Po zbadaniu początkowych etapów wzrostu kryształków lodu w warunkach odpowiadających chmurom naukowcy doszli do wniosku, że zjawisko to nie przebiega tak, jak sugeruje większość teorii. Okazało się, że kształt najmniejszych kryształów nie jest heksagonalny, są one mieszaniną sieci sześciennych i heksagonalnych. Wyniki pracy przedstawiono w czasopiśmie Nature.
W normalnych warunkach sześciokątna struktura lodu jest najbardziej stabilna. W większości prac nad tworzeniem się kropelek w chmurach naukowcy zakładali, że symetria rozmieszczenia atomów w kryształkach lodu jest właśnie taka, ale wyniki nowych badań wskazują, że jest to nadmierne uproszczenie. W bardziej realistycznych obliczeniach początkowa szybkość wzrostu kryształów lodu okazuje się być o trzy rzędy wielkości większa niż w standardowej teorii.
Nawet w ciepłym klimacie woda w chmurach zwykle zamarza. Na samym początku procesu kropla cieczy osiąga określony rozmiar, po czym pojawiają się w niej centra krystalizacji, które w określonych warunkach prowadzą do całkowitego zamarznięcia kropli. Warunek ten jest określany przez tak zwaną barierę energii swobodnej, która określa krytyczny rozmiar kryształu, umożliwiając jego dalszy wzrost i ostatecznie zamrożenie całej wody w kropli.
„Celem naszej pracy było ustalenie struktury kryształów na szczycie tej bariery i jaki ma to wpływ na tempo ich wzrostu” - mówi jedna z autorek badania, Valeria Molinero. Okazało się, że wbrew zwykłej idei dominacji heksagonalnej symetrii, dla małych kryształów korzystniejsza jest nieuporządkowana struktura warstw o symetrii heksagonalnej i sześciennej, a także cząsteczki, których nie da się włączyć do żadnej z nich.
W temperaturze -33 ° C szybkość wzrostu kryształów o symetrii mieszanej była 2000 razy większa niż kryształów o strukturze tylko heksagonalnej, ze względu na różnicę w wysokości bariery dla energii swobodnej. Odkrycia dotyczą tylko bardzo małych kryształów nie większych niż 100 000 cząsteczek. W przypadku większych formacji, takich jak widoczne gołym okiem płatki śniegu, korzystniejsza jest symetria sześciokątna. Autorzy nowej pracy mają nadzieję, że ich wyniki wpłyną na modele klimatyczne i pozwolą na dokładniejsze prognozy pogody i zmian klimatu.
