Nieuws

Sneeuwvlok wortelt in entropie

Arjen Dijkgraaf |
Anorganische chemie, Computational chemistry, Nanotechnologie

Nano-ijskristallen hebben een heel andere structuur dan gedacht, en in wolken vormen ze zich daardoor 1.800 keer sneller dan de huidige rekenmodellen voorspellen. Weer- en klimaatvoorspellingen moeten dus wat dat betreft op de schop, stellen Valeria Molinero en collega's van de University of Utah in Nature.

Op grotere schaal is in de atmosfeer alleen de hexagonale kristalvorm van waterijs stabiel, wat de reden is dat sneeuwkristallen altijd zeshoekig zijn. In theorie kunnen ook kubische ijskristallen bestaan, maar in de praktijk is die kristalvorm voor watermoleculen energetisch te ongunstig om te blijven bestaan.

Tot nu toe is altijd aangenomen dat de kiem van zo'n ijskristal ook vanaf het begin hexagonaal is. Alle berekeningen van de snelheid, waarmee zo'n kiem ontstaat uit losse watermoleculen, gaan uit van de energiewinst die deze kristalvorm oplevert.

Maar de hexagonale en de kubische structuur passen op moleculaire schaal naadloos op elkaar, en er waren al computersimulaties die suggereerden dat je in eerste instantie een willekeurige afwisseling krijgt van lagen van beide structuren.

En uit vrije-energieberekeningen concludeert Molinero nu dat dat goed kan kloppen. Qua entropie is een willekeurige afwisseling van kubisch (rood, in de afbeelding) en hexagonaal (blauw) veel gunstiger, en in een beginnend kristal overheerst die entropie de enthalpie die een puur hexagonaal kristal dicteert.

De entropiewinst zorgt dat het kristal zich veel makkelijker vormt dan gedacht. Die 1.800 keer is een ruwe schatting en het is correcter om te spreken van drie ordegroottes, maar het effect is in elk geval groot genoeg voor een serieuze impact op de berekeningen van wat er in wolken gebeurt. Temeer daar het temperatuurafhankelijk is: hoe warmer, hoe groter het verschil.

Omdat in de entropie geen schaaleffect zit en in de enthalpie wel, gaat die laatste alsnog overheersen wanneer het kristal groeit. Molinero schat dat de omslag naar puur hexagonaal ergens rond de 100.000 moleculen zit.

Wat de invloed hiervan is op de huidige klimaatmodellen, moet worden afgewacht.

bron: Nature

Deel deze pagina
Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van C2W.

Meld je nu aan!

Word abonnee/lid

Sluit nu een abonnement af of word lid van de KNCV en ontvang elke week het laatste nieuws, digitaal of op papier. 

Sluit nu een abonnement af!

Naar boven