Djelet e qendrës së Rusisë këtë dimër janë relativisht të pakta. Disa vende ka pasur, sigurisht, por në muajin janar pritej ndonjë mot më të ftohtë dhe me më shumë dëborë. Gri të mërzitshme dhe llum i pakëndshëm pengojnë ndjenjën e gëzimit nga argëtimet tradicionale dimërore. Prandaj, Cloud4Y ofron të shtojmë pak dëborë në jetën tonë, duke folur për... dëborat.
Mendohet se dĂ«borat janĂ« vetĂ«m tĂ« dy llojeve. Dhe njĂ« nga shkencĂ«tarĂ«t, tĂ« cilin ndonjĂ«herĂ« e quajnĂ« "babai" i fizikĂ«s sĂ« dĂ«borĂ«s, ka njĂ« teori tĂ« re qĂ« shpjegon shkakun e kĂ«saj. â Ă«shtĂ« njĂ« njeri i mrekullueshĂ«m, i cili Ă«shtĂ« i gatshĂ«m tĂ« lĂ«rĂ« pas nxehtĂ«sinĂ« e KalifornisĂ« Jugore nĂ« mes tĂ« dimrit, pĂ«r tĂ« shkuar nĂ« Fairbanks (Alaska), tĂ« veshĂ« njĂ« xhaketĂ« tĂ« ngrohtĂ« dhe tĂ« ulet nĂ« njĂ« fushĂ« tĂ« ngrirĂ« me njĂ« kamera dhe njĂ« copĂ« polistireni nĂ« duar.
Pse? Ai kĂ«rkon dĂ«borat mĂ« tĂ« ndritshme, mĂ« tĂ« strukturuara, mĂ« tĂ« bukura qĂ« natyra mund tĂ« krijojĂ«. Sipas tij, mostrat mĂ« interesante priren tĂ« formohen nĂ« vendet mĂ« tĂ« ftohta â nĂ« Fairbanks e famshme dhe nĂ« pjesĂ«n veriore tĂ« New York-ut tĂ« mbuluar me dĂ«borĂ«. DĂ«bora mĂ« e mirĂ« qĂ« Kenneth ka parĂ« ndonjĂ«herĂ« ka rĂ«nĂ« nĂ« Cochrane, njĂ« vend nĂ« veriperĂ«ndim tĂ« Ontario, ku njĂ« erĂ« e dobĂ«t rrethonte dĂ«borat qĂ« binin nga qielli.
I magjepsur nga fenomeni, Libbrecht me pĂ«rkushtim tĂ« arkeologut studion tablon e tij tĂ« polistirenit. NĂ«se aty ka ndonjĂ« gjĂ« interesante, vĂ«shtrimi patjetĂ«r do tĂ« pĂ«rqendrohet mbi tĂ«. NĂ«se jo â dĂ«bora fshihet nga tabla, dhe gjithçka fillon sĂ«rish. Dhe kjo vazhdon pĂ«r orĂ« tĂ« tĂ«ra.
Libbrecht Ă«shtĂ« fizikant. Nga njĂ« rast i çuditshĂ«m, laboratorit tĂ« tij nĂ« Institutin Teknologjik tĂ« KalifornisĂ« i kushtohet studimeve tĂ« strukturĂ«s sĂ« brendshme tĂ« Diellit dhe madje ka zhvilluar pajisje moderne pĂ«r zb ĐŸĐ±ĐœĐ°ŃŃĐ¶ĐžĐŒ gravitacionale. Por pĂ«r 20 vitet e fundit, pasioni pĂ«r tĂ« vĂ«rtetĂ« i Libbrechtit ka qenĂ« dĂ«bora â jo vetĂ«m pamja e saj, por edhe ajo qĂ« e bĂ«n atĂ« tĂ« duket ashtu. "Pyetja se cilat objekte bien nga qielli, si ndodhin gjĂ«rat dhe pse duken ashtu, mĂ« shqetĂ«son vazhdimisht," pranon Kenneth.
Për një kohë të gjatë, fizikantët mjaftoheshin me njohurinë se midis shumë kristaleve të vogla të borës, dy lloje mbizotëruese mund të identifikoheshin. Njëra prej tyre është një yll i sheshtë me gjashtë ose dymbëdhjetë degë, secila e zbukuruar me lule të mrekullueshme. Tjetra është një lloj kolone miniaturë, herë-herë e shtypur ndërmjet "kapakëve" të sheshtë, dhe herë-herë duket si një boltc zakonisht. Këto forma mund të shihen në temperatura dhe lagështi të ndryshme, por arsyetimi që çon në formimin e njërit apo tjetrit ishte një mister. Vitet e vëzhgimeve të Libbrecht kanë ndihmuar në kuptimin më të mirë të procesit të kristalizimit të breshrit.
Puna e Libbrecht në këtë fushë ka ndihmuar në krijimin e një modeli të ri që shpjegon pse breshri dhe kristalet e tjera të borës formojnë atë që jemi mësuar të shohim. Sipas teorisë së tij, në internet në tetor 2019, përshkruan lëvizjen e molekulave të ujit afër pikës së ngrirjes (kristalizimit) dhe mënyrën si lëvizjet specifike të këtyre molekulave mund të prodhojnë një grup kristalesh që formohen në kushte të ndryshme. Në monografinë e tij Yjet me gjashtë këndë
Sigurisht, e dini se është e pamundur të shihni dy breshra të njëjtë (përveç në fazën e krijimit). Ky fakt lidhet me mënyrën se si kristalet formohen në qiell. Bora është një grumbull i kristaleve akulli që formohen në atmosferë dhe ruajnë formën e tyre kur bien së bashku në Tokë. Ato formohen kur atmosfera është mjaft e ftohtë për të ndaluar bashkimin ose shkrihjen dhe kthimin në borë të lagur ose shi.
Megjithëse brenda një reje mund të kapen temperatura dhe nivele lagështi të shumta, për një breshë këto variabla do të jenë të pandryshueshëm. Kjo është arsyeja pse breshëri shpesh rritet simetrikisht. Nga ana tjetër, çdo breshë është i ekspozuar ndaj erës, dritës së diellit dhe faktorëve të tjerë. Në thelb, çdo kristal i nënshtrohet kaosit të re, dhe për këtë arsye merr forma të ndryshme.
Megjithëse brenda një re nuk është e pazakontë të regjistrohen shumë temperatura dhe nivele lagështie, për një dëborë këto variabla do të jenë të qëndrueshme. Kjo është arsyeja pse dëbora shpesh rritet simetrikisht. Nga ana tjetër, çdo dëborë ndikohet nga era, drita e diellit dhe faktorë të tjerë. Në thelb, çdo kristal i nënshtrohet kaosit të reve dhe për këtë arsye merr forma të ndryshme.
Sipas një studimi të Libbrechtit, mendime të para mbi këto forma delikate janë regjistruar në vitin 135 para Krishtit në Kinë. "Lulëzat e bimëve dhe drunjve zakonisht kanë pesë cepa, por lulëzat e borës gjithmonë kanë gjashtë cepa," shkruante shkencëtari Han Yin. Ndërsa shkencëtari i parë që përpiqej të kuptonte pse ndodhte kjo, ishte ndoshta Johannes Kepler, shkencëtari dhe eruditi gjerman.
Në vitin 1611, Kepler i dha një dhuratë për Vitin e Ri mbrojtësit të tij, perandorit të Perandorisë Shenjte Romake Rudolf II: një të vogël të titulluar "Për gjashtëkëndëshat e borës."
"Po kaloj një urë, duke u munduar nga turpi - te bëra që të të lë pa dhuratë për Vitin e Ri! Dhe këtu më ofrohet një rast i volitshëm! Avujt e ujit, duke u shkrirë nga freku i ftohtë në borë, bien si kristale në rrobat e mia, të gjitha, ashtu si njëra, gjashtëkëndëshe, me rreze puplore. Betohem në Heraklin, kjo është një gjë e vogël, që ka formë, e cila mund të shërbejë si dhurata e shumëpritur për një dashamirës të Asgjës dhe është e denjë për një matematikan që ka Asgjënë dhe merr Asgjë, pasi bie nga qielli dhe mban në vete ngjashmërinë e një ylli gjashtëkëndësh!".
"Duhet të ketë një arsye pse bora ka formën e një ylli gjashtëkëndësh. Nuk mund të jetë rastësi," ishte i sigurt Johannes Kepler. Ndoshta i erdhi në mendje një letër nga bashkëkohësi i tij Thomas Harriot, shkencëtari dhe astronomi anglez, i cili gjithashtu kishte punuar si navigues për eksploruesin sir Walter Raleigh. Rreth vitit 1584, Harriot po kërkonte mënyrën më efektive për të vendosur topat e artilerisë në dekën e anijes së Raleigh. Harriot zbuloi se modelet gjashtëkëndëshe dukeshin si mënyra më e mirë për të vendosur sferat dhe ai e diskutoi këtë çështje në korrespondencën me Keplerin. Kepli pyeshte veten nëse ndodhte diçka e ngjashme në kristalet e borës dhe për cilin element krijoheshin dhe mbaheshin këto gjashtë rreze.
Format e borës
Mund të thuhet se kjo ishte një kuptim fillestar i parimeve të fizikës atomike, për të cilën do të flitej vetëm pas 300 vjetësh. Në të vërtetë, molekulat e ujit me dy atome hidrogjeni dhe një atom oksigjeni kanë tendencën të bashkohen së bashku, duke formuar grupe gjashtëkëndore. Kepler dhe bashkëkohësit e tij as që e imagjinonin se sa e rëndësishme ishte kjo.
Si si thonë fizikantët, falë lidhjes hidrogjenore dhe ndërveprimit të molekulave me njëra-tjetrën, ne mund të vëzhgojmë strukturën kristalore të hapur. Përveç aftësisë për të kultivuar flakesat e dëborës, struktura me gjashtë këndesh e bën akullin më të lehtë në krahasim me ujin, çka ka një ndikim të madh në gjeokimikën, gjeofizikën dhe klimën. Me fjalë të tjera, nëse akulli nuk do të fluturonte, jeta në Tokë do të ishte e pamundur.
Por pas traktatit të Keplerit, vëzhgimi i flakesave të dëborës ishte më shumë një hobie se sa një shkencë e serioze. Në vitet 1880, një fotograf amerikan me emrin Wilson Bentley, që jetonte në një qytet të vogël të ngrirë të quajtur Jericho (Vermont, SHBA), filloi të bënte fotografi të flakesave të dëborës duke përdorur pllakat fotografike. Ai arriti të krijonte më shumë se 5000 fotografi para se të vdiste nga pneumonia.
Disa më vonë, në vitet 1930, studiuesi japonez Ukichiro Nakaya filloi studimin sistematik të tipeve të ndryshme të kristaleve të dëborës. Në mes të shekullit, Nakaya kultivonte flakesat e dëborës në laborator, duke përdorur qime të veçanta lepurish të vendosura në një dhomë të ftohtë. Ai luante me cilësimet e lagështisë dhe temperaturës, duke kultivuar llojet kryesore të kristaleve dhe mbledhur katalogun e tij origjinal të formave të mundshme. Nakaya zbuloi se flakesat e dëborës me formë ylli kanë tendencën të formohen në -2 °C dhe në -15 °C. Kolonat formohen në -5 °C dhe afërsisht në -30 °C.
ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme tĂ« theksohet se nĂ« temperatura rreth -2 °C shfaqen forma tĂ« holla dhe pllakata tĂ« flakesave tĂ« dĂ«borĂ«s, nĂ« -5 °C ato krijojnĂ« kolona tĂ« holla dhe inga, kur temperatura bie nĂ« -15 °C, ato bĂ«hen nĂ« tĂ« vĂ«rtetĂ« pllaka tĂ« holla, ndĂ«rsa nĂ« temperatura mĂ« tĂ« ulta se -30 °C ato kthehen nĂ« kolona mĂ« tĂ« trashĂ«.
Në kushte lagështie të ulët, flakesat e dëborës me formë ylli formojnë disa dega dhe duken si pllaka hekzakonale, por në lagështi më të lartë bëhen më të ndërlikuara dhe me qëndisje.
Sipas Libbrecht, arsyet për shfaqjen e formave të ndryshme të flakesave të dëborës janë bërë më të qarta pikërisht falë punës së Nakaya. U përcaktua se kristalet e dëborës shndërrohen në yje të sheshtë dhe pllaka (dhe jo struktura tre-dimensionale) kur skajet rriten shpejt jashtë, ndërsa anët rriten ngadalë lart. Kolonat e holla rriten ndryshe, me anët që rriten shpejt dhe skajet që rriten më ngadalë.
Megjithatë, proceset kryesore që ndikojnë nëse një flakesë dëbore do të bëhet një yll apo një kolonë mbetën të paqartë. Ndoshta sekretet fshihen në kushtet e temperaturës. Dhe Libbrecht përpiqej të gjejë përgjigjen për këtë pyetje.
Receta e flakesës së dëborës
Bashkë me ekipin e tij të vogël të hulumtuesve, Libbrecht përpiqej të krijonte një recetë për flakesën e dëborës. Pra, një set ekuacionesh dhe parametrash që mund të ngarkoheshin në kompjuter dhe të merrte nga AI një larmi të mrekullueshme flakesash dëbore.
Kërkimin e tij, Kenneth Libbrecht e nisi kanë njëzet vjet më parë, kur zbuloi një formë ekzotike flakesash dëbore, të quajtur kolona e mbyllur. Ajo ngjan si një bobinë për fije ose si dy të hintit dhe një osë. I lindur në veri të vendit, ai u befasua nga fakti që nuk kishte parë kurrë një flakesë të tillë.
I habitur nga format e pafund të kristaleve të dëborës, ai u angazhua e natyrës së tyre, duke krijuar një laborator për rritjen e flakesave të dëborës. Rezultatet e vëzhgimeve të shumta ndihmuan në krijimin e një modeli që autori e sheh si një përparim. Ai propozoi idenë e difuzionit molekular bazuar në energjinë sipërfaqësore. Kjo ide përshkruan se si rritja e kristalit të dëborës varet nga kushtet fillestare dhe nga sjella e molekulave që e formojnë.
Imagjinoni se molekulat e ujit janë të vendosura lirisht, pasi avujt e ujit sapo fillojnë të ngrijnë. Nëse do të mund të ishit brenda një vëzhguesi të vogël dhe të shihnit këtë proces, do të shihnit se si molekulat e ujit të ngrirë fillojnë të formojnë një rrjet të fortë, ku çdo atom oksigjeni rrethohesh nga katër atome hidrogjeni. Këto kristale rriten duke përfshirë molekula uji nga ajri që i rrethojnë në strukturën e tyre. Ato mund të rriten në dy drejtimet kryesore: lart ose jashtë.
Një kristal i hollë dhe i sheshtë (i formës pllakë ose yll) formohet kur skajet formohen më shpejt sesa dy faqet e kristalit. Kristali në rritje do të shpërndahen jashtë. Megjithatë, kur faqet e tij rriten më shpejt sesa skajet, kristali bëhet më i lartë, duke formuar një pemë, një kolonë të zbrazët ose një shufër.
Forma të rralla të flakesave të dëborës
Një moment tjetër. Vëreni fotografinë e tretë, të bërë nga Libbrecht në Ontario Veriore. Ky është një kristal me "kolona të mbyllura" - dy pllaka të lidhura në fundet e një kristali të trashë kolonë. Në këtë rast, çdo pllakë ndahet në një çift pllakat më të holla. Shihni me kujdes skajet, do të shihni si pllakë ndahet në dy. Gjithsej, gjatësia e kolonës akullore është rreth 1.5 mm.
Sipas modelit të Libbrecht, avulli i ujit fillimisht depozitohet në qoshet e kristalit dhe pastaj përhapet (difundon) në sipërfaqe deri në skajet e kristalit ose në faqet e tij, duke e bërë kristalin të rritet jashtë ose lart. Cili nga këto procese "fiton", varet kryesisht nga temperatura.
ĂshtĂ« e rĂ«ndĂ«sishme tĂ« theksohet se modeli Ă«shtĂ« "polieuropik". Do thotĂ«, ai Ă«shtĂ« ndĂ«rtuar pjesĂ«risht pĂ«r tĂ« pĂ«rshtatur atĂ« qĂ« ndodh, dhe jo pĂ«r tĂ« shpjeguar parimet e rritjes sĂ« borĂ«s. PabarazitĂ« dhe ndĂ«rveprimet midis molekulave tĂ« panumĂ«rta janĂ« shumĂ« komplekse pĂ«r t'u zbuluar plotĂ«sisht. MegjithatĂ«, mbetet shpresa qĂ« idetĂ« e Libbrecht do tĂ« shĂ«rbejnĂ« si njĂ« bazĂ« pĂ«r njĂ« model gjithĂ«pĂ«rfshirĂ«s tĂ« dinamikĂ«s sĂ« rritjes sĂ« akullit, i cili mund tĂ« detajohet nĂ«pĂ«rmjet matjeve dhe eksperimenteve mĂ« tĂ« detajuara.
Nuk duhet të mendohet se këto vëzhgime janë të interesit vetëm për një grup të vogël shkencëtarësh. Pyetje të ngjashme lindin në fizikën e materialeve të ngjeshura dhe në fusha të tjera. Molekulat e barnave, çipat e polikondensatorëve për kompjuterët, elementët diellorë dhe shumë industri të tjera varen nga kristalet me cilësi të lartë, dhe grupe të tëra merren me çështjen e rritjes së tyre. Kështu që borat e dashura të Libbrecht mund të shërbejnë për dobi të shkencës.
ĂfarĂ« tjetĂ«r mund tĂ« lexoni nĂ« blog
â
â
â
â
â
Abonohuni në -kanali për të mos humbur artikujt e ardhshëm! Shkruajmë jo më shumë se dy herë në javë dhe vetëm për çështje të rëndësishme. Sidomos, nëse ende nuk e dini, startup-et mund të marrin $10,000 nga Cloud4Y. Kushtet dhe formulari për të interesuarit - në faqen tonë:
Burimi: habr.com
