNS).

»Računalniško delo nam je omogočilo določitev poti vsake molekule vode, ki tvori kristal; seveda pa za oblikovanje majhnega kristala potrebujemo na stotine tisoče molekul, zato je količina računanja, potrebnega za izvedbo te študije, ogromna. pravi Llombart Say.

González MacDowell je zaključil, da so ti rezultati »zelo zanimivi, vendar je treba znanstvene raziskave vedno potrditi z novimi izračuni in potrditvami. Kljub tej previdnosti smo veseli, da je naš trud obrodil sadove v obliki zanimivih rezultatov, saj je bilo potrebnih veliko neuspešnih poskusov pridobitve sredstev.«

Poleg tega se kemik spominja, da imajo atmosferski snežni kristali pomembno vlogo pri globalnem segrevanju: "Da bi razumeli vpliv na podnebne spremembe, moramo razumeti njihovo obliko in stopnjo rasti. Tako nam naše boljše razumevanje omogoča, da dodamo še en košček v več milijonov dolarjev vredno sestavljanko."

Povezani članek:

Odkrijte najbolj spektakularne meteorološke pojave na svetu

Upam, da boste s temi informacijami izvedeli več o ledenih kristalih in njihovih značilnostih.