КРИСТАЛЛОГРАФИЯ ЛЬДА

КРИСТАЛЛОГРАФИЯ ЛЬДАРаздел гляциологии, изучающий строение, симметрию, способы образования и физические свойства кристаллов льда. По химическому составу лед принадлежит к одному минеральному виду, поэтому развитие получили лишь геометрическая, структурная и физическая К. л. Для льда характерен полиморфизм, обнаруженный Г. Тамманом и П. Бриджесом в начале века. Известно 10 кристаллическйх модификаций льда, различающихся по строению пространственной решетки и физическим свойствам, а также одна аморфная форма; каждая из модификаций имеет свою область устойчивости. В термодинамических условиях земной поверхности встречается лишь лед I. Он имеет гексагональную пространственную решетку и образуется путем замерзания воды при 0°С и атмосферном давлении. При таком же давлении и температурах от —140 до —120°С может существовать лед 1с, принадлежащий к кубической сингонии. Атомная структура льда: а — вид, параллельный гексагональным осям, б — то же, перпендикулярный; большие кружки — атомы кислорода, малые — водорода, длинные линии — водородные связи, короткие — ковалентные. Кристаллы всех модификаций льда построены из молекул воды, соединенных в трехмерный каркас (см. рис.). Узлы решетки, образованные блоками атомов кислорода (единичными ячейками льда), располагаются в вершинах тетраэдров; это значит, что каждая ячейка связана с четырьмя другими. Атомы водорода (протоны) участвуют в образовании связей, причем их положение не фиксировано, так что водородная связь между молекулами слабая и полностью устанавливается лишь при очень низкой температуре. В структуре льда I и некоторых других тетраэдрические углы одинаковы и равны 109° 28', длина водородных связей при 0°С составляет 2,76 ?. Пространственные решетки других модификаций льда принадлежат к ромбоэдрической (II), тетрагональной (III, VI, VIII1 IX), моноклинной (V) и кубической (VlI) сингониям. • см. также лед Основной метод изучения пространственных решеток — рентгеноструктурный анализ, базирующийся на явлении дифракции рентгеновского излучения на кристаллах. По его данным, молекулы воды в кристаллах льда I сконцентрированы в параллельных базисных плоскостях. Перпендикулярно им располагаются главные кристаллографические оси, с которыми совпадают и оптические оси кристаллов льда. Присутствием базисных плоскостей определяется анизотропия физических свойств этих кристаллов: нарушения в направлении базисной плоскости происходят легче всего, т. к. требуют разрыва только двух атомных связей на одну единичную ячейку, тогда как нарушения в других направлениях требуют разрыва четырех и более связей. Т. о., базисные плоскости оказываются разделенными поверхностями ослабления, что сказывается на реакции кристаллов на ориентированные напряжения. Эти поверхности являются плоскостями трансляции, по которым скольжение идет почти одинаково легко в любом направлении. По ним же располагаются газообразные и солевые включения, а также идет внутреннее таяние с образованием цветов Тиндаля. Если сдвигающее напряжение совпадает с базисной плоскостью кристалла льда, его деформация будет пластической; если это напряжение ориентировано вдоль главной оси, то деформация будет сначала упруго-пластической, а затем хрупкой; если плоскость сдвига направлена перпендикулярно к главной оси и базисным плоскостям, то деформация почти сразу будет хрупкой. При этом предел прочности льда различается на 2—3 порядка. Анизотропия вязкости льда в зависимости от направления приложения силы также меняется более чем на 3 порядка: от 109—1010 до 1013—1014 Па-с. Анизотропия сопротивления раздавливанию выражена слабее — она колеблется от 2-1,0® до 3,2-10® Па, сопротивления излому (при —3°С в пределах (1,2 -г- -т- 2) · 10® Па, разрыву — около 1,1 · 10® Па, срезу — 5,5 - 10® Па. ,Для оптических свойств льда характерны прозрачность (низкий коэф. поглощения лучей видимой части спектра) и очень слабое двупреломление. Лед оптически положителен и одноосен. Напряжения в пространственной решетке, связанные с упругими деформациями, вызывают аномалии — волнистое погасание и двуосность, а при усилении таких деформаций — полигонизацию кристаллов. Физические свойства кристаллов льда исследовались Б. П. Вейнбергом, H. Н. Зубовым, И. С. Песчанским, Э. Паундером, Н. Флетчером, У. Накайя и др. М. Г. Гросвальд

Гляциологический словарь 

КРИСТАЛЛОМОРФОЛОГИЯ СНЕЖНОГО ПОКРОВА →← КРИСТАЛЛИЧЕСКОЕ ОБЛАКО

T: 0.069518123 M: 3 D: 3