Wiskundig model berekent voor het eerst sneeuwvlokvormen

In 1954 publiceerde de Japanse natuurkundige Ukichiro Nakaya een baanbrekende studie over de aard van sneeuwvlokken. Hij classificeerde vlokken in verschillende categorieën en ontdekte zelfs hoe ze in laboratoriumomstandigheden konden worden gekweekt, de eerste keer dat dit was gedaan. Nakaya ontdekte dat sneeuwvlokken worden gevormd wanneer oververzadigde damp onder nul afkoelt, maar ook dat hun vorm zeer gevoelig is voor zowel het niveau van oververzadiging als de temperatuur. Zijn diagram (hierboven) dat zijn resultaten samenvat, is sindsdien beroemd geworden. Sindsdien hebben verschillende onderzoekers geprobeerd de processen die de sneeuwvlokmorfologie bepalen beter te begrijpen. In deze blog hebben we bijvoorbeeld gekeken naar het werk van Kenneth Libbrecht, een van de wereldleiders op dit gebied. Een uitdaging op dit gebied is om met een computermodel de groei van sneeuwvlokken in alle vormen te simuleren. Het was echter moeilijk om succes te behalen vanwege de moeilijkheid om de complexe omstandigheden te modelleren die aan de ijs-luchtgrens bestaan ​​terwijl een kristal groeit. Vooral modelbouwers vonden het moeilijk om de gelijktijdige groei van facetten vast te leggen met de dendritische vertakking die optreedt wanneer vlokken groeien. Wanneer ze worden gecombineerd, wordt aangenomen dat deze processen veel van de beroemde mooie kristalvormen genereren. Vandaag onthullen John Barrett van Imperial College London en een paar vrienden hun benadering van sneeuwvlokmodellering, waarvan ze zeggen dat dit dit probleem oplost. Het resultaat is dat ze verschillende sneeuwvlokvormen hebben kunnen berekenen die voor het eerst in de natuur voorkomen. Deze omvatten massieve platen, massieve prisma's, holle kolommen, naalden, dendrieten, afgedekte kolommen en rollen op platen. Het model geeft ook enig inzicht in hoe de kristallen zich vormen. Hun model voorspelt bijvoorbeeld een lineair verband tussen de snelheid van de groei van de kristalpunt en de mate van oververzadiging. Dat is iets dat in het laboratorium kan worden getest. En Libbrecht heeft bijvoorbeeld de uitrusting om de klus te klaren. Referentie: arxiv.org/abs/1202.1272 : Numerieke berekeningen van de vorming van gefacetteerde patronen in de groei van sneeuwkristallen zich verstoppen