فرزهای قارچی منجمد: یخ مو چیست و چرا تشکیل می شود؟

من قبلاً در مورد آب نوشته ام و به طور خاص، اگر بسیار دقت کرده باشید، ممکن است به یاد داشته باشید که 12 نوامبر سالگرد روزی است که در سال 1783 آنتوان لاووازیه رسماً آب را یک ترکیب به جای یک ترکیب اعلام کرد. عنصر

این بدان معناست که نوامبر همیشه زمان بسیار خوبی برای صحبت در مورد آب است. اما این بار، من بر روی حالت جامد آن تمرکز خواهم کرد: یخ.

چند روز پیش به طور تصادفی با تعدادی عکس زیبا از یخ مو روبرو شدم که باعث شد من را به تصویر بکشم #272sci پست توییتر (برای اطلاعات کوچک مشابه از علم جالب مراقب آن هشتگ باشید). داستان پشت موی یخ داستانی جذاب است، و چیزی نیست که بتوانم واقعاً آن را در 272 کاراکتر پوشش دهم – بنابراین در اینجا نسخه کمی طولانی تر است…

این شکل از یخ روی چوب مرده یافت می‌شود و نام‌های دیگری نیز دارد، از جمله پشم یخ یا ریش یخ. البته، یخ به طور طبیعی در دمای 0 درجه در فشار اتمسفر استاندارد تشکیل می‌شود، اما شکلی که ما بیشتر با آن آشنا هستیم، حداقل با چشم غیرمسلح، تصادفی‌تر است. راستی همین دیروز اینجا برف اومده یعنی عکس دارم!

همانطور که می توانید (امیدوارم) ببینید، در هر کریستال نظم خاصی وجود دارد، اما آنها به نوعی در همه جا رشد می کنند. بنابراین، کریستال های یخ چگونه تشکیل می شوند و چرا؟

باید از ساختار آب شروع کنیم. اکنون، ممکن است تصور کنید که مولکولی با فرمول H₂O دارای اتم هایش در یک خط مستقیم است، مانند: H–O–H. اما اینطور نیست، و دلیلش این است که اتم اکسیژن در وسط دارای دو جفت الکترون است که در پیوند دخالتی ندارند – که شیمیدانان آنها را “جفت تنها” می نامند.

برای لحظه ای تصور کنید که یک دسته بادکنک دارید که از دو بادکنک سوسیس شکل و دو بادکنک گرد تشکیل شده است که همگی در گردن وصل شده اند. آنها در کل چه شکلی خواهند داشت؟ احتمالاً دو بادکنک بلند یک نوع V خشن را تشکیل می‌دهند و دو بادکنک گرد در مقابل یکدیگر بیرون می‌آیند.

اگر چند بادکنک در دست دارید، آن را امتحان کنید. به نظر می رسد این در واقع یک مدل بسیار خوب برای آب است. در نهایت با یک شکل تقریباً چهار وجهی، با اکسیژن در وسط، اتم‌های هیدروژن در دو گوشه، و جفت‌های تنها در دو گوشه دیگر، به پایان می‌رسیم.

این مهم است زیرا آن جفت های تنها نمی نشینند و کاری انجام نمی دهند. عنصر اکسیژن بسیار الکترونگاتیو است، به این معنی که دوست دارد الکترون های پیوند خورده را جذب کند. در مقابل، هیدروژن الکترومثبت تر است، که اساساً به این معنی است که اینطور نیست.

نتیجه این امر این است که، اگرچه به طور قطع یک مولکول با پیوند کووالانسی است (و از یون تشکیل نشده است)، اتم اکسیژن در آب تا حدی بار منفی دارد، در حالی که هیدروژن ها دارای بار تا حدی مثبت هستند.

از آنجایی که بارهای مثبت بارهای منفی را جذب می کنند، و از آنجایی که مولکول ها به صورت مجزا وجود ندارند. نتیجه این است که اتم های هیدروژن در یک مولکول آب به سمت اکسیژن جذب می شوند دیگر مولکول های آب این پیوند هیدروژنی نامیده می شود.

اگر در حالی که سعی می کنید این را تصور کنید سرتان می چرخد، به تصویر زیر نگاه کنید. رنگ سفید هیدروژن، قرمز اکسیژن است و خطوط چین نشان دهنده جاذبه های بین هیدروژن های نیمه مثبت و اکسیژن های نیمه منفی است.

آیا اشکالی که تشکیل می شوند را می بینید؟ بله – شش ضلعی!

و دانه های برف چند ضلع دارد؟ بله – شش!

این تصادفی نیست: با کاهش دما، مولکول هایی که قبلا آزادی حرکت داشتند، به تدریج از حرکت باز می ایستند و به این اشکال شش ضلعی بسته می شوند. سپس، بخار آب موجود در هوا روی این اسکلت رسوب می‌کند و در نهایت به کریستال‌های یخ شش‌طرفه می‌رسیم.

در حال حاضر، به طور معمول، این اتفاق می افتد نسبتا تصادفی. بله، همه دانه‌های برف شش ضلعی هستند (و تصاویری از الگوهای مختلف که می‌توانند در این گرافیک از Compound Interest شکل بگیرند وجود دارد) اما همانطور که عکس‌های من از کریستال‌های یخ نشان می‌دهند، آنها تمایل دارند در همه جهات بیرون بیایند.

یخ مو متفاوت است. “موها” در آنچه که به آنها پرتوهای چوب گفته می شود، یعنی خطوط عمود بر حلقه های رشد چوب ظاهر می شوند، و معلوم می شود که اگر یک تکه چوب یک بار یخ مو را تشکیل دهد، احتمالاً به تولید آن ادامه می دهد – که باعث می شود اشیا برای عکاس بالقوه بسیار آسان تر است!

هر یک از موها حدود 0.02 میلی متر ضخامت دارند و با فرض اینکه دما از نقطه انجماد بالاتر نرود، می توانند ساعت ها و حتی روزها در اطراف بچرخند.

که منجر به این سوال می شود: چرا کریستال های یخ بیشتری در بالای نخ ها رشد نمی کنند و ساختارهای مو مانند را نمی شکنند؟ به هر حال، اگر به اندازه کافی برای یخ سرد است، باید به اندازه کافی سرد باشد، خوب، یخ بیشتر – اینطور نیست؟

یک نکته ساده: احتمالاً نام آلفرد وگنر، کاشف رانش قاره‌ها را شنیده‌اید – ایده‌ای که در نهایت به نظریه صفحات تکتونیکی مدرن منجر شد. این روزها، این ایده‌ها تقریباً در سطح جهانی پذیرفته شده‌اند، اما زمانی که وگنر برای اولین بار در سال 1912 حرکت قاره‌ای را پیشنهاد کرد، با مخالفت‌های زیادی روبرو شد. بیش از یک دلیل برای این امر وجود داشت، اما یک دلیل عمده این بود که وگنر به عنوان فردی بیگانه در زمینه ژئوفیزیک دیده می شد. سابقه او در زمینه هواشناسی و تحقیقات قطبی بود. به عبارت دیگر زمان زیادی را در شرایط آب و هوایی سرد سپری می کرد.

که من را به موضوع اصلی، آه، موضوع (با عرض پوزش) برمی گرداند. آلفرد وگنر در سال 1918 یخ مو را بر روی چوب مرده خیس توصیف کرد و سال قبل آن را مشاهده کرد و پیشنهاد کرد که میسلیوم، قسمت نخ مانند یک کلنی قارچ، می تواند درگیر باشد. او این فکر را می کرد زیرا در واقع می توانست میسلیوم را روی سطح شاخه ببیند که توسط مشاور او، آرتور مایر تأیید شد. با این حال، میر در آن زمان قادر به شناسایی قطعی گونه‌های قارچی نبود.

چند سال بعد، در سال 1975، دانشمندانی به نام‌های Mühleisen و Lämmle در واقع موفق شدند یخ مو را روی چوب پوسیده در یک اتاقک آب‌وهوایی رشد دهند و بعداً، در سال 2005، فیزیک‌دان گرهارت واگنر دوباره پیشنهاد کرد که یک قارچ درگیر است، اگرچه او اطلاعی نداشت. مشاهدات وگنر زمانی که برای اولین بار این کار را انجام داد. او در ادامه آزمایشاتی را با کریستین متزلر انجام داد که در آن آنها توانستند به طور قابل اعتمادی یخ مو را در بالکن در شب هایی با شرایط یخبندان رشد دهند.

پس از مشاهدات سخت (و سرد!) زیاد، آنها به دو چیز رسیدند: اول اینکه، یخ مو از آب ذخیره شده در چوب تشکیل می‌شود، نه آب اتمسفر – که تا حدودی توضیح می‌دهد که چرا ساختارها تصادفی‌تر نیستند، همانطور که شما انتظار می رود که یخ از بخار آب موجود در هوا تشکیل شده باشد.

ثانیاً قارچ به عنوان محصول متابولیسم خود فشار گاز ایجاد می کرد و که آب را از طریق پرتوهای چوب به سطح چوب هل می‌داد، جایی که به رشته‌های ریز و پیچ‌دار می‌پیچید.

بنابراین، بله، در یک مسیر، یخ مو محصول انجماد گوز قارچی است. (بله، بله، بسیار ضعیف است، اما من نتوانستم در برابر “فرت های قارچی یخ زده” مقاومت کنم، اجازه دهید این یکی را بخورم.)

توضیحات علمی تری در این مقاله 2015 وجود دارد که متن کامل آن به صورت رایگان در اینترنت در دسترس است (تعداد زیادی از عکس های عالی نیز!). مقصر معلوم می شود قارچی به نام است Exidiopsis effusa. در داخل چوب، جاذبه‌های بین مولکول‌های آب و سطح چوب، نقطه ذوب آب را کمی پایین می‌آورند و آن را مایع نگه می‌دارند. محصولات تجزیه چوب به جا مانده از قارچ نیز (احتمالا) به جلوگیری از تشکیل یخ در داخل خود چوب کمک می کند.

با این حال، هنگامی که دمای بیرون کاهش می یابد، بلورهای یخ تشکیل می شود بیرونی سطح چوب اثر بیرون کشیدن آب بیشتری را دارد و نتیجه این است که کریستال‌ها در ساختارهای نخ مانند و بلند رشد می‌کنند – اگرچه جزئیات دقیق این که قارچ چگونه کاری را که انجام می‌دهد هنوز کمی مرموز است. با این حال، پیدا کردن یک سؤال علمی که کاملاً پاسخ داده نشده است، خوب است، اینطور نیست؟

نکته آخر: فقط اگر فکر می کردید، اوه، بیا، آیا آن عکس اول واقعا واقعی است؟ در صفحه فیس بوک Chronicle Flask، کاربری به نام Tiarra Friskie اظهار داشت که آنها عکس هایی از این پدیده دارند که در بریتیش کلمبیا، کانادا گرفته شده است و با مهربانی به من اجازه استفاده از آنها را داد. بنابراین، اینجا هستید: کمی ذوب‌تر از تصویر بالا، اما با این وجود، دو عکس واقعی تضمین شده از یخ مو!

اگر جایی در مجاورت عرض‌های جغرافیایی بین 45 تا 55 درجه شمالی زندگی می‌کنید (که اتفاقاً بیشتر بریتانیا را شامل می‌شود)، مراقب چوب‌های پوسیده جنگل‌های پهن برگ محلی خود باشید – اگر هوا به اندازه کافی سرد شود، شما ممکن است خودتان مقداری یخ مو پیدا کنید.

---

یک یادداشت کوچک مدیر: وبلاگ فلاسک تواریخ اکنون تقریباً نه سال و 150 پست دارد. زندگی به طور فزاینده ای شلوغ است و بنابراین، پس از دسامبر 2021، به روز رسانی ماهانه را متوقف خواهم کرد. اما نگران نباشید! شما هنوز هم می توانید دنبال کنید توییتر هشتگ #272sci برای تکه های معمولی کوچک علمی، و هر از چند گاهی به آن سر خواهم زد. اوه، و لطفاً از پروژه کتاب توضیحات بزرگ در اینجا حمایت کنید!

بعلاوه، چرا به وبلاگ داستانی من نگاهی نمی اندازیم: فیکشن فیکشن؟ و همچنین می‌توانید در پادکست ترسناک PseudoPod.org در حال انجام کارهای مختلف از نوع ویرایشگر باشم – پس شما هم به آنجا سر بزنید!

محتوا © Kat Day 2021 است. می‌توانید هر چیزی را در اینجا به اشتراک بگذارید یا به آن پیوند دهید، اما در صورت انجام باید به این سایت مراجعه کنید. شما می توانید با استفاده از کد، از نوشتن من برای خرید یک شیمیدان جیبی فوق العاده از Genius Lab Gear حمایت کنید. فلاسک 15 هنگام تسویه حساب (شما هم تخفیف خواهید گرفت!) یا با خرید یک قهوه برای من – فقط این دکمه را بزنید: