Ледяной кристалл
 | Эта статья нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( март 2022 г. ) |
Кристаллы льда — это твердый лед симметричной формы , включая шестиугольные столбцы, шестиугольные пластины и дендритные кристаллы . [1] Кристаллы льда ответственны за различные проявления атмосферы оптические и образования облаков . [1] [2]
Формирование
[ редактировать ]
При температуре и давлении окружающей среды молекулы воды имеют V-образную форму. Два атома водорода соединяются с атомом кислорода под углом 105°. [3] Кристаллы льда имеют гексагональную кристаллическую решетку , то есть молекулы воды при замерзании образуют слоистые шестиугольники . [1]
Более медленный рост кристаллов из более холодной и сухой атмосферы приводит к большей гексагональной симметрии. [2] В зависимости от температуры и влажности окружающей среды кристаллы льда могут превратиться из исходной шестиугольной призмы во множество симметричных форм. [4] Возможные формы кристаллов льда: столбцы, иглы , пластинки и дендриты . Возможны также смешанные узоры. [1] Симметричные формы возникают из-за отложений роста , когда лед образуется непосредственно из водяного пара в атмосфере. [5] Небольшие пространства в атмосферных частицах также могут собирать воду, замерзать и образовывать кристаллы льда. [6] [7] Это известно как нуклеация . [8] Снежинки образуются, когда дополнительный пар замерзает на существующем кристалле льда. [9] [10]
Тригональные и кубические кристаллы
[ редактировать ]Переохлажденная вода – это вода ниже точки замерзания , которая все еще остается жидкой. [11] Кристаллы льда, образовавшиеся из переохлажденной воды, имеют дефекты упаковки в своих слоистых шестиугольниках. Это заставляет кристаллы льда проявлять тригональную или кубическую симметрию в зависимости от температуры. Тригональные или кубические кристаллы образуются в верхних слоях атмосферы, где происходит переохлаждение. [12] [13]
Квадратные кристаллы
[ редактировать ]Вода может проходить через ламинированные листы оксида графена, в отличие от более мелких молекул, таких как гелий . При сжатии между двумя слоями графена вода при комнатной температуре образует квадратные кристаллы льда. Исследователи полагают, что образованием управляет высокое давление и сила Ван-дер-Ваальса , сила притяжения, присутствующая между всеми молекулами. Материал представляет собой новую кристаллическую фазу льда. [3] [14]
Погодные явления
[ редактировать ]
Кристаллы льда создают оптические явления , такие как алмазная пыль и ореолы в небе, из-за света, отражающегося от кристаллов в процессе, называемом рассеянием . [1] [2] [15]
Перистые облака и ледяной туман состоят из кристаллов льда. [1] [16] Перистые облака часто являются признаком приближающегося теплого фронта , когда теплый и влажный воздух поднимается вверх и замерзает в кристаллы льда. [17] [18] Кристаллы льда, трущиеся друг о друга, также производят молнии . [19] [20] Кристаллы обычно падают горизонтально, [21] но электрические поля могут заставить их слипаться и падать в других направлениях. [22] [23]
Обнаружение
[ редактировать ]
Аэрокосмическая отрасль работает над созданием радара, который сможет обнаруживать кристаллы льда и распознавать опасные условия полета. Кристаллы льда могут таять при соприкосновении с поверхностью теплого самолета и повторно замерзать из-за условий окружающей среды. Накопление льда вокруг двигателя повреждает самолет. [24] [25] В прогнозировании погоды используются метеорологические радары с дифференциальной отражательной способностью для определения типов осадков путем сравнения горизонтальной и вертикальной длины капли. [26] Кристаллы льда крупнее в горизонтальном направлении. [15] и, таким образом, их можно обнаружить.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж «ледяной кристалл» . Словарь метеорологии . Американское метеорологическое общество . Проверено 29 марта 2023 г.
- ^ Jump up to: а б с «Ледяные кристальные ореолы» . www.its.caltech.edu . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Jump up to: а б Пуйу, Тиби (27 марта 2015 г.). «Зажатие воды между графеном приводит к образованию квадратных кристаллов льда при комнатной температуре» . ЗМЭ Наука . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Висконти, Гвидо (2001). Основы физики и химии атмосферы . Берлин: Шпрингер. ISBN 3-540-67420-9 . ОСЛК 46320998 .
- ^ «Сублимация и осаждение – Энергетическое образование» . Energyeducation.ca . Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ Юта, Университет. «Мы неправильно думали о том, как лед образуется в перистых облаках» . физ.орг . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ «Как в облаках образуются кристаллы льда» . Журнал Wiley Analytical Science . Проверено 29 марта 2023 г.
- ^ ЛЧ (09.12.2016). «Понимание того, как в облаках образуются кристаллы льда» . Новости УКЛ . Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ «Скорость роста и особенности кристаллов льда при температуре от -20 до -70 °C — Поиск в Google» . www.google.com . Проверено 10 марта 2024 г.
- ^ «Как образуются снежинки? Познакомьтесь с наукой о снеге» . www.noaa.gov . 19 декабря 2016 года . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ «Суперпрохладные облака» . Earthobservatory.nasa.gov . 20 декабря 2014 г. Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ Мюррей, Бенджамин Дж.; Зальцманн, Кристоф Г.; Хеймсфилд, Эндрю Дж.; Добби, Стивен; Нили, Райан Р.; Кокс, Кристофер Дж. (1 сентября 2015 г.). «Тригональные кристаллы льда в атмосфере Земли» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 96 (9): 1519–1531. Бибкод : 2015BAMS...96.1519M . дои : 10.1175/BAMS-D-13-00128.1 . ISSN 0003-0007 . S2CID 120907603 .
- ^ «Кубическая структура льда (льда Ic)» . Water.lsbu.ac.uk . Проверено 10 апреля 2023 г.
- ^ Альгара-Силлер, Г.; Лехтинен, О.; Ван, ФК; Наир, РР; Кайзер, У.; Ву, ХА; Гейм, АК; Григорьева, ИВ (2015). «Квадратный лед в графеновых нанокапиллярах» . Природа . 519 (7544): 443–445. arXiv : 1412.7498 . Бибкод : 2015Natur.519..443A . дои : 10.1038/nature14295 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 25810206 . S2CID 4462633 .
- ^ Jump up to: а б Гедзельман, С.Д. (01 января 2003 г.), «ОПТИКА, АТМОСФЕРА | Оптические явления» , Холтон, Джеймс Р. (ред.), Энциклопедия атмосферных наук , Оксфорд: Academic Press, стр. 1583–1594, doi : 10.1016. /b0-12-227090-8/00284-0 , ISBN 978-0-12-227090-1 , получено 30 марта 2023 г.
- ^ «Ледяной туман» . Словарь метеорологии . Американское метеорологическое общество . Проверено 29 марта 2023 г.
- ^ «Перистые облака | Центр научного образования» . scied.ucar.edu . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ «Перистые облака» . Метеорологическое бюро . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Плейт, Фил (16 ноября 2016 г.). «Кристаллы льда над облаками танцуют под музыку электричества» . Сланец . ISSN 1091-2339 . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Канада, Окружающая среда и изменение климата (15 апреля 2011 г.). «Как работает молния» . www.canada.ca . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Стиллвелл, Роберт А.; Нили, Райан Р.; Тайер, Джеффри П.; Уолден, фон П.; Шупе, Мэтью Д.; Миллер, Натаниэль Б. (27 ноября 2019 г.). «Радиационное влияние горизонтально ориентированных кристаллов льда над вершиной горы, Гренландия» . Журнал геофизических исследований: Атмосфера . 124 (22): 12141–12156. Бибкод : 2019JGRD..12412141S . дои : 10.1029/2018JD028963 . ISSN 2169-897X . S2CID 210640681 .
- ^ Либбрехт, Кеннет Г. «Выращивание снежных кристаллов электрическим током» . www.its.caltech.edu . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Лэтэм, Дж.; Сондерс, КНР (1964). «Агрегация кристаллов льда в сильных электрических полях» . Природа . 204 (4965): 1293–1294. Бибкод : 1964Natur.204.1293L . дои : 10.1038/2041293a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 8747928 .
- ^ Хейдман, Келли (11 августа 2015 г.). «Исследования летной кампании по радиолокационному обнаружению обледенения кристаллов льда» . НАСА . Проверено 30 марта 2023 г.
- ^ Лукас, Ян; Бадин, Павел (10 июня 2019 г.). «Обнаружение ледяных кристаллов на большой высоте с помощью авиационного метеорологического радара X-диапазона» . Международный журнал SAE о достижениях и современной практике в области мобильности . 2 (1): 256–264. дои : 10.4271/2019-01-2026 . ISSN 2641-9637 . S2CID 182542723 .
- ^ Министерство торговли США, NOAA. «Продукты Dual-Pol» . www.weather.gov . Проверено 30 марта 2023 г.
