بلورات جليدية

صورة مقرّبة لبلورات جليدية نامية تُظهر تناظرًا سداسيًا نموذجيًا

بلورات الجليد هي ماء صلب (يُعرف بالجليد ) بأشكال متناظرة تشمل الأعمدة السداسية والصفائح السداسية والبلورات المتفرعة . [ 1 ] تُعد بلورات الجليد مسؤولة عن العديد من الظواهر البصرية الجوية وتكوينات السحب . [ 1 ] [ 2 ]

تشكيل

مثال على صفيحة سداسية (أعلى) وعمود سداسي (أسفل)، وهما شكلان نموذجيان لبلورات الجليد

في درجة الحرارة والضغط المحيطين، تتخذ جزيئات الماء شكل حرف V. ترتبط ذرتا الهيدروجين بذرة الأكسجين بزاوية 105°. [ 3 ] تتميز بلورات الجليد بشبكة بلورية سداسية ، مما يعني أن جزيئات الماء تترتب في طبقات سداسية عند التجمد. [ 1 ]

يؤدي النمو البطيء للبلورات في الأجواء الباردة والجافة إلى زيادة التناظر السداسي. [ 2 ] وبحسب درجة حرارة البيئة ورطوبتها ، يمكن أن تتطور بلورات الجليد من شكلها الأولي الموشوري السداسي إلى أشكال متناظرة متعددة. [ 4 ] تشمل الأشكال المحتملة لبلورات الجليد الأعمدة والإبر والصفائح والتفرعات الشجرية . كما يمكن أن تتشكل أنماط مختلطة. [ 1 ] تعود الأشكال المتناظرة إلى النمو الترسيب ، حيث يتشكل الجليد مباشرةً من بخار الماء في الغلاف الجوي. [ 5 ] يمكن أيضًا أن تتجمع المياه في الفراغات الصغيرة بين جزيئات الغلاف الجوي ، فتتجمد وتتشكل بلورات جليدية. [ 6 ] [ 7 ] تُعرف هذه العملية باسم التبلور . [ 8 ] تتشكل رقاقات الثلج عندما يتجمد بخار إضافي على بلورة جليدية موجودة. [ 9 ] [ 10 ]

يؤدي تجمد الماء بشكل إضافي على بلورة جليدية إلى تكوين رقاقات الثلج .

البلورات الثلاثية والمكعبة

يشير مصطلح الماء فائق التبريد إلى الماء الذي تقل درجة حرارته عن درجة تجمده ولكنه لا يزال سائلاً. [ 11 ] تحتوي بلورات الجليد المتكونة من الماء فائق التبريد على عيوب في ترتيب طبقاتها السداسية. وهذا ما يجعل بلورات الجليد تُظهر تناظرًا ثلاثيًا أو مكعبًا تبعًا لدرجة الحرارة. تتشكل البلورات الثلاثية أو المكعبة في طبقات الغلاف الجوي العليا حيث يحدث التبريد الفائق. [ 12 ] [ 13 ]

بلورات مربعة

يستطيع الماء المرور عبر طبقات أكسيد الجرافين ، على عكس الجزيئات الأصغر حجمًا كالهيليوم . فعند ضغطه بين طبقتين من الجرافين ، يتشكل الماء على هيئة بلورات جليدية مربعة الشكل في درجة حرارة الغرفة. ويعتقد الباحثون أن الضغط العالي وقوة فان دير فالس ، وهي قوة تجاذب بين جميع الجزيئات، هما ما يحفز عملية التكوين. وتُعد هذه المادة طورًا بلوريًا جديدًا للجليد. [ 3 ] [ 14 ]

الظواهر الجوية

هالة تتكون نتيجة انعكاس الضوء عن بلورات الجليد في السحب الرقيقة. تُسمى هذه الهالة تحديداً هالة 46 درجة .

تُنتج بلورات الجليد ظواهر بصرية مثل غبار الماس والهالات في السماء نتيجة انعكاس الضوء عن البلورات في عملية تسمى التشتت . [ 1 ] [ 2 ] [ 15 ]

تتكون السحب الرقيقة والضباب الجليدي من بلورات جليدية. [ 1 ] [ 16 ] غالبًا ما تكون السحب الرقيقة علامة على اقتراب جبهة دافئة ، حيث يرتفع الهواء الدافئ الرطب ويتجمد مكونًا بلورات جليدية. [ 17 ] [ 18 ] كما ينتج عن احتكاك البلورات الجليدية ببعضها البعض البرق . [ 19 ] [ 20 ] تسقط البلورات عادةً بشكل أفقي، [ 21 ] ولكن يمكن للمجالات الكهربائية أن تتسبب في تكتلها وسقوطها في اتجاهات أخرى. [ 22 ] [ 23 ]

كشف

بلورات جليدية متفرعة تم تصويرها بواسطة مجهر إلكتروني ماسح . الألوان مُولّدة بواسطة الحاسوب .

يعمل قطاع صناعة الطيران على تصميم رادار قادر على رصد بيئات بلورات الجليد لتحديد ظروف الطيران الخطرة. إذ يمكن أن تذوب بلورات الجليد عند ملامستها سطح الطائرات الدافئة، ثم تتجمد مرة أخرى بفعل الظروف البيئية. ويؤدي تراكم الجليد حول المحرك إلى إلحاق الضرر بالطائرة. [ 24 ] [ 25 ] وتستخدم التنبؤات الجوية رادارات الانعكاس التفاضلي لتحديد أنواع الهطول من خلال مقارنة الأطوال الأفقية والرأسية للقطرة. [ 26 ] وتكون بلورات الجليد أكبر حجماً في الاتجاه الأفقي [ 15 ] ، وبالتالي يمكن رصدها.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 3 4 5 6 "بلورة جليدية" . معجم الأرصاد الجوية . الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-03-2023 .
  2. 1 2 3 "هالات بلورية جليدية" . its.caltech.edu . مؤرشف من الأصل بتاريخ 13 يناير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2023 .
  3. 1 2 بويو، تيبي (27-03-2015). "تكوين بلورات جليدية مربعة الشكل عند درجة حرارة الغرفة عن طريق حصر الماء بين طبقتين من الجرافين" . مجلة ZME للعلوم . تاريخ الاسترجاع: 30-03-2023 .
  4. فيسكونتي، غيدو (2001). أساسيات فيزياء وكيمياء الغلاف الجوي . برلين: سبرينغر. ISBN 3-540-67420-9. OCLC 46320998 . 
  5. "التسامي والترسيب - تعليم الطاقة" . energyeducation.ca . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-04-2023 .
  6. جامعة يوتا. "لقد كنا نفكر بشكل خاطئ تمامًا في كيفية تشكل الجليد في السحب الرقيقة" . phys.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2023 .
  7. "كيف تتشكل بلورات الجليد في السحب" . مجلة وايلي للعلوم التحليلية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-03-2023 .
  8. جامعة لندن (9 ديسمبر 2016). "فهم كيفية تشكل بلورات الجليد في السحب" . أخبار جامعة لندن . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 أبريل 2023 .
  9. "معدلات نمو وخصائص بلورات الجليد بين -20 درجة مئوية و-70 درجة مئوية - بحث جوجل" . www.google.com . تاريخ الاسترجاع: 10 مارس 2024 .
  10. "كيف تتشكل رقاقات الثلج؟ تعرف على العلم وراء الثلج" . www.noaa.gov . ١٩ ديسمبر ٢٠١٦. تاريخ الاطلاع : ٣٠ مارس ٢٠٢٣ .
  11. "سحب فائقة البرودة" . earthobservatory.nasa.gov . 2014-12-20 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-04-10 .
  12. موراي، بنجامين جيه؛ سالزمان، كريستوف جي؛ هيمسفيلد، أندرو جيه؛ دوبي، ستيفن؛ نيلي، رايان آر؛ كوكس، كريستوفر جيه (2015-09-01). "بلورات الجليد ثلاثية الزوايا في الغلاف الجوي للأرض" . نشرة الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . 96 (9): 1519-1531 . Bibcode : 2015BAMS...96.1519M . doi : 10.1175/BAMS-D-13-00128.1 . ISSN 0003-0007 . S2CID 120907603 .  
  13. "بنية الجليد المكعب (الجليد Ic)" . water.lsbu.ac.uk . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-04-2023 .
  14. ألغارا-سيلر، ج.؛ ليتينين، أ.؛ وانغ، ف.س.؛ ناير، ر.ر.؛ كايزر، أ.؛ وو، هـ.أ.؛ غيم، أ.ك.؛ غريغورييفا، إ.ف. (2015). "جليد مربع في أنابيب نانوية من الغرافين" . مجلة نيتشر . 519 (7544): 443-445 . arXiv : 1412.7498 . Bibcode : 2015Natur.519..443A . doi : 10.1038 / nature14295 . ISSN 1476-4687 . PMID 25810206. S2CID 4462633 .   
  15. 1 2 غيدزلمان، إس دي (2003-01-01)، "البصريات، الغلاف الجوي | الظواهر البصرية" ، في هولتون، جيمس آر (محرر)، موسوعة علوم الغلاف الجوي ، أكسفورد: أكاديميك برس، ص 1583-1594 ، doi : 10.1016/b0-12-227090-8/00284-0 ، ISBN  978-0-12-227090-1تم الاطلاع عليه بتاريخ 30 مارس 2023
  16. "ضباب الجليد" . معجم الأرصاد الجوية . الجمعية الأمريكية للأرصاد الجوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-03-2023 .
  17. "السحب الرقيقة | مركز تعليم العلوم" . scied.ucar.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-03-2023 .
  18. "السحب الرقيقة" . مكتب الأرصاد الجوية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-03-2023 .
  19. بليت، فيل (16 نوفمبر 2016). "بلورات الجليد فوق السحب ترقص على أنغام الكهرباء" . مجلة سلات . الرقم الدولي الموحد للدوريات 1091-2339 . تاريخ الاسترجاع: 30 مارس 2023 . 
  20. كندا، وزارة البيئة وتغير المناخ (15 أبريل 2011). "كيف يعمل البرق" . www.canada.ca . تاريخ الاطلاع: 30 مارس 2023 .
  21. ستيلويل، روبرت أ.؛ نيلي، رايان ر.؛ ثاير، جيفري ب.؛ والدن، فون ب.؛ شوب، ماثيو د.؛ ميلر، ناثانيال ب. (27-11-2019). "التأثير الإشعاعي لبلورات الجليد ذات التوجه الأفقي فوق قمة غرينلاند" . مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الغلاف الجوي . 124 (22): 12141-12156 . Bibcode : 2019JGRD..12412141S . doi : 10.1029/2018JD028963 . ISSN 2169-897X . S2CID 210640681 .  
  22. ليبرخت، كينيث ج. "نمو بلورات الثلج الكهربائية" . www.its.caltech.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 30-03-2023 .
  23. لاثام، ج.؛ سوندرز، سي بي آر (1964). "تجمع بلورات الجليد في المجالات الكهربائية القوية" . مجلة نيتشر . 204 (4965): 1293-1294 . رمز Bibcode : 1964Natur.204.1293L . doi : 10.1038/2041293a0 . ISSN 1476-4687 . S2CID 8747928 .  
  24. هايدمان، كيلي (11 أغسطس 2015). "دراسة حملة الطيران للكشف الراداري عن تجمد بلورات الجليد" . ناسا . تم الاسترجاع في 30 مارس 2023 .
  25. لوكاس، يان؛ بادين، بافيل (10 يونيو 2019). "الكشف عن بلورات الجليد على ارتفاعات عالية باستخدام رادار الطقس ذي النطاق X للطائرات" . المجلة الدولية لـ SAE للتطورات والممارسات الحالية في مجال التنقل . 2 (1): 256-264 . doi : 10.4271/2019-01-2026 . ISSN 2641-9637 . S2CID 182542723 .  
  26. وزارة التجارة الأمريكية، الإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي. "منتجات ثنائية الاستقطاب" . www.weather.gov . تاريخ الاسترجاع: 30 مارس 2023 .