아이스 스파이크

Ice spike
전형적인 스파이크 형태
얼음 양초 형태
역피라미드형

얼음 스파이크는 종종 역고드름 모양으로 얼어붙은 물의 표면에서 위로 돌출된 얼음 형성입니다.빙하의 작은 물체의 표면에서 자연 작용에 의해 만들어진 얼음 스파이크는 매우 드물지만 수십 년 동안 보고되어 왔다.현재 Bally-Dorsey 모델로 알려진 이들의 형성을 위한 메커니즘이 20세기 초에 제안되었지만, 이것은 수년간 실험실에서 테스트되지 않았다.최근 몇 년 동안 국내 냉장고나 냉동고에서 증류수를 얼려 인공적으로 생산하는 방법뿐만 아니라 천연 얼음 스파이크의 많은 사진들이 인터넷에 올라왔다.이것은 소수의 과학자들이 실험 환경에서 가설을 실험할 수 있게 해주었고, 비록 실험이 Bally-Dorsey 모델의 타당성을 확인하는 것처럼 보이지만, 그들은 자연적인 얼음 스파이크가 어떻게 형성되는지에 대해 더 많은 의문을 제기했고, 그 현상이 완전히 이해되기 전에 더 많은 연구가 남아 있다.자연의 얼음 송곳은 전형적인 뾰족한 모양 이외의 모양으로 자랄 수 있으며, 이러한 다른 형태에 대한 표준 용어가 없기 때문에 얼음 초, 얼음 탑 또는 얼음 병으로 다양하게 보고되었습니다.특히 특이한 형태는 거꾸로 된 [1]피라미드 모양을 하고 있다.

자연 얼음의 스파이크는 보통 인치 또는 센티미터로 측정되지만, 1963년 얼어붙은 이리 호수를 하이킹한 캐나다인 진 호이저에 의해 하버 크릭 역사 협회 뉴스레터에 나타난 보고서는 "아래의 물이 주기적으로 공기 중으로 분출되도록 압력을 가한 얼음의 작은 구멍"에 대해 말했다.5피트 높이(1.5m)의 '전봇대처럼 호수 전체에 똑바로 서 있는 것처럼 보이는 돌기'를 만들어냈다.[2]

배경

얼음 스파이크는 수십 [3]년 동안 희귀한 자연 현상으로 보고되어 왔다.형성 메커니즘의 모델은 O. Bally와 H.E에 의해 독립적으로 제시되었다.20세기 초의 도시 그리고 이것은 오늘날 [4]현상에 대한 가장 널리 받아들여지는 설명입니다.스파이크는 호수나 [5]연못과 같은 큰 수역보다는 물이 빨리 얼어버리는 새목욕이나 애완용 물그릇과 같은 용기에 형성되는 경향이 있다.특이한 얼음 형성 사진을 보여주고 현상을 논의하는 웹페이지가 다수 공개되었으며, 국내 냉장고의 각 얼음에 얼음 스파이크가 형성되는 사례도 [6][7]다수 보고되었다.통제된 환경에서 얼음 스파이크를 성장시킬 수 있는 능력은 케네스 G.리브레흐트의 지휘 아래 캘리포니아 공대 물리학과에 있는 연구자들에 [3][4]의해 스파이크가 형성되는 데 필요한 조건에 대한 소수의 연구를 촉진시켰다.

형성 메커니즘

자연적으로 발생하는 얼음 스파이크는 종종 원형 얼음 초 또는 다면체 얼음 탑(대개 삼각형)의 형태로, 얼어붙은 빗물이나 수돗물 [8]용기에서 발견되기도 한다.물은 얼음으로 얼면서 9% 팽창하는데 얼음 결정의 내부 구조를 반영하는 가장 단순한 형태는 육각형 프리즘이다.결정의 윗면과 아랫면은 기저면이라고 불리는 육각형 면이며 기저면에 수직인 방향을 [9]c축이라고 한다.

이 과정은 지표수가 용기 벽과 만나는 불규칙한 주변에서 핵이 형성되어 안쪽으로 얼 때 시작됩니다.형성하는 첫 번째 결정의 c축이 수직이 아니면 기저면이 c축에 수직인 선을 따라 표면과 교차하고, 이 선을 따라 얼음침이 표면에 전파되는 경향이 있다.동시에 얼음막은 바닥면을 따라 과냉각수로 성장한다.얼음막이 표면 대부분을 덮으면서 결정체가 합쳐져 제자리에 단단하게 고정되고 얼음판은 작은 구멍만 [9]얼지 않을 때까지 중간을 향해 계속 얼어붙습니다.결정체 커튼은 60도의 각도로 결합하는 경향이 있기 때문에 다른 기하학적 모양도 가능하지만 구멍이 삼각형인 [6]경우가 많습니다.얼음의 계속적인 팽창은 물속으로 들어가 남은 물을 구멍을 통해 짜내고 얼음 표면보다 약간 높게 부풀어 오르는 볼록한 반월판이 형성된다.메니스커스의 가장자리가 얼면 물이 더 높이 솟아오르는 작은 댐을 만들고, 얼음 댐 위로 확장하면 그 가장자리가 다시 얼어서 첫 번째 댐 위에 또 다른 댐을 형성합니다.물의 팽창 속도가 구멍 가장자리의 동결 속도와 같으면 이 과정이 지속적으로 반복되고 연속된 층이 얼음 튜브를 형성한다.튜브의 성장은 팁이 밀봉될 때까지 또는 모든 물이 [9]얼 때까지 계속됩니다.얼음 스파이크의 형성은 수체의 형태, 용해된 불순물의 농도, 공기 온도 및 [3]물 위의 순환과 관련이 있다.물 표면 아래에 형성된 결정체에서 자라는 스파이크는 [5]빙상으로부터 수직이 아닌 가파른 각도로 돌출될 수 있다.

가정용 냉장고의 냉동칸에서 3개의 얼음 송곳니가 자라고 있다.

소형 얼음 스파이크는 플라스틱 얼음 트레이의 증류수를 사용하여 가정용 냉장고에서 생산된 각 얼음에 인공적으로 형성될 수 있습니다.스파이크의 형성은 내부 물의 팽창과 큐브 내부의 부피의 감소가 구멍을 통해 위로 밀어 올리는 물의 압력을 증가시킨다는 점에서 자연적으로 발생하는 스파이크의 형성과 유사합니다.튜브의 성장은 튜브 상단의 방울이 완전히 얼면 멈춥니다. 이는 큐브에 있는 물의 나머지 부분이 [4]얼기 훨씬 전입니다.이 방법은 끝이 뾰족하고 단면이 둥글거나 삼각형인 작은 스파이크를 생성합니다.이 방법을 사용한 실험은 실험실 환경에서 수행되었지만 물의 불순물이 스파이크 [nb 1][10]형성을 억제하기 때문에 비증류수로 만들어진 얼음 입방체에서는 스파이크가 형성될 가능성이 낮은 것으로 밝혀졌다.이는 수돗물이나 빗물에 자연적으로 발생하는 얼음 스파이크가 어떻게 형성되는지에 대한 의문을 제기하며, Libbrecht와 Lui는 냉장고에서 자라는 작은 스파이크의 경우, 불순물이 튜브 상단의 동결되지 않은 작은 물방울에 점점 더 집중되어 tu의 성장을 감소시킬 것이라고 제안했다.하지만, 그들은 자연적인 야외 얼음 형성에서 예외적으로 큰 스파이크가 자라는 드문 경우에, 어떤 다른 메커니즘이 성장하는 튜브의 꼭대기에 쌓인 불순물을 제거해야만 한다고 믿는다.불순물이 더 천천히 얼어붙는 주머니로 강제되거나, 아마도 인공적으로 성장한 작은 스파이크에서는 중요하지 않은 대류 흐름이 튜브의 꼭대기에 있는 물을 [3]아래의 깨끗한 물로 대체한다.

Caltech에서 수행된 작업의 결과는 이 [3][4]현상을 더욱 설명할 수 있는 실험을 제안했습니다.

「 」를 참조해 주세요.

메모들

  1. ^ 이 현상의 주요 연구자인 리브레흐트는 수돗물로 만들어진 얼음에서 왜 스파이크가 쉽게 자라는지 설명할 수 없다고 인정한다.

레퍼런스

  1. ^ "images of an amazing ice spike in the form of an inverted pyramid". Got Spikes on Your Ice Cubes?. Caltech. Retrieved 17 January 2013.
  2. ^ Kirk, Harold. "Due North". Harbor Creek Historical Society Newsletter. University of Toronto. Retrieved 17 January 2013.
  3. ^ a b c d e Libbrecht, K G; Lui, K (2003), An Investigation of Laboratory-Grown Ice Spikes (PDF)
  4. ^ a b c d Lederer, Samuel. "The Effect of Chemical Additives on Ice-Spike Formation" (PDF). Caltech. Retrieved 13 January 2013.
  5. ^ a b Morris, Stephen (30 April 2007). "Occasionally the ice cubes in my freezer's ice trays will develop a stalagmitelike shape without any obvious, unusual interference. Can you please explain what causes this?". Scientific American.
  6. ^ a b Morris, S. "Got Spikes on Your Ice Cubes?". Non linear Physics Group. University of Toronto. Retrieved 13 January 2013.
  7. ^ Carter, James. "Ice Formations with Daily (Diurnal) Freeze/Thaw Cycles". Geography-Geology Department. Illinois State University. Retrieved 14 January 2013.
  8. ^ Burt, Stephen (March 2008). "Ice candle". Weather. 63 (3): 84. Bibcode:2008Wthr...63...84B. doi:10.1002/wea.212.
  9. ^ a b c Schlatter, Tom; Knight, Dr. Charles (March–April 2009). "Weather queries". Weatherwise. 62 (2): 58–59. doi:10.3200/WEWI.62.2.58-59. S2CID 219611434.
  10. ^ Libbrecht, Kenneth G. "Ice spikes ... Strange things you can find in your freezer ..." Snow Crystals. Caltech. Retrieved 29 March 2013.

추가 정보

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