Ученые высчитали, как быстро из воды формируется лед
Исследователи из Принстонского университета (США) рассчитали скорость, при которой вода кристаллизуется в лед.
При пониженной температуре молекулы воды начинают сцепляться между собой, формируются в капельку твердого льда, окруженную жидкостью. Как правило, эти капельки тут же распадаются. Однако в какой-то момент образуется уплотнение, которое не разрушается, а продолжает расти, — такое уплотнение именуется кристаллическим зародышем. Процесс формирования такого кристаллического зародыша называется нуклеацией.
Как сообщается в блоге исследований Принстона, со ссылкой на статью в журнале PNAS, для изучения этого феномена ученые использовали компьютерную одну из самых точных из существующих моделей воды (TIP4P/Ice) и вычислили среднее время, необходимое для образования первого кристаллического зародыша при температуре минус 43 градуса по Цельсию (температура образования высотных облаков). Выяснилось, что необходимое время составляет одну миллионную секунды (0,000001 с).
Ученые также изучили две формы кристаллов льда: гексагональный лед, который встречается чаще всего, и кубический лед. Второй тип льда распространен куда меньше и встречается в основном в облаках. Оба типа льда состоят из шестиугольных колец с атомами кислорода в вершине, однако относительное расположение колец отличается. Когда вода при замерзании переходит в твердое состояние, изначально преобладает менее стабильный кубический лед. Причина этого до конца не ясна, но созданная учеными модель показала именно такое поведение, что говорит о ее корректности.
Понимание особенностей образования льда помогает понять, как он формируется в облаках на большой высоте. Более точные знания начальных этапов замерзания помогут усовершенствовать климатические карты и сделать более верными прогнозы погоды.
Как сообщается в блоге исследований Принстона, со ссылкой на статью в журнале PNAS, для изучения этого феномена ученые использовали компьютерную одну из самых точных из существующих моделей воды (TIP4P/Ice) и вычислили среднее время, необходимое для образования первого кристаллического зародыша при температуре минус 43 градуса по Цельсию (температура образования высотных облаков). Выяснилось, что необходимое время составляет одну миллионную секунды (0,000001 с).
Ученые также изучили две формы кристаллов льда: гексагональный лед, который встречается чаще всего, и кубический лед. Второй тип льда распространен куда меньше и встречается в основном в облаках. Оба типа льда состоят из шестиугольных колец с атомами кислорода в вершине, однако относительное расположение колец отличается. Когда вода при замерзании переходит в твердое состояние, изначально преобладает менее стабильный кубический лед. Причина этого до конца не ясна, но созданная учеными модель показала именно такое поведение, что говорит о ее корректности.
Понимание особенностей образования льда помогает понять, как он формируется в облаках на большой высоте. Более точные знания начальных этапов замерзания помогут усовершенствовать климатические карты и сделать более верными прогнозы погоды.