Хіміки з Технологічного інституту Карлсруе, Гейдельберзького університету та Університетського коледжу Лондона вперше поспостерігали зростання кристалів льоду на частинках польового шпата і описали його на молекулярному рівні. Пил цього мінералу вважається одним з найактивніших центрів для утворення кристалів льоду в хмарах. За словами авторів, дослідження допоможе побудувати нову модель зародкування і зростання кристалів льоду, яка допоможе краще описати формування атмосферних опадів. Дослідження опубліковано в журналі, коротко про нього повідомляє прес-реліз Технологічного інституту Карлсруе.
Утворення опадів у хмарах починається з формування крапель або кристалів льоду. Маса, що збільшується, не дозволяє частинкам продовжувати підтримуватися на потоках повітря і вони починають випадати у вигляді дощу, снігу або граду. Перший ступінь будь-якого процесу кристалізації (перетворення газоподібної, рідкої або розчиненої речовини на тверде) - це зародкування. Під цим терміном розуміють утворення самого першого фрагмента кристала, на який згодом будуть наростати речовина. Цей процес може відбуватися спонтанно, в товщі речовини - через випадкове підвищення концентрації речовини в якійсь точці, - а може використовувати «зручні» поверхні.
Найбільш поширеними центрами зародкування є мінеральні піщинки, що піднімаються в повітря вітром. У 2008 році було показано, що значну роль відіграють і біологічні об'єкти - бактерії та інший аеропланктон. Вони становлять приблизно третину всіх центрів конденсації. Крім того, до числа об'єктів, що запускають зростання зародків відносяться космічні частинки. Опис темпів зростання кристалів у хмарах багато в чому заснований на емпіричних даних - точні молекулярні механізми погано вивчені. Досі неясно, які властивості роблять той чи інший мінерал хорошим центром зростання кристалів, і що впливає на цей параметр більшою мірою.
Нова робота присвячена дослідженню зростання кристалів льоду на частинках польового шпата. Автори пояснюють свій вибір посилаючись на недавні роботи, що описують мінерал як один з найбільш активних в контексті конденсації частинок у хмарах. Польовий шпат - алюмосилікат калію, широко поширений на Землі. Хіміки безпосередньо стежили за зростанням кристалів води на частинках мінералу за допомогою скануючого електронного мікроскопа.
Виявилося, що зростання кристалів відбувається переважно на сколах і тріщинах у частинках. При цьому, всі кристали були однаково орієнтовані, що вказує на те, що кристалічна решітка шпата впливає на напрямок зростання льоду. За словами авторів, зростання льоду відбувається на сколах, орієнтованих певним чином (100) до кристалічної решітки мінералу. Такі грані практично відсутні в природних кристалах, оскільки їх утворення енергетично невигідне, але невеликі їх ділянки виникають у тріщинах і сколах. Хіміки відзначають, що важливу роль відіграють гідроксильні (OH-) групи, розташовані на цій площині - на це вказують дані молекулярного моделювання.
Явище конденсації води навколо твердих частинок використовується при засіюванні («розгоні») хмар. Для цього з літака скидається аерозоль, часто, іодиду срібла. Нещодавно для цього вперше використовували безпілотник. До речі, про типи хмар можна почитати в нашій галереї «Хмарний атлас».