چرا دانشمندان دانه های برف را خنک می دانند

زمستان امروز رسماً آغاز می شود و متعصبین هوای سرد به برف امیدوار هستند. اما بارش برف چیزی بیش از تفریح ​​زمستانی به همراه دارد. این رویداد آب و هوایی زیبا به دانشمندان اجازه می دهد تا ماده جذاب با خواص بی نظیر را کشف کنند

دکتر جفری پست ، مدیر ارشد جواهرات و مواد معدنی در موزه ملی تاریخ طبیعی اسمیتسونیان ، گفت: “دانه های برف تک بلورهای یخ هستند و یخ اساساً ماده معدنی است که در دمای کمتری نسبت به سایر مواد معدنی ذوب می شود.”

دانه های برف و یخ مواد معدنی یا مواد معدنی جامد طبیعی هستند. متخصصان معدنی مانند Post در حال تحقیق روی این مواد معدنی هستند تا درباره نحوه رفتار آب در مرحله جامد خود بیشتر بدانند. پست گفت: “وقتی از نظر معدنی به آن نگاه می كنید ، با هر ماده دیگری كه در زندگی روزمره با آن روبرو می شویم ، متفاوت است.”

دید متبلور

در اواخر دهه 1880 ، یک کشاورز در ورمونت شروع به عکس برداری از دانه های برف میکروسکوپی جداگانه کرد. نام وی ویلسون بنتلی بود ، گرچه بعداً به او “دانه برف” لقب دادند. در طول زندگی خود ، او بیش از 5000 عکس از دانه های برف گرفت. 500 مورد از این تصاویر پیچیده در بایگانی موسسه اسمیتسونیان ذخیره شده است.

“وقتی می گوییم دو دانه برف وجود ندارد ، می توانیم از ویلسون بنتلی برای آن تشکر کنیم. کاری که او انجام داد در آن زمان کاملاً بی نظیر بود. او آماده بود تا در زمستان سرد بیرون بایستد و این تصاویر را بگیرد. به نوعی ، این یک کار قهرمانانه بود. ”گفت دکتر پاملا هانسون ، مورخ اسمیتسونیان.

قبل از بنتلی ، دانشمندان در تلاش بودند تا دانه های برف را به دقت بررسی کنند زیرا جدا شدن و ذوب شدن سریع کریستال ها دشوار است. اما با ترکیب میکروسکوپ و دوربین در روشی به نام فوتومیکروگرافی ، سرانجام بنتلی توانست عکس های بزرگتری بگیرد.

هانسون گفت: “هنگامی كه هزاران هزار تصویر از این تصاویر داشته باشید ، می توانید خلاصه كردن آنها را شروع كنید.”

شرایط مختلف آب و هوایی باعث ایجاد دانه های برف متفاوت می شود. به عنوان مثال ، دانه برف شش پر غالباً در نیمکره شمالی یافت می شود زیرا این منطقه نسبت مناسب دما و رطوبت را دارد. در دماهای مختلف ، بلورهای برف می توانند به صورت ستونهای کشیده یا دال های تخت رشد کنند.

اما دانشمندان هرگز نمی توانستند این مجموعه را بدون مجموعه عظیمی از عکسهای دانه برفی بنتلی ثابت کنند. عکس های او داده است. آنها اطلاعات مهمی در مورد نحوه تشکیل یخ در آسمان به متخصصان مواد معدنی و هواشناسان می دهند.

سنگها بلورهای یخ هستند

مواد معدنی معمولاً در فاز جامد خود چگالتر از فاز مایع هستند. اما یخ برعکس است. چگالی آن کمتر از آب است. به همین دلیل یخ روی سطح بدن آب شناور است و به حیوانات آبزی کمک می کند تا در زمستان در آب پایین زنده بمانند. اگر آب هنگام یخ زدگی مانند اکثر مایعات رفتار کند ، شکل جامد آن غلیظ تر و غرق می شود.

پست تصور کنید که دریاچه ها در زمستان در حال یخ زدگی هستند و در یخ قرار دارند. این اسکیت بازان نه تنها به چالش می کشد ، بلکه در زمستان های بسیار سرد ، دریاچه های کم عمق می توانند به یک قطعه یخ جامد تبدیل شوند. به دلیل خواص خاص یخ ، لایه یخ روی سطح تشکیل شده و آب زیر را عایق بندی کرده و از یخ زدگی جلوگیری می کند.

پست گفت: “همه اینها به ساختار بلوری یخ برمی گردد.” “دو اتم هیدروژن و اکسیژن که هر مولکول آب را تشکیل می دهند ،” پیوندهای هیدروژنی “ضعیفی با مولکول های آب همسایه ایجاد می کنند و در یک قاب شش ضلعی پیوند می خورند که بازتر و چگال تر از ساختار مایع مولکول است.”

دانه های برف کوچک و ظریف هستند زیرا با رشد بخار آب توسط بخار آب که آنها را احاطه کرده محدود می شوند. کریستال ها اغلب به شکل فرکتال و دندانه دار رشد می کنند. تکه های یخ تشکیل شده در فریزر از بلورهای یخ بسیار کوچکی ساخته شده اند که به سرعت تشکیل می شوند و به یکدیگر تبدیل می شوند. یخ یخبندان یک سنگ یخ طبیعی است ، مجموعه ای از کریستالهای یخی معدنی.

ذخیره داده ها برای یک روز برفی (و علوم آینده)

مطالعه یخ های زمین به متخصصان معدنی این امکان را می دهد که رفتار آب به تمام اشکال موجود در کره زمین و سایر سیارات را بهتر درک کنند. این دانش مهم است زیرا آب قسمت مهمی از زندگی است.

موسسه اسمیتسونیان منبع مفیدی برای این محققان است. وی به عنوان بخشی از وظیفه خود برای جمع آوری و ذخیره اطلاعات علمی برای نسل های آینده ، از سال 1904 تاکنون 500 عکس از دانه های برف بنتلی در اختیار داشته است.

“ما یک فروشگاه بزرگ داده هستیم. هانسون گفت: “مردم تصور می كنند كه ما اشیا را جمع آوری می كنیم ، اما لزوماً تصور نمی كنند كه ما ذخیره اطلاعات هستیم.”

داستان های مرتبط:
چگونه دانشمندان هنوز 170 سال بعد از اولین مجموعه های اسمیتسونیان استفاده می کنند
دیجیتالی سازی امکان دسترسی عمومی به مجموعه های مخفی اسمیتسونیان را فراهم می کند