Buz kristallerinin farklı şekilleri ve kökenleri

UCM Fiziksel Kimya Bölümü’nde araştırmacı olan Luis González MacDowell ve IQFR-csıc’den CSIC araştırmacısı Eva Noya ile çalışmanın ortak yazarı Luis González MacDowell, ”Bu değişimin nedeni bugüne kadar bir gizemdi” diyor.

Buz yüzeyi değişik derecelerde bozukluğu olan üç farklı durumda olabilir. Sıcaklık olarak bir durumdan diğerine geçiş, büyüme hızında ani bir değişim üretir yükselir ve buz kristalleri atmosferdeki ayırıp farklı formları açıklar, (CSIC) İspanyol Ulusal Araştırma Konseyi ve Madrid Complutense Üniversitesi (UCM) CSIC (İQFR -) Fiziksel Kimya Rocasolano Enstitüsü tarafından yürütülen bir araştırmaya göre.

UCM Fiziksel Kimya Bölümü’nde araştırmacı olan Luis González MacDowell ve IQFR-csıc’den CSIC araştırmacısı Eva Noya ile çalışmanın ortak yazarı Luis González MacDowell, ”Bu değişimin nedeni bugüne kadar bir gizemdi” diyor. Kar kristallerinin kendine özgü büyümesinin anahtarı, yüzeylerinin yapısındadır. Çalışma Science Advances dergisinde yayınlandı.

González MacDowell, Japon araştırmacı Ukichiro Nakaya’nın geçen yüzyılın 30’lu yıllarında elmas tozu adı verilen en küçük buz kristallerinin altıgen prizmalar şeklinde olduğunu keşfettiğini hatırlıyor. Bu prizmalar hap gibi düz olabilir veya kalem gibi uzatılabilir ve belirli sıcaklıklarda bir şekilden diğerine dönüşebilir.

Atmosferdeki kar kristalleri, güneş ışığının bir kısmını yansıttıkları için küresel ısınmada önemli bir rol oynamaktadır. “Ne öğrenmek iklim değişikliği üzerinde etkisi oluşturan büyürler ve hız alırlar ne olduğunu anlamaya ihtiyacımız var. Bu nedenle, buz büyümesi anlayışımızdaki gelişme, milyonlarca olan bir bulmacanın bir parçasını daha yerleştirmemize izin veriyor “diyor kimyager.

Buz kristalleri
Araştırmada, araştırmacılar düşük sıcaklıkta buz yüzeyinin pürüzsüz veya yumuşak ve nispeten düzgün olduğunu gözlemlemişlerdir. Buhar molekülleri, yüzeyle çarpıştığında, nereye yerleşeceklerini bulamazlar ve tekrar hızlı bir şekilde buharlaşırlar, bu sayede kristalin büyümesi çok yavaştır.

Daha yüksek bir sıcaklıkta, buz yüzeyi bol basamak taşları ile daha düzensiz hale gelir. Buhar molekülleri basamaklarda kolayca yer bulur ve kristal hızla büyür.

“Bu değişimin kademeli olmadığını, ancak topolojik geçiş adı verilen çok özel bir dönüşümün nedeni olarak gerçekleştiğini gözlemledik. Fakat buzu daha da olağanüstü kılan şey, aniden kristalin dış tabakaları eridiğinde yüzeyinin daha az düzensizlikle tekrar pürüzsüzleşmesidir, “diyor IQFR-Csıc’de çalışan CSIC Araştırmacısı Eva Noya.

Tekrar çok pürüzsüz hale geldiğinde, kristalin büyümesi kristalin o yüzünde çok yavaş olur, ancak diğerlerinde olmaz. Aniden bazıları hızlı büyür, diğeri yavaş büyür ve kristalin şekli, Nakaya’nın 90 yıldan daha uzun bir süre önce yaptığı deneylerde gözlemlediği gibi dönüştürülür.”

Marenostrumda simülasyon
Çalışmayı gerçekleştirmek için, moleküler simülasyonları bilgisayarla yapmak gerekliydi, çünkü buz, hızlı buharlaşması nedeniyle deneysel tekniklerle çalışmak için karmaşık bir ajandır.

Bu simülasyonlar sekiz aydır İspanya’nın en büyük bilgisayarı olan Marenostrum’da (BSC-CNS) gerçekleştirildi.

“Hesaplama çalışması, kristali oluşturan su moleküllerinin her birinin yörüngesini belirlememize izin veriyor. Ancak elbette, küçük bir kristal oluşturmak için yüz binlerce moleküle ihtiyacımız var ve bu nedenle çalışmayı yürütmek için gerekli hesaplamaların sayısı muazzam ”diyor makalenin ilk yazarı ve simülasyonlardan sorumlu Pablo Llombart.

González MacDowell, bu sonuçların “tahmin edilmesi çok ilginç” olduğu sonucuna varıyor, ancak bilimsel çalışmaların her zaman yeni hesaplamalar ve doğrulamalarla desteklenmesi gerekiyor. Bu ihtiyata rağmen, çabalarımızın ilginç sonuçlar şeklinde iyi bir bilimsel ödüle sahip olmasından memnunuz, çünkü bize finansman elde etmek için birçok başarısız girişime mal oldu.”