عضویت العربیة English
امام صادق علیه‌السلام: هر کس به شایستگی در حقّ خانواده‌اش نیکی کند، خداوند بر عمرش می‌افزاید. الکافی، ج8، ص219

کریستال برف و مولکول آب، چالشی برای پژوهشگران (2)

کریستال برف و مولکول آب، چالشی برای پژوهشگران (2)
یک شنبه 1 اسفند 1389  03:39 ب.ظ

 

کیفیت پیدایش کریستال برف و فعل و انفعالات ملکولی دقیقی که باعث ایجاد کریستال های متنوع و هنرمندانه یخ می شوند و تشریح این فعل و انفعالات، امروزه نیز چالشی برای پژوهشگران محسوب می شود.


در باریدن برف که دو دانه آن مشابه یکدیگر نیستند، یک جهان شگفت انگیز و حیرت آور بر روی دوستداران طبیعت گشوده می شود.

"هنری دیوید تورآو" نویسنده آمریکایی (1817 - 1862) پدیده بارش برف را اینگونه تشریح می کند، "هوا تا چه اندازه سرشار از استعدادهای متنوع و گوناگون است که این دانه برف را ایجاد می کند. من دیگر تعجب نخواهم کرد، چنانچه ستارگان واقعی از آسمان فرود آمده و به پالتوی من بچسبند".

حضور آب آنچنان در همه جا چشمگیر است که می توان انتظار داشت که همه چیز در باره استعداد های متنوع آن از جمله کیفیت توسعه و ایجاد ساختارهای پیچیده دانه های برف مشخص است اما واقعیت این است که بخش بزرگی از رشد دانه برف به عنوان یک هنر استادانه کوچک را امروزه نیز همچنان به سختی می توان تشریح کرد. فعل و انفعالات در مقیاس "نانو" (یک نانومتر برابر یک میلیاردیم متر است) می توانند بر توسعه و ایجاد مدل پیچیده آن اثر بگذارند. بدین خاطر تجزیه و تحلیل دانه برف، دینامیک مولکول، فیزیک سطح، بی ثباتی رشد، ساختار سازی و استاتیک را با یکدیگر متحد می کند و پژوهشگران ابتدا شروع می کنند، کیفیت شکل گیری دانه برف را درک کنند. "ویلسون بنتلی" (1865-1931) یک کشاورز آمریکایی، عکاس و پژوهشگر کریستال برف، در طول زندگی خود 5 هزار و 381 کریستال برف را عکسبرداری کرده است. هر یک از این 5 هزار و 381 عکس کریستال برف، یک تصویر بی نظیر است. در هیچکدامیک از این عکس ها که در مناطق مختلف اسکی در کره زمین تهیه شده، ساختار یک کریستال تکرار نشده است با این وجود، این تنوع ناباورانه اشکال، از یک مدل و الگوی اولیه مشخصی برخوردار است و در کنار کریستال های شناخته شده با بازوهای درخت مانند شاخه شاخه موسوم به دندریت ها، ساختارهای و اشکال شش پهلویی در یک کریستال وجود دارد و همین تجانس که تنوع شکل ذرات برف را محدود می کند، از تکرار ساختار و شکل آن ممانعت به عمل آورده و یک جذابیت زیبا به آن اعطاء می کند. مواد کریستالی، شکل خود را مدیون ساختار مولکولی هستند و مولکول های آب، یک مشبک شش ضلعی در یخ ایجاد می کنند. اما چنانچه شش ضلعی بودن کریستال برف به خاطر شکل مولکول آب که متشکل از دو هیدرژن و یک اکسیژن است، چه چیزی پشت اشکال دیگر کریستالی نهفته است؟ چه چیزی در این مورد تصمیم می گیرد که آیا یک کریستال به صفحه ای مسطح و یا دندریت تبدیل می شود و اتصالات و شاخه های جانبی آن تا چه اندازه دقیق هستند؟ مشخص است که ساختار مولکولی و قوانین جاوید و ابدی طبیعت حاکم بر آن، دقیق نیستند. پژوهش علت ها و سبب ها برای ایجاد انواع مختلف اشکال بیولوژیکی کریستال های برف ابتدا در دهه 1930 میلادی آغاز شد که "اوکیچیرو ناکایا" دانشمند ژاپنی برای اولین بار موفق شد، اشکال کریستالی را در آزمایشگاه تولید کند. با وجود این، دانشمندان و پژوهشگران رشد و ایجاد کریستال های برف را تا به امروز صرفا در حد عمومی درک کرده اند اما این مطلب روشن است که کریستال های برف بیشتر از ستاره ها و دانه های شن شبیه به انسان هستند اما خصوصیت های انحصاربفرد خود را از تاریخچه خود کسب کرده اند.

ناکایا به این نتیجه رسید که شکل کریستال ها در حد زیادی تابع درجه دمای رشد و درجه دمای اشباع هوا با بخار آب است. زیرا که کریستال های برف، قطرات باران منجمد شده نیستند بلکه مستقیم از رطوبت هوا کریستالیزه می شوند. در این فعل و انفعال، در کنار دمای زیر صفر به دو فاکتور دیگر نیز نیاز است. هوا باید با بخار آب اشباع شده و باید "تخمک کریستالی" نیز وجود داشته باشد تا باعث تجمع مولکول های آب شوند و یک کریستال برف در آنجا، موجودیت خود را به عنوان یک پریسمای شش ضلعی شروع کند. پس از این مرحله جنینی که تابع ساختار مولکول آب است، فعل و انفعالات بعدی وابسته به آن است که کریستال در چه محیطی چه مرحله از توسعه خود را سپری کند یعنی در حقیقت تابع بیوگرافی و سیر و روند توسعه کریستال است اما بیوگرافی هر کریستالی متفاوت است که از سوی هوا و باد در جو و آتمسفر در نوسان و حرکت است. این تابعیت و وابستگی شدید رشد و توسعه کریستال به محیط، یکی از خصوصیت های سحرآمیز آب است که ماده دیگری ندارد.

منابع:

مجله آلمانی اشپیگل

سایت آلمانی اسپکتروم،

سایت آلمانی آرکور

هفته نامه آلمانی فرانکفورتر آلگماینه زونتاگ سایتونگ
 

behrouz_h

behrouz_h
کاربر برنزی
تاریخ عضویت : دی 1389 
تعداد پست ها : 1469
محل سکونت : آ.شرقی
دسترسی سریع به انجمن ها