En isspids er en dannelse af is , ofte i form af en omvendt istap, der rager opad fra overfladen af frosset vand. Selvom deres forekomst er ret sjælden, er ispigge, der naturligt dannes på overfladen af små vandmasser, blevet beskrevet siden 1920'erne. [1] Dannelsesmekanismen, kendt som Belli-Dorsey-modellen, blev foreslået i begyndelsen af det 20. århundrede, men blev ikke testet i laboratoriet i lang tid. [2] I 2010'erne dukkede mange billeder af ispigge op på internettet sammen med instruktioner om, hvordan man får dem ved at fryse destilleret vand i et køleskab eller en fryser. [3] [4] Dette gjorde det muligt for forskerne at teste hypotesen i laboratoriet, og selvom eksperimenterne understøtter Belli-Dorsey-modellen, rejste de spørgsmålet om, hvordan naturlige ispigge dannes. Pigge vokser nogle gange i andre former og kaldes islys, tårne, vaser. En meget usædvanlig form er den omvendte pyramide. [5]
Selvom naturlige ispigge for det meste er et par centimeter store, beskrev canadieren Jean Heuser, mens han rejste gennem den frosne Erie -sø i 1963, små huller i isen, hvorigennem vandet periodisk skød ud under tryk og frøs og dannede halvanden meter. isstråler, der lignede "telefonpæle over hele søen." [6]
Ispigge er blevet nævnt som et sjældent fænomen siden 1920'erne. [1] Teorien om dannelsesmekanisme blev foreslået uafhængigt af Belley og Dorsey i det tidlige 20. århundrede og er stadig den accepterede forklaring på dette fænomen i dag. [2] Pigge dannes oftere i fartøjer, hvor vandet fryser hurtigt, end i store mængder vand såsom søer eller damme. [7] Internettet viser og diskuterer dannelsen af usædvanlige formationer af is, og beskriver også mange tilfælde af dannelsen af pigge i køleskabe. [3] [4] Muligheden for at dyrke ispigge i kontrollerede miljøer foranledigede forskning i årsagerne til deres dannelse ved Institut for Fysik på Caltech under ledelse af Kenneth Libbrecht .
Naturligt dannede ispigge, ofte i form af stearinlys eller polyedriske tårne (normalt trekantede), vises nogle gange i beholdere med frosset regnvand eller postevand. [8] Vand udvider sig med 9 %, når det fryser, og den enkleste form for en iskrystal , der afspejler dens indre struktur, er et sekskantet prisme . De øvre og nedre overflader af krystal - sekskantede planer kaldes hovedplanerne. Retningen vinkelret på hovedplanerne kaldes c -aksen. [9]
Processen begynder, når vandet på overfladen gennemgår kernedannelse omkring uregelmæssigheder nær karrets vægge og begynder at fryse indad. Hvis c -aksen af den først dannede krystal ikke er lodret, så skærer hovedplanet overfladen langs en bestemt linje vinkelret på c - aksen, og isnålene forplanter sig langs vandoverfladen langs denne linje. Samtidig vokser et gardin af is nedad i superafkølet vand langs hovedplanet. En film af is vokser til at dække det meste af overfladen, krystallerne smelter sammen, og vandet fortsætter med at fryse til midten, indtil kun et lille hul forbliver ufrosset. [9] Korngardinerne er overvejende forbundet i en 60-graders vinkel, og derfor er åbningen generelt trekantet i form, [3] selvom andre geometrier er mulige. Frysning af isen indad skubber det resterende vand gennem hullet og danner en konveks menisk , som rager lidt over isens overflade. Når kanterne af menisken fryser, danner de en lille dæmning, der får vandet til at stige lidt højere og danner en ny dæmning oven på den første. Hvis hastigheden for udvisning af vand er lig med hastigheden af frysning ved kanten af hullet, gentages denne proces kontinuerligt, og alle lag danner et rør af is. Væksten af røret fortsætter, indtil toppen lukker, eller indtil alt vandet er frosset. Dannelsen af ispigge er forbundet med formen af et kar med vand, koncentrationen af urenheder, temperatur og luftcirkulation over vandet. [1] Pigge, der vokser fra korn dannet under vandoverfladen, kan vokse fra is i en spids vinkel i stedet for vinkelret på den. [7]
Små ispigge kan dannes kunstigt i isterningbakken fra destilleret vand i hjemmekøleskabe. Mekanismen for dannelsen af en sådan spids er den samme som i naturen - et fald i volumen inde i kuben øger trykket af vand og skubber det gennem et hul på overfladen. Væksten af en sådan spids stopper. når toppen fryser helt, hvilket sker meget tidligere end frysningen af alt vandet i terningen. [2] Denne metode skaber små pigge, for det meste runde eller trekantede i tværsnit, med en skarp spids. Eksperimenter har vist, at der er mindre sandsynlighed for, at der dannes pigge, hvis der anvendes ikke-destilleret vand. [10] Dette rejser spørgsmålet om, hvordan ispigge dannes i postevand eller regnvand. Det antages, at i tilfælde af små pigge koncentreres urenheder i den ufrosne del i toppen af røret, hvilket reducerer frysehastigheden. Men undtagen når der vokser meget store pigge, skal der være en anden mekanisme, der vil fjerne urenheder, der samler sig i toppen af vækstrøret. Enten skubbes urenheder ind i områder, der fryser langsommere, eller måske erstatter konvektionsstrømmen, som ville være ubetydelig i små, menneskeskabte pigge, vandet i toppen af røret med ferskvand fra under isen. [en]
Isspids i køleskabet, fryseren
En spids dyrket i en isbakke
Spid i form af en omvendt pyramide
Torn dannet efter en hård nattefrost
islys
Regnvandsspids
