얼음 결정

롯 얼음 결정 그것들은 독특하고 눈에 띄는 모양으로 인해 항상 과학자들의 연구 대상이었습니다. 우리가 그것들을 현미경으로 보면 장관을 이루는 기하학적 모양을 가지고 있음을 알 수 있으며 이러한 기하학적 모양이 자연에서 생성된 이유가 놀랍습니다.

이 기사에서는 얼음 결정과 관련된 다양한 연구의 결론이 무엇이며 현재까지 발견된 사실을 알려 드리겠습니다.

얼음 결정의 형성

고도로 대칭적인 모양은 물이 얼음 결정에 직접 침전되어 증발하는 저수지 성장으로 인한 것입니다. 주변 온도와 습도에 따라 얼음 결정은 초기 육각 프리즘에서 많은 대칭 방식으로 발전할 수 있습니다. 얼음 결정의 가능한 모양은 기둥 모양, 바늘 모양, 판 모양 및 수지상입니다. 결정이 다른 환경 조건의 영역으로 이동하면 성장 모드가 변경되어 최종 결정이 혼합 모드를 보일 수 있습니다.

얼음 결정은 긴 축이 수평으로 정렬된 상태로 떨어지는 경향이 있으므로 향상된(양의) 차등 반사율 값이 있는 편광 기상 레이더에서 볼 수 있습니다. 얼음 결정 로딩은 수평이 아닌 정렬을 유발할 수 있습니다. 편광 기상 레이더는 하전된 얼음 결정도 잘 감지할 수 있습니다. 온도와 습도는 다양한 결정 형태를 결정합니다. 얼음 결정은 여러 대기 광학 현상을 담당합니다.

얼어붙은 구름은 얼음 결정, 특히 권운과 얼어붙은 안개로 구성됩니다. 이러한 유형의 클라우드에 대해 자세히 알아보려면 다음 기사를 참조하세요. 호기심 많은 권운. 또한, 다양한 유형의 구름 형성에 관심이 있다면 다음을 알아볼 수 있습니다. 구름이 어떻게 사라지는가. 대류권의 얼음 결정은 푸른 하늘을 약간 하얗게 만들며, 이는 습한 공기가 상승하여 얼음 결정으로 얼면서 전선(및 비)이 다가오고 있다는 신호일 수 있습니다.

정상적인 온도와 압력에서, 물 분자는 V자 모양이고 두 개의 수소 원자가 105° 각도로 산소 원자에 결합되어 있습니다. 일반적인 얼음 결정은 대칭적이고 육각형입니다.

그래핀의 두 층 사이를 압축하면 실온에서 정사각형 얼음 결정이 형성됩니다. 재료는 17개의 다른 얼음과 결합하는 새로운 얼음 결정 단계입니다. 이 연구는 수증기와 액체 물이 헬륨과 같은 더 작은 분자와 달리 적층된 산화 그래핀 시트를 통과할 수 있다는 초기 발견에서 이어집니다. 이 효과는 10.000기압을 초과하는 압력을 수반할 수 있는 반 데르 발스 힘에 의해 유발되는 것으로 생각됩니다.

얼음 결정에 대한 연구

CSIC와 마드리드 콤플루텐세 대학의 연구원들이 바르셀로나의 마레노스트룸 슈퍼컴퓨터에서 수행한 시뮬레이션에 따르면, 얼음 결정의 비정상적인 성장의 핵심은 표면 구조에 있다는 것이 확인되었습니다.

얼음 표면은 다양한 정도의 무질서와 함께 세 가지 다른 상태에 있을 수 있습니다. 하나에서 다른 것으로의 통로는 온도 상승에 따른 성장률 및 다양한 방법 설명 (평평한, 육각형 또는 둘 다) 대기의 얼음이나 눈 결정에서.

이러한 특정 결정의 변화와 성장의 핵심은 표면 구조입니다. 마드리드 콤플루텐세 대학(UCM)의 연구원 루이스 곤잘레스 맥도웰, 과학 연구를 위한 고등 위원회 산하 로카 솔라노 물리화학 연구소(IQFR)의 연구원 에바 노야, 그리고 두 기관의 연구원 파블로 욤바르트가 수행한 연구는 이를 부분적으로 보여줍니다. 해당 논문은 Science Advances 저널에 게재되었습니다.

더욱이 일본의 연구자 나카야 우키치로가 1930년대에 육각형 프리즘 모양의 다이아몬드 더스트라고 불리는 가장 작은 얼음 결정을 발견했다는 점도 흥미롭습니다. 이러한 프리즘은 알약처럼 납작할 수도 있고, 연필이나 육각형 프리즘처럼 길쭉할 수도 있으며, 특정 온도에서 한 모양에서 다른 모양으로 바뀔 수 있습니다.

시뮬레이션

연구자들은 낮은 온도에서 얼음 표면이 부드럽고 비교적 질서 정연하다는 것을 관찰했습니다. 증기 분자가 표면과 충돌할 때, 급히 증발할 곳을 찾지 못하고, 이로 인해 결정 성장이 매우 느려집니다. 이러한 의미에서 다음 연구가 제안된다. 적란운 대기 중의 얼음과 관련된 현상을 더 잘 이해하는 데 유용할 수 있습니다.

그러나 더 높은 온도에서 얼음 표면은 여러 단계로 더 무질서해집니다. 증기 분자는 계단에서 쉽게 제자리를 찾을 수 있으며 결정은 빠르게 자랍니다.

"우리는 이 변화가 점진적인 것이 아니라 토폴로지 전환이라는 매우 구체적인 전환으로 인해 발생했음을 관찰했습니다. 그러나 얼음을 더욱 특이하게 만든 것은 결정의 바깥 껍질이 갑자기 녹았을 때 표면이 다시 매끄러워지고 더러워졌다는 것입니다."라고 Noah가 말했습니다.

다시 매우 매끄러워지면 결정 성장이 결정 쪽에서는 매우 느려지지만 다른 쪽에서는 그렇지 않습니다. 갑자기 어떤 것은 빠르게, 어떤 것은 천천히 자라며, 결정의 모양이 변하고, Nakatani가 90년 이상 전에 실험에서 관찰한 것처럼.

MareNostrum의 시뮬레이션

얼음은 빠른 증발로 인해 실험 기술을 사용하여 연구해야 하는 복잡한 물질임을 감안할 때 스페인에서 가장 큰 컴퓨터인 MareNostrum(BSC-CNS)에서 시뮬레이션이 XNUMX개월 동안 수행되었습니다.

“계산 작업을 통해 결정을 형성하는 각 물 분자의 경로를 결정할 수 있었습니다. 물론 작은 결정을 형성하려면 수십만 개의 분자가 필요하므로 이 연구를 수행하는 데 필요한 계산량은 엄청납니다. Llombart Say는 말합니다.

González MacDowell은 이러한 결과가 “매우 흥미롭지만 과학적 연구는 항상 새로운 계산과 검증을 통해 확인되어야 합니다. 이러한 주의에도 불구하고 자금 조달을 위해 여러 번 시도했지만 실패했기 때문에 우리의 노력이 흥미로운 결과의 형태로 결실을 맺게 된 것을 기쁘게 생각합니다.”

또한 화학자는 대기의 눈 결정이 지구 온난화에 중요한 역할을 한다고 회상합니다.기후 변화에 대한 영향을 이해하려면 기후 변화의 형태와 성장률을 이해해야 합니다.. 따라서 더 나은 이해를 통해 수백만 달러의 퍼즐에 또 다른 조각을 넣을 수 있습니다."

이 정보를 통해 얼음 결정과 그 특성에 대해 더 많이 알 수 있기를 바랍니다.