Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Кіріспе
Мұздың мұзған су бетінен жоғары қарай өсуі
Upward projection of ice from surface of frozen water body
Мұз тігізігі – мұзды судың бетінен жоғары қарай көтерілетін, көбінесе кері айналған мұз қылышы пішіндес мұз құрылымы. Табиғи процестер нәтижесінде пайда болған мұз тігізіктері шағын мұзды су денелерінің бетінде ондаған жылдар бойы тіркелген, бірақ олардың кездесуі өте сирек. Олардың қалыптасу механизмі, қазір Балли-Дорси моделі деп аталады, 20-ғасырдың басында ұсынылған, бірақ бұл көп жылдар бойы зертханада тексерілмеді. Соңғы жылдары интернетте табиғи мұз тігізіктерінің суреттері, сондай-ақ оларды тұрмыстық тоңазытқыштарда немесе мұздатқыштарда тазартылған суды мұздату арқылы жасанды түрде жасау әдістері пайда болды. Бұл ғалымдардың шағын тобына гипотезаны зертханалық жағдайда тексеруге мүмкіндік берді және эксперименттер Балли-Дорси моделінің дұрыстығын растағандай болса да, табиғи мұз тігізіктерінің қалай пайда болатыны туралы қосымша сұрақтар тудырды, ал құбылысты толық түсіну үшін тағы көп жұмыс істеу қажет. Табиғи мұз тігізіктері классикалық тігізік пішінінен басқа пішіндерге де өсе алады және олар мұз шамдары, мұз мұнаралары немесе мұз құмыралары деп әртүрлі аталады, себебі осы басқа формалар үшін стандартты номенклатура жоқ. Ерекше бір түрі кері пирамида пішіндес болады. Табиғи мұз тігізіктері әдетте дюймдермен немесе сантиметрлермен өлшенсе де, 1963 жылы мұздаған Эри көлін аралап өткен канадалық Джин Хаузердің Harbor Creek Historical Society Newsletter хабарламасында "мұздың астындағы су үнемі қысыммен жоғары шығып, ауада мұздап қалатын кішкентай тесіктер болды" делінген, нәтижесінде көлдің бойында тік тұрған телефон бағаналары сияқты 5 фут (2 метр) биіктіктегі "мұзды шашыраулар" пайда болды.
An ice spike is an ice formation, often in the shape of an inverted icicle, that projects upwards from the surface of a body of frozen water. Ice spikes created by natural processes on the surface of small bodies of frozen water have been reported for many decades, although their occurrence is quite rare. A mechanism for their formation, now known as the Bally–Dorsey model, was proposed in the early 20th century but this was not tested in the laboratory for many years. In recent years a number of photographs of natural ice spikes have appeared on the Internet as well as methods of producing them artificially by freezing distilled water in domestic refrigerators or freezers. This has allowed a small number of scientists to test the hypothesis in a laboratory setting and, although the experiments appear to confirm the validity of the Bally–Dorsey model, they have raised further questions about how natural ice spikes form, and more work remains to be done before the phenomenon is fully understood. Natural ice spikes can grow into shapes other than a classic spike shape, and have been variously reported as ice candles, ice towers or ice vases as there is no standard nomenclature for these other forms. One particularly unusual form takes the shape of an inverted pyramid. Although natural ice spikes are usually measured in inches or centimeters, a report that appeared in the Harbor Creek Historical Society Newsletter by Canadian Gene Heuser, who hiked across frozen Lake Erie in 1963, spoke of "small pinholes in the ice through which the water below was periodically forced under pressure to spout up into the air and freeze" producing 5 feet (2 m) "frozen spurts that looked to him like telephone poles standing straight up all over the lake".
Өмірбаян
Мұз шыңдары ондаған жылдар бойы сирек кездесетін табиғи құбылыс ретінде хабарланды. Құрылыс механизмін модельдеуді О. Балли мен Х. Э. Дорси 20-ғасырдың басында тәуелсіз түрде ұсынды және бұл әлі күнге дейін құбылыстың ең көп қабылданған түсіндірмесі болып табылады. Шыңдар көлдер мен тоғандар сияқты үлкен су көлемінде емес, құс моншалары мен үй жануарларының су ішетін ыдыстары сияқты, су тез мұздайтын ыдыстарда пайда болады. Әдеттен тыс мұз түзілімдерінің суреттерін көрсетіп, құбылысты талқылайтын көптеген веб-беттер жарияланды, сондай-ақ үй тоңазытқыштарындағы мұз кубиктерінде мұз шыңдарының пайда болуының бірнеше жағдайлары туралы хабарланды. Бақыланатын ортада мұз шыңдарын өсіру мүмкіндігі Калифорния технология институтының физика бөлімінің зерттеушілері, Кеннет Г. Либбрехттің басшылығымен, шыңдардың пайда болуына қажетті жағдайларды зерттеуге шағын зерттеулер жүргізуге мүмкіндік берді. Су мұзға айналғанда 9% кеңейеді және мұз кристаллының ең қарапайым пішіні оның ішкі құрылымын көрсететін алтыбұрышты призма болып табылады. Кристаллдың жоғарғы және төменгі беттері алтыбұрышты жазықтықтар, базалық жазықтықтар деп аталады, ал базалық жазықтықтарға перпендикуляр бағыт c ось деп аталады. Процесс судың контейнер қабырғасымен кездесетін жердегі бұзылыстардың маңында ядролық түзілуімен басталады. Егер алғашқы кристалдың c осі тік болмаса, базалық жазықтық бетін c осіне перпендикуляр сызық бойымен кесіп өтеді және мұз инелері осы сызық бойымен бетте таралады. Қарапайым тілмен айтқанда, бет шетінен ішке қарай мұздап қалады, сондықтан бетте тек шағын тесік мұздамай қалады. Судың бетіндегі тоңазылуы қалған суды тесіктен баяу жоғары итеріп шығарады. Өте суық ауаға жеткенде, сығылып шыққан судың шеті мұздап қалады, ал ортасы сұйық күйде қалады. Төменде тоңазылу жалғасқанда, көбірек су жоғары итеріледі, шеттері мұздап қалады және т.б. Егер судың сығылып шығу жылдамдығы тесіктің шетіндегі тоңазылу жылдамдығымен бірдей болса, бұл процесс үнемі қайталанады және тік өсетін мұз түтігінің қабаттары қалыптасады. Бұл табиғи жағдайда, әсіресе, крандағы немесе жаңбыр суында мұз шыңдарының қалай пайда болатыны туралы сұрақ тудырады. Либбрехт пен Луи тоңазытқышта өсірілген кішкентай шыңдардың жағдайында, ластанушы заттар түтіктің жоғарғы жағындағы тоңазылмаған тамшыда жинақтала бастайтынын, бұл тоңазылу жылдамдығын және түтіктің өсуін азайтатынын болжайды. Алайда, олар табиғи, ашық ауадағы мұз түзілімдерінде сирек кездесетін, өте үлкен шыңдар өскен кезде, басқа механизмдер өсіп келе жатқан түтіктің жоғарғы жағында жиналған ластанушы заттарды жоюы керек деп санайды. Ластанушы заттар баяу тоңазылатын қалталарға жіберілуі мүмкін, немесе конвективтік ағын, бұл кішкентай, жасанды өсірілген шыңдарда маңызды емес, түтіктің жоғарғы жағындағы суды төменнен таза сумен алмастырады. Калтехте жүргізілген жұмыстың нәтижелері осы құбылысты одан әрі түсіндіруге мүмкіндік беретін тәжірибелерді ұсынды.
Ice spikes have been reported as a rare natural phenomenon for decades. A model of the mechanism of formation was put forth independently by O. Bally and H. E. Dorsey in the early 20th century and this is still the most widely accepted explanation of the phenomenon today. Spikes tend to form in containers such as bird baths and pet drinking bowls, where the water freezes quickly, rather than in large bodies of water such as lakes and ponds. A number of web pages displaying photographs of unusual ice formations and discussing the phenomenon have been published, and a number of cases of ice spikes being formed on ice cubes in domestic refrigerators have been reported. The ability to grow ice spikes in a controlled environment has prompted a small number of investigations by the researchers in the Physics Department of the California Institute of Technology under the direction of Kenneth G. Libbrecht into the conditions needed for the spikes to form. Water expands by 9% as it freezes into ice and the simplest shape of an ice crystal that reflects its internal structure is a hexagonal prism. The top and bottom faces of the crystal are hexagonal planes called basal planes and the direction that is perpendicular to the basal planes is called the c axis. The process begins when surface water nucleates around irregularities where it meets the container wall. If the c axis of the first crystal to form is not vertical, the basal plane intersects the surface along a line perpendicular to the c axis and ice needles tend to propagate across the surface along this line. Simply put, the surface freezes from the edges inward, so that only a small surface hole remains unfrozen. The continuing freezing of water that is below the surface ice then slowly pushes the remaining water up through the hole. Reaching very cold air, the edge of the extruded water freezes while remaining liquid in the center. more freezing below pushes more water up, the edge freezes, and so on. If the rate of extrusion of water is the same as the rate of freezing at the lip of the hole, then this process is continually repeated and successive layers form an upward growing tube of ice. This poses the question of how naturally occurring ice spikes form in tapwater or rainwater and, Libbrecht and Lui have suggested that, in the case of the small spikes grown in a refrigerator, impurities will become increasingly concentrated in the small unfrozen droplet at the top of the tube reducing the freezing rate and so the growth of the tube. However, they believe that on the rare occasions when exceptionally large spikes grow in natural, outdoor ice formations, some other mechanism must remove the impurities that build up at the top of the growing tube. Either impurities are forced into pockets that freeze more slowly, or perhaps a convective flow, which would be insignificant in the smaller, artificially grown spikes, replaces the water at the top of the tube with fresh water from below. The results of the work carried out at Caltech have suggested experiments that might further elucidate this phenomenon.