Eiskristall

Eiskristalle sind festes Wasser (bekannt als Eis ) in symmetrischen Formen, darunter hexagonale Säulen, hexagonale Platten und dendritische Kristalle . ^{[ 1 ]} Eiskristalle sind für verschiedene optische Phänomene in der Atmosphäre und Wolkenbildungen verantwortlich . ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Bei Umgebungsbedingungen (Temperatur und Druck) weisen Wassermoleküle eine V-Form auf. Die beiden Wasserstoffatome sind in einem Winkel von 105° an das Sauerstoffatom gebunden. ^{[ 3 ]} Eiskristalle besitzen ein hexagonales Kristallgitter , d. h. die Wassermoleküle ordnen sich beim Gefrieren in geschichteten Sechsecken an . ^{[ 1 ]}

Langsameres Kristallwachstum in kälteren und trockeneren Atmosphären führt zu einer stärkeren hexagonalen Symmetrie. ^{[ 2 ]} Abhängig von Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit können sich Eiskristalle aus dem anfänglichen hexagonalen Prisma in viele symmetrische Formen entwickeln. ^{[ 4 ]} Mögliche Formen für Eiskristalle sind Säulen, Nadeln , Plättchen und Dendriten . Auch Mischformen sind möglich. ^{[ 1 ]} Die symmetrischen Formen entstehen durch Ablagerungswachstum , bei dem sich Eis direkt aus Wasserdampf in der Atmosphäre bildet. ^{[ 5 ]} Kleine Zwischenräume in atmosphärischen Partikeln können ebenfalls Wasser aufnehmen, gefrieren lassen und Eiskristalle bilden. ^{[ 6 ] [ 7 ]} Dies wird als Nukleation bezeichnet . ^{[ 8 ]} Schneeflocken entstehen, wenn zusätzlicher Wasserdampf an einem bereits vorhandenen Eiskristall gefriert. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

Unterkühltes Wasser bezeichnet Wasser unterhalb seines Gefrierpunkts , das noch flüssig ist. ^{[ 11 ]} Eiskristalle, die aus unterkühltem Wasser entstehen, weisen Stapelfehler in ihren hexagonalen Schichten auf. Dies führt dazu, dass die Eiskristalle je nach Temperatur trigonale oder kubische Symmetrie zeigen. Trigonale oder kubische Kristalle bilden sich in der oberen Atmosphäre, wo Unterkühlung auftritt. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Im Gegensatz zu kleineren Molekülen wie Helium kann Wasser laminierte Graphenoxidschichten durchdringen . Wird Wasser zwischen zwei Graphenschichten eingepresst , bildet es bei Raumtemperatur quadratische Eiskristalle. Forscher vermuten, dass der hohe Druck und die Van -der-Waals-Kräfte , eine Anziehungskraft zwischen allen Molekülen, die Bildung dieser Kristalle bewirken. Das Material stellt eine neue kristalline Phase von Eis dar. ^{[ 3 ] [ 14 ]}

Eiskristalle erzeugen optische Phänomene wie Diamantstaub und Halos am Himmel, da Licht durch Streuung an den Kristallen reflektiert wird . ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 15 ]}

Zirruswolken und Eisnebel bestehen aus Eiskristallen. ^{[ 1 ] [ 16 ]} Zirruswolken sind oft ein Vorbote einer herannahenden Warmfront , bei der warme, feuchte Luft aufsteigt und zu Eiskristallen gefriert. ^{[ 17 ] [ 18 ]} Durch das Aneinanderreiben von Eiskristallen entstehen Blitze . ^{[ 19 ] [ 20 ]} Normalerweise fallen die Kristalle waagerecht, ^{[ 21 ]} elektrische Felder können sie jedoch zusammenballen und in andere Richtungen ablenken. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Die Luft- und Raumfahrtindustrie arbeitet an der Entwicklung eines Radars, das Eiskristallansammlungen erkennen und so gefährliche Flugbedingungen identifizieren kann. Eiskristalle schmelzen beim Kontakt mit warmen Flugzeugoberflächen und gefrieren aufgrund der Umgebungsbedingungen wieder. Eisablagerungen am Triebwerk können das Flugzeug beschädigen. ^{[ 24 ] [ 25 ]} In der Wettervorhersage werden differentielle Reflektivitätsradare eingesetzt, um Niederschlagsarten durch Vergleich der horizontalen und vertikalen Ausdehnung von Tropfen zu bestimmen . ^{[ 26 ]} Eiskristalle sind horizontal größer ^{[ 15 ]} und daher detektierbar.

• Schnee
• Schneeflocke
• Eisspieß
• Eislinse
• Eiszapfen

• SnowCrystals.com! , am Caltech
• Glossar der Amerikanischen Meteorologischen Gesellschaft